Summary

Ca المتقدرية2 + الاحتفاظ بالقدرات المقايسة و Ca2 +--تسبب تورم المتقدرية الإنزيم

Published: May 01, 2018
doi:

Summary

يهدف هذا البروتوكول إلى وصف طريقة لفحص Ca2 + الاحتفاظ بالقدرات و Ca2 +–أثارت الخلايا المتقدرية تورم في الميتوكوندريا المعزولة من ش SY5Y خطوة بخطوة.

Abstract

إنتاج ATP من الفسفرة هي المهمة الرئيسية الميتوكوندريا. الميتوكوندريا في حقيقيات النوى أعلى أيضا المشاركة في سيتوسوليك Ca2 + التخزين المؤقت، وإنتاج ATP في الميتوكوندريا يمكن أن توسط إينتراميتوتشوندريال Ca2 + تركيز مجاناً. يمكن اعتبار Ca2 + الاحتفاظ بقدرة قدرة الميتوكوندريا على الاحتفاظ بالكالسيوم في مصفوفة المتقدرية. ووصف المتراكمة داخل الخلايا Ca2 + يؤدي إلى نفاذية غشاء الميتوكوندريا الداخلية، افتتاح نفاذية المتقدرية الانتقال المسامية (mPTP)، مما يؤدي إلى تسرب جزيئات مع الجزيئية وزن أقل من 1.5 كاتشين. Ca2 +–تسبب تورم يستخدم للإشارة إلى افتتاح mPTP الميتوكوندريا. هنا، يمكننا وصف فحوصات اثنين لدراسة Ca2 + الاحتفاظ بالقدرات و Ca2 +-تسبب تورم المتقدرية في الميتوكوندريا المعزولة. بعد كميات معينة من Ca2 + يتم إضافتها، يمكن الانتهاء في يوم واحد جميع الخطوات ومسجل من قبل قارئ ميكروسكوبية. وهكذا، يمكن اعتماد هذه اثنين من فحوصات بسيطة وفعالة لتقييم Ca2 +-المتقدرية المهام ذات الصلة.

Introduction

الميتوكوندريا هي الأجهزة الخلوية الرئيسية لإنتاج ما يقرب من 95 في المائة ATP تستخدمها الفسفرة في خلايا الثدييات. وأفيد أن يلتقيه micromolar تركيز Ca2 + من الميتوكوندريا، ووجود ADP والفوسفات غير العضوية يمكن أن فوسفوريلاتي ADP إلى ATP توليف1. عندما يذهب تركيز Ca سيتوسوليك2 + عتبة، الميتوكوندريا يمكن امتصاص Ca2 + سرعة وافلوكس ذلك ببطء. وهكذا، يمكن الميتوكوندريا الأداء تدفق زيادة سيتوسوليك Ca2 +. لا صلة لها بالمشاركة في الفسفرة، كاليفورنيا المتقدرية2 + أيضا المشاركة في إشارات الكالسيوم سيتوسوليك وتنشيط إليه apoptotic الميتوكوندريا بحمل فتح مبتب في الداخلية المتقدرية غشاء2. وقد اعترف على نطاق واسع أن ارتفاع غير طبيعي في كاليفورنيا داخل الخلية2 + يمكن أن تحدث تورم المتقدرية الضخمة عن طريق فتح مبتب3. وهكذا، وهذا البروتوكول يهدف إلى تقييم الوظيفة المتقدرية بقياس المتقدرية Ca2 + الاحتفاظ بالقدرات و Ca2 +-تسبب تورم المتقدرية.

Ca2 + الاحتفاظ بالقدرات هو قياس قدرة الميتوكوندريا على امتصاص الكالسيوم سيتوسوليك. يمكن المخزن المؤقت الكالسيوم الحر سيتوسوليك الميتوكوندريا وتنظيم العمليات الخلوية المعتمدة على الكالسيوم عن طريق امتصاص الكالسيوم في شكل رواسب غير نشط. يحدث البصر Ca2 + القدرة على الاحتفاظ في الإجهاد الظواهر المرتبطة بالحد من الطاقة والأعصاب حتى الأمراض4،5. الميتوكوندريا المعزولة أو الخلايا بيرميبيليزيد ديجيتونين يمكن استخدامها لتحديد Ca2 + الاحتفاظ بالقدرة، وقدرة مرتفعة على تراكم Ca2 + من الميتوكوندريا المعزولة مع غلوتامات الإضافي ومآلات لا يتم عزل المتقدرية الداخلي6. ينبغي استخدام كمية معاير من ديجيتونين بيرميبيليزي في الأغشية البلازمية من أنواع مختلفة من الخلايا. ملح هيكسابوتاسيوم Ca2 +-ملزمة صبغة الفلورسنت الخضراء، Ca2 +-خلية إيمبيرمينت الحساسة تظهر مؤشر الضوء منفعل، كانت تستخدم على نطاق واسع7. Ca2 +-ملزمة الخضراء صبغة الفلورسنت هو مؤشر تقارب منخفضة وتستخدم لإظهار أن داخل الخلايا الحرة Ca2 + تركيزات يواصل الارتفاع خلال فترات طويلة (5 دقائق) التحفيز8. هذا الأسلوب هو أقل حساسية من تقنية تصفية المشعة ولكن تم تبسيطها إلى حد كبير. Ca إضافية2 + يرفع fluorescence الكالسيوم الأخضر وترجع Ca2 + امتصاص الميتوكوندريا الأسفار لخط الأساس. وقدمت إضافات متتالية من Ca2 + حتى الميتوكوندريا فشل في امتصاص اكستراميتوتشوندريال Ca2 + 9. يمكن استخدام قارئ ميكروسكوبية الأسفار لتقرير الأسفار الكالسيوم الخضراء باستمرار.

بعد Ca2 + تراكم، depolarized الميتوكوندريا، إصدار Ca2 + في المتوسط، وبدأ الإنتفاخ. Ca2 +–تسبب تورم يستخدم للإشارة إلى افتتاح mPTP الميتوكوندريا. المجهر الإلكتروني، والانخفاض في امتصاص الضوء في 540 نانومتر يمكن استخدامها لقياس Ca2 +-تسبب تورم المتقدرية10،11. يمكن تحديد حجم الميتوكوندريا مباشرة بواسطة زاوية الأمام تشتت الضوء12، حيث تعكس انخفاض امتصاص سلبية تورم المتقدرية المصفوفة.

هنا، نحن توضيح المنهجية لدراسة المتقدرية Ca2 + الاحتفاظ بالقدرات و Ca2 +-تسبب تورم المتقدرية في الميتوكوندريا المعزولة من الخلايا SH-SY5Y.

Protocol

1-عزل الميتوكوندريا ملاحظة: جميع الحلول والمعدات ينبغي أن بريكوليد إلى 0-4 درجة مئوية وأبقى على الجليد. البذور حوالي 3 × 106 ش-SY5Y الخلايا الواحدة 10 سم خلية الثقافة الطبق. تعديل الخلايا الثقافة في دولبيكو الجلوكوز عالية متوسطة النسر مع 10% مصل بقرى الجنين، البنسلين (100 U/…

Representative Results

النتائج ممثلة Ca2 + الاحتفاظ بالقدرة على:وأعرب عن النتائج كقيم الأسفار. مع البقول إضافية من Ca2 + (بروتين نمولس/mg 200 mitochondrial) الأسفار زيادة مزدوجة فوق خط الأساس مع افتتاح مبتب. 5 ميكرومترات بونجكريكاتي (BKA)، المانع من Ca2 +-الناجم عن فتح مبتب، أو أتراكتيلوس…

Discussion

هنا، يمكننا وصف بروتوكول بسيطة وفعالة المتقدرية Ca2 + الاحتفاظ بقدرة التحليل و Ca2 +-أثارت المقايسة تورم المتقدرية.

لعزل المتقدرية، تأكد من أن جميع المواد وأنابيب يتم على الجليد، لا سيما عند المجانسة الخلايا. 0.25% التربسين-يدتا يمكن أن تستخدم أيضا لفصل الخلايا من الط…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

وأيد هذه الدراسة المنح من المنح “المعلقة من عالم شاندونغ” (JQ201421) ومنحة من تشرف (81371226).

Materials

SH-SY5Y cell line ATCC (The Global Bioresource Center) ATCC Number: CRL-2266
Calcium green-5N Life Technologies c-3737 Ca2+-binding green fluorescent dye
complete protease inhibitors Roche Molecular Biochemicals 4693116001
glass homogenizer Kimble Chase 9885303002
glutamate Sigma-Aldrich RES5063G-A7
malate Sigma-Aldrich 46940-U
rotenone Sigma-Aldrich R8875
HEPES Sigma-Aldrich H3375
MgCl2 Sigma-Aldrich 00457
K2HPO4 Sigma-Aldrich V900050
KCl Sigma-Aldrich P9541
CaCl2 Sigma-Aldrich V900266
Varioskan flash instruments Thermo Scientific IC100E
Bongkrekate Biovision 1820-100
atractyloside Sigma-Aldrich C4992
high-glucose Dulbecco’s modified Eagle medium Hyclone SH30022 4.5 g/L glucose, L-glutamine, without sodium pyruvate
fetal bovine serum Hyclone SV30087
penicillin Sigma-Aldrich P3032
streptomycin Invitrogen 11860-038
BCA assay kit Thermo Scientific NCI3225CH
PBS Hyclone SH30256.01
10 cm cell culture dish NEST 704001

References

  1. Rossi, C. S., Lehninger, A. L. Stoichiometry of respiratory stimulation, accumulation of Ca++ and phosphate, and oxidative phosphorylation in rat liver mitochondria. J Biol Chem. 239 (11), 3971-3980 (1964).
  2. Gunter, T. E., Buntinas, L., Sparagna, G., Eliseev, R., Gunter, K. Mitochondrial calcium transport: mechanisms and functions. Cell Calcium. 28 (5-6), 285-296 (2000).
  3. Crofts, A. R., Chappell, J. B. Calcium Ion Accumulation and Volume Changes of Isolated Liver Mitochondria. Reversal of Calcium Ion-Induced Swelling. Biochem J. 95, 387-392 (1965).
  4. Wojda, U., Salinska, E., Kuznicki, J. Calcium ions in neuronal degeneration. IUBMB Life. 60 (9), 575-590 (2008).
  5. Celsi, F., et al. Mitochondria, calcium and cell death: a deadly triad in neurodegeneration. Biochim Biophys Acta. 1787 (5), 335-344 (2009).
  6. Murphy, A. N., Bredesen, D. E., Cortopassi, G., Wang, E., Fiskum, G. Bcl-2 potentiates the maximal calcium uptake capacity of neural cell mitochondria. Proc Natl Acad Sci U S A. 93 (18), 9893-9898 (1996).
  7. Rajdev, S., Reynolds, I. J. Calcium green-5N, a novel fluorescent probe for monitoring high intracellular free Ca2+ concentrations associated with glutamate excitotoxicity in cultured rat brain neurons. Neurosci Lett. 162 (1-2), 149-152 (1993).
  8. Stout, A. K., Reynolds, I. J. High-affinity calcium indicators underestimate increases in intracellular calcium concentrations associated with excitotoxic glutamate stimulations. Neuroscience. 89 (1), 91-100 (1999).
  9. Bambrick, L. L., et al. Cyclosporin A increases mitochondrial calcium uptake capacity in cortical astrocytes but not cerebellar granule neurons. J Bioenerg Biomembr. 38 (1), 43-47 (2006).
  10. Zhao, K., et al. Cell-permeable peptide antioxidants targeted to inner mitochondrial membrane inhibit mitochondrial swelling, oxidative cell death, and reperfusion injury. J Biol Chem. 279 (33), 34682-34690 (2004).
  11. Muriel, M. P., et al. Mitochondrial free calcium levels (Rhod-2 fluorescence) and ultrastructural alterations in neuronally differentiated PC12 cells during ceramide-dependent cell death. J Comp Neurol. 426 (2), 297-315 (2000).
  12. Allman, R., Hann, A. C., Phillips, A. P., Martin, K. L., Lloyd, D. Growth of Azotobacter vinelandii with correlation of Coulter cell size, flow cytometric parameters, and ultrastructure. Cytometry. 11 (7), 822-831 (1990).
  13. Wiechelman, K. J., Braun, R. D., Fitzpatrick, J. D. Investigation of the bicinchoninic acid protein assay: identification of the groups responsible for color formation. Anal Biochem. 175 (1), 231-237 (1988).
  14. Petronilli, V., Nicolli, A., Costantini, P., Colonna, R., Bernardi, P. Regulation of the permeability transition pore, a voltage-dependent mitochondrial channel inhibited by cyclosporin A. Biochim Biophys Acta. 1187 (2), 255-259 (1994).
  15. Pastorino, J. G., et al. Functional consequences of the sustained or transient activation by Bax of the mitochondrial permeability transition pore. J Biol Chem. 274 (44), 31734-31739 (1999).
  16. Gunter, T. E., Sheu, S. S. Characteristics and possible functions of mitochondrial Ca(2+) transport mechanisms. Biochim Biophys Acta. 1787 (11), 1291-1308 (2009).

Play Video

Cite This Article
Li, W., Zhang, C., Sun, X. Mitochondrial Ca2+ Retention Capacity Assay and Ca2+-triggered Mitochondrial Swelling Assay. J. Vis. Exp. (135), e56236, doi:10.3791/56236 (2018).

View Video