Bu yazıda, oksijen tüketimi yüksek çözünürlüklü basınçlırespirometri Drosophila permeabilized thoraxes içinde kullanarak ölçmek için bir yöntem açıklanır. Bu teknik doku klasik mitokondrial yalıtım tekniği için karşılaştırıldığında çok az bir miktar gerektirir ve elde edilen sonuçlar daha fizyolojik ilgilidir.
Meyve sineği Drosophila melanogaster, metabolizma incelenmesi için gelişmekte olan bir modeli temsil eder. Nitekim, drosophila yapıları için insan organlarını homolog var, son derece korunmuş metabolik yollar sahip ve farklı temel mekanizmaları çalışmanın kısa bir süre içinde sağlar nispeten kısa bir ömrü var. Ancak, bir hücre metabolizması, mitokondrial solunum için gerekli mekanizmaları iyice bu modelde araştırmış değil ki şaşırtıcı olduğunu. Çünkü Drosophila mitokondrial solunum ölçüsü genellikle bireylerin çok sayıda gerektirir ve elde edilen sonuçlar son derece tekrarlanabilir değildir muhtemeldir. Burada, hassas ölçüm Drosophila dokudan en az miktarda kullanarak mitokondrial oksijen tüketimi sağlayan bir yöntem açıklanmıştır. Bu yöntemde, thoraxes disseke ve hem keskin Forseps ile mekanik ve kimyasal olarak farklı bileşikleri hücre zarı geçmek ve mitokondrial solunum modüle izin saponin ile permeabilized. Permeabilization sonra bir uncoupler ve birkaç inhibitörleri onların yanıt yanı sıra farklı yüzeylerde, okside için farklı kompleksler elektron taşıma sistemi (ETS) kapasitesini değerlendirmek için bir iletişim kuralı gerçekleştirilir. Bu yöntem olarak daha fizyolojik ilgili çünkü mitokondri hala hücresel diğer bileşenlerle etkileşim vardır ve mitokondrial Morfoloji korunmuş mitokondrial izolasyonları, kullanma yöntemlerine göre birçok avantajı sunuyor. Ayrıca, örnek hazırlıklar daha hızlı, ve elde edilen sonuçlar son derece tekrarlanabilir. Metabolizma çalışma ile mitokondrial solunum değerlendirilmesi için bir model olarak Drosophila avantajları birleştirerek, önemli yeni bir bilgi-ebilmek var olmak örtüsünü açmak, özellikle ne zaman sinekler karşılaşan farklı çevresel veya patofizyolojik koşullar.
Meyve sineği Drosophila melanogaster, bir model organizma genetik araştırma için bir yüzyıl1kullanılmıştır. Bu organizma çalışmanın yalnızca önemli temel bilgi sex-linked miras2, mutasyon oranı3, sinir sisteminin geliştirilmesi ve hücre kader tayini4hakkında yol açmıştır değil ama aynı zamanda son zamanlarda ortaya çıkmıştır bir 5,6Alzheimer ve Parkinson gibi çeşitli hastalıklara doğal mekanizmaları incelemek için değerli bir araç. Ayrıca, yaşlanma sürecini çalışma boşluğunda büyük numara kısa bir süre içinde yükseltilebilir ve kısa bir ömrü var gibi popüler modelidir. Onlar da bir kalp, oenocytes (hepatosit benzeri hücreleri), yağ (karaciğer ve beyaz yağ dokusu benzer şekilde işleyen) organları, insülin üreten hücreleri (β-pankreas hücreleri eşdeğeri), gibi insan organlarını homolog yapılara sahip yanı sıra metabolitler (omurgalılar kan için benzer)7taşıma hemolymph. Ayrıca, ara metabolizma (insülin/İnsülin benzeri büyüme faktörü benzeri sinyal yolu ve hedef Rapamycin-TOR yolları dahil olmak üzere) Merkezi yollar da son derece korunmuş7vardır. Bu nedenlerden dolayı Drosophila son zamanlarda istismar metabolizmasında, patolojik koşulları diyabet8gibi insan metabolik hastalıklar için doğal özellikle kontrol temel mekanizmaları açıklamak için. Metabolizma bir büyük mitokondri ATP üretimi, oksidatif fosforilasyon süreci (OXPHOS) ile birden çok yolları entegre ve hayatın en önemli biyolojik işlevlerden birini gerçekleştiren bileşendir. Organizmanın metabolizma onların merkezi rolü göz önüne alındığında, mitokondriyal işlev bozuklukları Parkinson9 ve Alzheimer hastalıkları10gibi birçok hastalığın yanı sıra amyotrofik lateral skleroz katılmaktadırlar şaşırtıcı değil. 11 , 12. onlar da yaşlanma sürecini temel belirleyicileri bulunmaktadır. Nitekim, hücresinde, hücre-oksidatif hasar11yüksek konsantrasyon, zararlı olabilen Reaktif oksijen türleri (ROS) ana ürete ülkelerdir. Yaşlanma da zarar görmüş veya mutasyona uğramış mitokondrial DNA13, mitophagy işlev bozuklukları14,15 yanı sıra mitokondrial Biyogenez16bozulma birikimi ilişkili olduğu düşünülmektedir. Onlar-ebilmek kullanmak belgili tanımlık bolluk ya da kıtlık macronutrients17,18göre çeşitli hücresel fonksiyonları ayarlamak için farklı yüzeylerde gibi mitokondri anahtar hücrenin homeostazı belirleyicileri de vardır.
Gerçekten de, diyet (karbonhidratlar, yağlar ve proteinler) farklı besinleri sindirmek, emilir ve hücrelere taşınan. O zaman içinde sitozol dönüştürülür ve türetilmiş yüzeylerde NADH ve FADH219gibi azalan bakiyeli eşdeğerleri nerede ürettikleri mitokondrial matris içine taşınır. Bu azalan bakiyeli eşdeğerleri sonra elektron taşıma sistemi (ETS) farklı enzimatik kompleksleri tarafından okside. Bu komplekslerin mitokondriyal iç zar gibi karmaşık katıştırılır ben ve karmaşık II. Ayrıca, mitokondrial gliserol-3-fosfat dehidrogenaz ve prolin dehidrojenaz gibi enzimatik diğer kompleksler elektron girileceği alternatif rotalar ETS20,21temsil eder. ‘Alternatif’ Bu komplekslerin böcekler, özellikle önemlidir olarak tür göre onlar aktif olarak solunum20,22,23,21artırmak için katılabilir. Besleme sistemleri bu ETS elektron ubiquinone ve daha sonra karmaşık III ve sonra için karmaşık IV, son alıcısı, moleküler oksijen kadar aktarılır. Bu elektron transferi karmaşık V (şekil 1), ATP ADP fosforilasyon giderken iç mitokondri zar arasında bir proton-güdü güç oluşturur. Mitokondri içinde hücrenin Homeostazı, mitokondriyal metabolizma ilgili modeli D. melanogaster temsil kullanarak eğitim merkezi rolü çeşitli temel mekanizmaları betimlemek için güçlü bir araç patofizyolojik dikkate alınarak koşullar veya hücresel ve çevresel stres altında. Şaşırtıcı ancak, çalışmalar sadece bir avuç aslında Drosophila24,25,26mitokondrial solunum ölçülür. Nitekim, mitokondrial oksijen tüketimi değerlendirmek amaçlayan deneyler mitokondri yalıtımı. Farklı mitokondrial işlevleri (örneğin, ROS üretim veya P/O oranına işaret mitokondrial verimliliği27,28) ölçümü için avantajlı olmasına rağmen bu izolasyonların genel olarak oldukça büyük miktarda gerektirir dokusunun birkaç bireyler24,29. Önemli bir sınırlayıcı faktör, özellikle tüm kişiler aynı yaşta olmalıdır dikkate alınarak ve tercihen deneyler için aynı Cinsiyeti, solunum farklı zamanda ölçüsü yapım yüksek miktarda doku ve bireyler için bu gereklidir En iyi ihtimalle zahmetli işaret eder. Mitokondrial izolasyonların mitokondriyal metabolizma yöneten temel mekanizmaları önemli içgörü sağlayabilir, Ayrıca, mitokondri ayırmak için kullanılan yöntemleri yinelenebilir sonuçları elde etmek için zorluk gibi çeşitli dezavantajları vardır , bozulma mitokondrial ağın ve değişiklik mitokondri yapısı ve fonksiyonu29,30,31.
Bu çalışmada dokudan çok kaç kişi en az bir miktarda kullanarak Drosophila mitokondrial oksijen tüketimini ölçmek için sağlam bir protokolü sunmaktır. Bu iletişim kuralı mitokondrial oksijen tüketimi in situ permeabilized kas lifleri29 Drosophila thoraxes üzerinden yüksek çözünürlüklü basınçlırespirometri32,33, ile birlikte kullanarak ölçme oluşur 34 , 35. bu yöntem aynı zamanda diğer bileşenlerle etkileşimleri hücrenin de mitokondri yapısı ve fonksiyonu daha içinde korunur gibi permeabilized bu yana klasik mitokondrial izolasyon yöntemine göre ek avantajları vardır Bu yaklaşım daha fizyolojik ilgili yapan lifleri29,31,36. Bu iletişim kuralıyla, mitokondriyal işlev doğru yüksek çözünürlüklü basınçlırespirometri Drosophila, sadece üç thoraxes içinde oksijen tüketimi belirlenmesi ETS birkaç farklı adımları izin yüzeyler ile değerendirilmek. Bu nedenle, bu iletişim kuralını Drosophila modeli yararlanarak metabolizma birçok çevresel veya patofizyolojik durum bağlamında kontrol temel mekanizmaları hakkında önemli sorulara cevap yardımcı olabilir.
ETS birkaç farklı adımlar oksijen tüketimini ölçmek ve ne kadar farklı yüzeylerde değerlendirmek için katkıda solunum, farklı yüzeylerde (şekil 1), uncoupler ve inhibitörleri vardır kullanılan30 sonra permeabilization doku. Özellikle, farklı yüzeylerde sıralı eklemeler elektronları ETS farklı kompleksleri ile giriş uyarmak için yapılır. Bir uncoupler karbonil siyanür 4-(trifluoromethoxy) phenylhydrazone (FCCP), sonra sigara birleştiğinde solunum ölçmek için en uygun konsantrasyonu ekledi, Yani, sigara phosphorylating solunum maksimal oksijen tüketimi teşvik. Sıralı engellemeler konut projeleri ı, II ve III sonra sigara-ETS oksidasyon tepkiler nedeniyle kalan oksijen tüketimini izlemek için gerçekleştirilir. Son olarak, karmaşık IV maksimal solunum kapasitesi N, N, N iğne ile değerlendirilebilir ‘, N, – Tetramethyl – p-boya (TMPD), bir yapay elektron sağlayıcı ve askorbat. Ondan beri onun’hangi sinekler yetiştirilir sıcaklık deneyleri 24 °C yürütülen unutmamak gerekir.
Bu çalışmada, Drosophila mitokondrial oksijen tüketimi ölçümleri önce numune hazırlama için bir yöntemi açıklanmıştır. Bu yöntem özellikle süresi ve gerekli bireylerin sayısı açısından mitokondriyal izolasyonların kullanarak iletişim kuralları ile ilgili farklı sorunların üstesinden gelmek için geliştirilmiştir. Mitokondrial izolasyonların genellikle çeşitli bireyler elde edilen dokular, büyük miktarda gerektiren çalışma yerine, bu deney kaç Drosophila thoraxes permeabilized kas …
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışmada NP Ulusal Bilimler ve mühendislik Araştırma Konseyi (NSERC, keşif grant) ve Université de Moncton hibe tarafından finanse edildi. LHB Kanada Enstitüsü Sağlık Araştırma (CIHR), New Brunswick yenilik Vakfı (NBIF) ve Université de Moncton finansman desteğinden kabul etmek istiyorum. EHC çalışmalarını Université de Moncton ve Alzheimer Derneği Kanada, beyin Kanada, NSERC, Kanadalı göğüs kanseri Vakfı, New Brunswick yenilik Vakfı, New Brunswick sağlık Araştırmaları Vakfı tarafından desteklenmektedir.
High-resolution respirometer Oxygraph O2K | Oroboros Instruments, Innsbruck, Austria | 10022-02 | Startup O2K respirometer kit |
O2K-Titration Set | Oroboros Instruments, Innsbruck, Austria | 20820-03 | Hamilton syringes with different volumes |
Datlab software | Oroboros Instruments, Innsbruck, Austria | 20700 | Software for data acquisition and analysis |
Fine-tipped antimagnetic forceps | VWR | 82027-400 | |
Secura225D-1S-DQE | Sartorius AG, Goettingen, Germany | Semi-micro balance (distributed by several companies) |
|
Drosophila melanogaster wild-type w1118 | Bloomington Drosophila stock Center, IN, USA | Storage Condition: 24 °C |
|
Ethylene glycol-bis(2-aminoethylether)-N,N,N′,N′-tetraacetic acid | Sigma-Aldrich | E4378 | EGTA Storage Condition: RT |
KOH | Sigma-Aldrich | P1767 | CAUTION: corrosive to metals, acute toxicity, skin corrosion, serious eye damage, acute aquatic toxicity. Storage Condition: RT |
CaCO3 | Sigma-Aldrich | C4830 | Storage Condition: RT |
Na2ATP | Sigma-Aldrich | A2383 | Storage Condition: -20 °C |
MgCl2.6H2O | Sigma-Aldrich | M9272 | Storage Condition: RT |
Taurine | Sigma-Aldrich | T0625 | Storage Condition: RT |
Na2Phosphocreatine | Sigma-Aldrich | P7936 | Storage Condition: -20 °C |
Imidazole | Sigma-Aldrich | I5513 | Storage Condition: RT |
Dithiothreitol | Sigma-Aldrich | D0632 | Storage Condition: 2-8 °C |
MES hydrate | Sigma-Aldrich | M8250 | Storage Condition: RT |
Saponin from quillaja bark | Sigma-Aldrich | S7900 | Saponin Storage Condition: RT Solution Preparation: 5 mg in 1 mL of preservation solution. Prepare fresh daily. |
KCl | Sigma-Aldrich | P9541 | Storage Condition: RT |
KH2PO4 | Sigma-Aldrich | P9791 | Storage Condition: RT |
HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | Storage Condition: RT |
BSA | Sigma-Aldrich | 05470 | Storage Condition: 2-8 °C |
Na2S2O4 | Sigma-Aldrich | 157953 | Sodium dithionite. CAUTION: self-heating substances and mixtures, acute toxicity, acute aquatic toxi chronic aquatic toxicity. Storage Condition: RT |
Sodium pyruvate | Sigma-Aldrich | P2256 | Pyruvate Storage Condition: 2-8 °C Solution Preparation: In MilliQ water. Prepare fresh daily. |
L-(-)-Malic acid | Sigma-Aldrich | M1000 | Malate Storage Condition: RT Solution Preparation: In MilliQ water. Neutralize with KOH and store at -20 °C. |
Adenosine 5'-diphosphate monopotassium salt hydrate | Sigma-Aldrich | A5285 | ADP Storage Condition: -20 °C Solution Preparation: In MilliQ water. Neutralize with KOH and store at -80 °C. |
Cytochrome c from equine heart | Sigma-Aldrich | C7752 | Cytochrome c Storage Condition: -20 °C Solution Preparation: In MilliQ water. Store at -20 °C. |
L-Proline | Sigma-Aldrich | P0380 | Proline Storage Condition: RT Solution Preparation: In MilliQ water. Store at -20 °C. |
Sodium succinate dibasic hexahydrate | Sigma-Aldrich | S2378 | Succinate Storage Condition: RT Solution Preparation: In MilliQ water. Neutralize with HCl and store at -20 °C. |
sn-Glycerol 3-phosphate bis(cyclohexylammonium) salt | Sigma-Aldrich | G7886 | Glycerol-3-phosphate Storage Condition: -20 °C Solution Preparation: In MilliQ water. Neutralize with HCl and store at -80 °C. |
Carbonyl cyanide 4-(trifluoromethoxy)phenylhydrazone | Sigma-Aldrich | C2920 | FCCP. CAUTION: acute toxicity, skin sensitisation, chronic aquatic toxicity. Storage Condition: RT Solution Preparation: In absolute ethanol. Store in glass vials at -20 °C. |
Rotenone | Sigma-Aldrich | R8875 | CAUTION: acute toxicity, skin irritation, eye irritation, specific target organ toxicity (respir sytem), acute aquatic toxicity, chronic aquatic toxicity. Solution Preparation: In absolute ethanol. Store in dark vials at -20 °C. |
Malonic acid | Sigma-Aldrich | M1296 | Malonate. CAUTION: acute toxicity, serious eye damage. Storage Condition: RT Solution Preparation: In MilliQ water. Neutralize with KOH. Prepare fresh daily. |
Antimycin A from Streptomyces sp. | Sigma-Aldrich | A8674 | Antimycin A. CAUTION: acute toxicity, acute aquatic toxicity, chronic aquatic toxicity. Storage Condition: -20 °C Solution Preparation: In absolute ethanol. Store at -20 °C. |
N,N,N′,N′-Tetramethyl-p-phenylenediamine | Sigma-Aldrich | T7394 | TMPD Storage Condition: RT Solution Preparation: In MilliQ water. Store in dark vials at -20 °C. |
(+)-Sodium L-ascorbate | Sigma-Aldrich | A4034 | Ascorbate Storage Condition: RT Solution Preparation: In MilliQ water. Store in dark vials at -20 °C. |
NaN3 | Sigma-Aldrich | S2002 | Sodium azide. CAUTION: acute toxicity (oral and dermal), specific target organ toxicity (brain), aquatic toxicity, chronic aquatic toxicity. Solution Preparation: In MilliQ water. Store at -20 °C. |