نصف بروتوكولات متدرجة تقيس تنفس الميتوكوندريا للفأر والعدلات البشرية وخلايا HL60 باستخدام محلل التدفق الأيضي خارج الخلية.
العدلات هي خط الدفاع الأول والكريات البيض الأكثر وفرة في البشر. تؤدي هذه الخلايا المستجيبة وظائف مثل البلعمة والانفجار التأكسدي ، وتخلق مصائد العدلات خارج الخلية (NETs) لإزالة الميكروبات. تتحدى رؤى جديدة حول الأنشطة الأيضية للعدلات المفهوم المبكر بأنها تعتمد بشكل أساسي على تحلل السكر. يمكن أن يكشف القياس الدقيق للأنشطة الأيضية عن المتطلبات الأيضية المختلفة للعدلات ، بما في ذلك دورة حمض الكربوكسيل (TCA) (المعروفة أيضا باسم دورة كريبس) ، والفسفرة التأكسدية (OXPHOS) ، ومسار فوسفات البنتوز (PPP) ، وأكسدة الأحماض الدهنية (FAO) في ظل الظروف الفسيولوجية وفي حالات المرض. تصف هذه الورقة بروتوكولا خطوة بخطوة ومتطلبات مسبقة لقياس معدل استهلاك الأكسجين (OCR) كمؤشر على تنفس الميتوكوندريا على العدلات المشتقة من نخاع عظم الفأر ، والعدلات المشتقة من دم الإنسان ، وخط خلية HL60 الشبيه بالعدلات ، باستخدام تحليل التدفق الأيضي على محلل التدفق الأيضي خارج الخلية. يمكن استخدام هذه الطريقة لتحديد وظائف الميتوكوندريا للعدلات في ظل الظروف العادية والمرضية.
تلعب الميتوكوندريا دورا رئيسيا في الطاقة الحيوية للخلايا ، والتي تولد أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) عن طريق الفسفرة التأكسدية (OXPHOS). بالإضافة إلى ذلك ، يمتد دور الميتوكوندريا إلى توليد وإزالة السموم من أنواع الأكسجين التفاعلية ، وتنظيم الكالسيوم في مصفوفة السيتوبلازم والميتوكوندريا ، والتوليف الخلوي ، والهدم ، ونقل المستقلبات داخل الخلية1. يعد تنفس الميتوكوندريا ضروريا في جميع الخلايا ، حيث يمكن أن يؤدي اختلالها الوظيفي إلى مشاكل التمثيل الغذائي 2 ، بما في ذلك أمراض القلب والأوعية الدموية3 ومجموعة متنوعة من الأمراض التنكسية العصبية ، مثل التنكس البقعي المرتبط بالعمر4 ، وأمراض باركنسون والزهايمر5 ، ومرض شاركو ماري توث2 أ (CMT2A) 6.
كشفت الدراسات المجهرية الإلكترونية على العدلات أن هناك عددا قليلا نسبيا من الميتوكوندريا7 ، وأنها تعتمد بشكل كبير على تحلل السكر لإنتاج الطاقة لأن معدلات التنفس الميتوكوندريا منخفضة جدا8. ومع ذلك ، فإن الميتوكوندريا ضرورية لوظائف العدلات ، مثل الانجذاب الكيميائي9 وموت الخلايا المبرمج10،11،12. كشفت دراسة سابقة عن وجود شبكة ميتوكوندريا معقدة في العدلات البشرية ذات إمكانات غشائية عالية. يعد فقدان غشاء الميتوكوندريا المحتمل مؤشرا مبكرا على موت الخلايا المبرمجالعدلات 10. أظهرت المعالجة باستخدام غير مقرنة الميتوكوندريا كربونيل سيانيد m-chlorophenyl hydrazone (CCCP) تثبيطا كبيرا في الانجذاب الكيميائي ، إلى جانب تغيير في مورفولوجيا الميتوكوندريا 9,10.
على الرغم من أن مصدر الطاقة الأساسي للعدلات هو تحلل السكر ، إلا أن الميتوكوندريا توفر ATP الذي يبدأ تنشيط العدلات عن طريق تغذية المرحلة الأولى من إشارات البيورينرجيك ، والتي تعزز إشارات Ca2+ ، وتضخم إنتاج ATP الميتوكوندريا ، وتبدأ الاستجابات الوظيفيةللعدلات 13. يؤدي خلل في السلسلة التنفسية للميتوكوندريا إلى الإفراط في إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية السامة (ROS) ويؤدي إلى أضرار مسببة للأمراض14،15،16. NETosis ، وهي عملية تشكيل مصائد العدلات خارج الخلية (NETs) ، هي خاصية مهمة للعدلات تساعدها على محاربة مسببات الأمراض17 وتساهم في العديد من الحالات المرضية ، بما في ذلك السرطان والتخثر واضطرابات المناعة الذاتية18. يساهم أنواع الأكسجين التفاعلية المشتقة من الميتوكوندريا في NETosis19 ، ويمكن أن يكون الحمض النووي للميتوكوندريا مكونا من مكونات NETs18 ، كما أن توازن الميتوكوندريا المتغير يضعف NETosis20،21،22،23،24. علاوة على ذلك ، أثناء التمايز الطبيعي أو النضج ، يتم عكس إعادة برمجة التمثيل الغذائي للعدلات عن طريق الحد من نشاط تحلل السكر ، ويشاركون في تنفس الميتوكوندريا ويحشدون الدهون داخل الخلايا25,26.
يمكن لمحلل التدفق الأيضي خارج الخلية مراقبة وقياس تنفس الميتوكوندريا للخلايا الحية وتحلل السكر باستمرار. يستخدم المحلل خرطوشة مستشعر بتنسيق لوحة 96 بئرا واثنين من الفلوروفور لتحديد تركيز الأكسجين (O2) وتغيرات الأس الهيدروجيني. خرطوشة المستشعر فوق الطبقة الأحادية للخلية أثناء الفحص وتشكل غرفة دقيقة بارتفاع ~ 200 نانومتر. تستخدم حزم الألياف الضوئية في المحلل لإثارة الفلوروفورات واكتشاف تغيرات شدة الفلورسنت. يتم حساب التغييرات في الوقت الفعلي في تركيز O2 ودرجة الحموضة تلقائيا وتظهر كمعدل استهلاك الأكسجين (OCR) ومعدل التحمض خارج الخلية (ECAR). هناك أربعة منافذ على خرطوشة المستشعر تسمح بتحميل ما يصل إلى أربعة مركبات في كل بئر أثناء قياسات الفحص. يركز هذا البروتوكول على تحديد التنفس الميتوكوندريا للفأر والعدلات البشرية ، وكذلك خلايا HL60 الشبيهة بالعدلات ، باستخدام محلل التدفق الأيضي خارج الخلية.
الإجراء القياسي الذي يقيس تنفس الميتوكوندريا للعدلات باستخدام محلل التدفق الأيضي خارج الخلية محدود بالعديد من العوامل ، بما في ذلك عدد الخلايا ونمو الخلايا وقابليتها للحياة. يختلف كل تركيز مركب بين نوع ومصدر الخلايا في هذا الفحص. يستخدم Oligomycin و rotenone / antimycin A في الغالب بتركيز مماثل بين معظ…
The authors have nothing to disclose.
نحن نقدر الدكتور أنتوني تي فيلا والدكتورة فيديريكا أغليانوين من قسم علم المناعة في UConn Health لتدريبهما على استخدام محلل التدفق الأيضي خارج الخلية ، والدكتورة لين بودينجتون في قسم علم المناعة في UConn Health لدعمها للأدوات. نعترف بالدكتورة جنيف هارجيس من كلية الطب بجامعة كاليفورنيا في كاليفورنيا لمساعدتها في الكتابة العلمية وتحرير هذه المخطوطة. تم دعم هذا البحث بمنح من المعاهد الوطنية للصحة ، والمعهد الوطني للقلب والرئة والدم (R01HL145454) ، والمعهد الوطني للعلوم الطبية العامة (R35GM147713 و P20GM139763) ، وصندوق بدء التشغيل من UConn Health ، وزمالة إعادة الدخول الوظيفي من الجمعية الأمريكية لعلماء المناعة.
37 °C non-CO2 incubator | Precision | Economy Model 2EG | Instrument |
Biorender | Software Application | ||
Centrifuge | Eppendorf | Model 5810R | Instrument |
Corning Cell-Tak Cell and Tissue Adhesive | Corning | 102416-100 | Reagent |
EasySep Magnet | STEMCELL | 18000 | Magnet |
EasySepMouse Neutrophil Enrichment kit | STEMCELL | 19762A | Reagents |
Graphpad Prism 9 | Software Application | ||
Human Serum Albumin Solution (25%) | GeminiBio | 800-120 | Reagents |
Ketamine (VetaKet) | DAILYMED | NDC 59399-114-10 | Anesthetic |
PBS | Cytiva | SH30256.01 | Reagents |
Plate buckets | Eppendorf | UL155 | Accessory |
PolymorphPrep | PROGEN | 1895 (previous 1114683) | polysaccharide solution |
Purified mouse anti-human CD18 antibody | Biolegend | 302102 | Clone TS1/18 |
RPMI 1640 Medium | Gibco | 11-875-093 | Reagents |
Seahorse metabolic extracellular flux analyzer | Agilent | XFe96 | Instrument |
Seahorse XF Cell Mito Stress Test Kit | Agilent | 103015-100 | mitochondrial stress test Kit |
Swing-bucket rotor | Eppendorf | A-4-62 | Rotor |
Vactrap 2 Vacum Trap | Fox Lifesciences | 3052101-FLS | Instrument |
Wave | Software Application | ||
XF 1.0 M Glucose Solution | Agilent | 103577-100 | Reagent |
XF 100 mM Pyruvate Solution | Agilent | 103578-100 | Reagent |
XF 200 mM Glutamine Solution | Agilent | 103579-100 | Reagent |
XF DMEM medium | Agilent | 103575-100 | Reagent |
XFe96 FluxPak | Agilent | 102601-100 | Material |
Xylazine (AnaSed Injection) | DAILYMED | NDC 59399-110-20 | Anesthetic |