Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Neuroscience

Auswertung der bioenergetischen Funktion in Cerebral Vascular Endothelial Cells

Published: November 19, 2016 doi: 10.3791/54847

Summary

Endothelzelle Mitochondrien sind kritisch Blut-Hirn-Schranke Integrität aufrechtzuerhalten. Wir führen ein Protokoll bioenergetischen Funktion in der zerebralen vaskulären Endothelzellen zu messen.

Abstract

Die Integrität der Blut-Hirn-Schranke (BBB) ​​ist kritisch Hirnverletzung zu verhindern. Zerebrale vaskuläre Endothel (CVE) -Zellen sind eine der Zelltypen, die die BBB umfassen; Diese Zellen haben eine sehr hohe Energiebedarf, der optimal mitochondrialen Funktion erfordert. Im Falle von Krankheit oder Verletzung kann die mitochondriale Funktion in diesen Zellen verändert werden, was zu einer Erkrankung oder der Öffnung der BBB. In diesem Manuskript, stellen wir eine Methode die Funktion der Mitochondrien in CVE-Zellen zu messen, indem unter Verwendung von Voll, intakte Zellen und eine Bioanalyzer. Ein Mito-Stress-Test wird verwendet, um die Zellen in Frage zu stellen, die entweder physikalisch oder chemisch gestört wurden, und ihre bioenergetischen Funktion auswerten. Darüber hinaus bietet dieses Verfahren auch eine nützliche Möglichkeit, um neue Therapeutika zu suchen, die direkte Auswirkungen auf die Funktion der Mitochondrien haben. Wir haben die Zelldichte optimiert erforderlichen Sauerstoffverbrauchsraten zu erzielen, die für die Berechnung einer Vielzahl von mitochondrialen para ermöglichenMeter, einschließlich der ATP-Produktion, maximale Atmung und freie Kapazitäten. Wir zeigen auch die Empfindlichkeit des Assays durch den Nachweis, daß die Einführung der MikroRNA, miR-34a, führt zu einer ausgeprägten und detektierbare Abnahme der mitochondrialen Aktivität. Während die in diesem Dokument dargestellten Daten für die bEnd.3 Zelllinie optimiert ist, haben wir optimiert auch das Protokoll für die primäre CVE-Zellen, ferner die Nützlichkeit in der präklinischen und klinischen Modellen hindeutet.

Introduction

Es ist allgemein anerkannt, dass die Blut-Hirn-Schranke (BBB) ​​durch cerebral vascular endothelial (CVE) Zellen gebildet hat sehr unterschiedliche und einzigartige Funktionen, ausschlaggebend für die vaskuläre biology. Diese Endothelzellen verwenden Mitochondrien meisten der zellulären Zufuhr von Adenosintriphosphat (ATP) als Quelle für chemische Energie zu erzeugen. Zusätzlich ATP für die CVE Zellen bereitzustellen, regulieren Mitochondrien verschiedene zelluläre Prozesse in vaskulären endothelialen Zellen, wie zelluläre Signal 1-4, Apoptose 5, und die Kontrolle des Zellzyklus und Zellwachstum . 6 Dysregulation der mitochondrialen bioenergetischen Funktion in Zellen CVE kann sich auf mitochondrialen Biogenese, zu einer Beeinträchtigung der vaskulären Endothel - Aktivität führt, und verschärfen zerebrovaskuläre Erkrankungen und neurodegenerativen Erkrankungen, zB Schlaganfall 7,8 und Alzheimer-Krankheit (AD) 9. Wir haben gezeigt, dass Beschimpfungen zu CVE-Zellen nach Exposition mit lipopolysacrid (LPS) die Funktion der Mitochondrien in CVE - Zellen beeinträchtigen und verschlechtern Hub 7 Ergebnisse. Tert-Butylhydrochinon (TBHQ) erhöht Schlaganfall Sterblichkeit um 10 in CVE - Zellen mit oxidative Phosphorylierung zu stören. Daher stellt die quantitative Modell der bioenergetischen Funktion in CVE-Zellen nicht nur Piloten eine Reihe von Mechanismus bezogenen Studien für das zentrale Nervensystem (ZNS) Erkrankungen, sondern auch einen Durchbruch in der Wirkstoff-Screening von Therapeutika mitochondrialen Funktion in der Gefäßbiologie Targeting.

Isolierte Mitochondrien wurden verwendet bioenergetischen Funktion zu messen. Wir haben 7 und andere 11 haben Einschätzungen von zellulären Bioenergetik in intakten Zellen CVE berichtet durch einen extrazellulären Fluss Bioanalyzers verwenden. Der Analysator bietet den Vorteil der endogenen zellulären bioenergetischen Beurteilung. Dieser empfindliche und konsistente Assay misst den mitochondrialen Metabolismus von CVE Zellen und kann verwendet werden bioenergetischen Beeinträchtigung durch sti auszuwertenmuli, untersuchen die Mechanismen der mitochondrialen Signalwege und Bildschirm Medikamente oder Behandlungen, die die Funktion der Mitochondrien in CVE-Zellen beeinflussen. Die Sauerstoffverbrauchsrate (OCR) wird durch die Bioanalyzers aufgezeichnet eine pharmakologische Profilierung Ansatz durch die Verwendung von vier mitochondrialen Disruptoren Kombination: Oligomycin, Carbonyl- Cyanid-4 (trifluormethoxy) phenylhydrazons (FCCP), Rotenon und Antimycin A. In diesem Protokoll wir ausführlich eine optimierte Ansatz, der für die Messung und Berechnung der mitochondrialen Funktionsparameter in CVE-Zellen, einschließlich basalen mitochondriale Atmung, die ATP-Produktion, Protonenleck, maximale Atmung und Ersatzatemkapazität, in einem einzigen Assay ermöglicht.

Protocol

HINWEIS: Die Regelung des Protokolls ist in Abbildung 1, mit einem Zeitplan der Verfahren gezeigt.

1. Kultur und Passage von CVE-Zellen

  1. Kultur CVE Zellen (bEnd.3 Zellen) in komplettem Wachstumsmedium (glucosereichem Dulbecco-modifiziertem Eagle-Medium, DMEM) mit 10% fötalem Rinderserum (FBS) und 1% Penicillin / Streptomycin in einer T75 cm 2 Gewebekulturkolben ergänzt. Wachsen bei 37 ° C in einem 5% CO 2 -Inkubator.
  2. Entfernen und die Zellkulturmedium zu verwerfen. Spülen Sie die Zellschicht mit 0,25% Trypsin-0,03% EDTA-Lösung, und fügen Sie dann 1 bis 2 ml Trypsin-EDTA-Lösung in den Kolben und halten den Kolben bei 37 ° C für 3 - 5 min. Beachten Sie die Zellen unter einem inversen Mikroskop, bis die Zellschicht abgelöst wird. In 10 ml komplettem Wachstumsmedium und aspirieren die Zellen durch vorsichtiges Pipettieren.
  3. Man dekantiert die Flüssigkeit und Zellen in eine 15-ml-Zentrifugenröhrchen und Spinn bei 700 xg für 5 min um Zelltrümmer zu entfernen. Überstand verwerfen aus dem Zentrifugenröhrchen. In 10 ml komplettem Wachstumsmedium und resuspendieren Zellpellet. Dreh die Zellen bei 700 · g für 5 min.
  4. Überstand verwerfen aus dem Zentrifugenröhrchen. Resuspendieren des Zellpellets in komplettem Wachstumsmedium bei einer Konzentration von 2,0 × 10 5 Zellen / mL (bestimmt durch Zählen unter Verwendung eines Hämozytometers; auszuschließen toten Zellen durch Trypan-Blau - Färbung).
    HINWEIS: Frisch aufgetaute Zellen subkultiviert mindestens 3 Durchgänge für Experimente.

2. Seed und Behandeln Zellen auf Zellkulturplatten

  1. Samenzellen auf einer 96-well extrazellulärem Flußmittel Zellkulturplatte: 80 & mgr; l / Vertiefung. Legen Sie die Zellkulturplatte bei 37 ° C in einem 5% CO 2 Inkubator. Hinweis: 16 × 10 3 Zellen pro Vertiefung 60 erreicht - 80% Konfluenz innerhalb von 24 h.
  2. Wenn die Zellen zu einer Chemikalie ausgesetzt werden, fügen Sie die Behandlungen, sobald die Zellen an den Plattenboden angebracht sind (8 - 24 h nach sehending).
    HINWEIS: Für die Transfektion Experimente, keine Antibiotika in komplettem Wachstumsmedium hinzuzufügen.

3. Bewertung der mitochondrialen Funktion der Bioanalyzer Verwendung

  1. Vor Beginn des Assays, die eine extrazelluläre Flußsensor Kartusche mit Kalibrierfluid Hydrat durch Zugabe von 150 & mgr; l von extrazellulärem Flußmittel Kalibrierlösung mit der Platte und Inkubation O / N bei 37 ° C ohne CO 2.
  2. Mit der Plattenwaschstation, ändern Sie die Zellkulturmedium in pH 7,0 extrazellulären Flusstestmedium. Inkubieren der Zellen bei 37 ° C ohne CO 2 für 30 - 60 min.
  3. Bereiten Sie Arbeitslösungen von 8 uM Oligomycin, 4,5 uM FCCP, 10 uM Rotenon und 10 & mgr; M Antimycin A in DMEM. Last 25 & mgr; l der Stammlösungen in Patrone Injektionsöffnungen: Port A, Oligomycin; Port-B, FCCP; Port C, Rotenon und Antimycin A mit extrazellulären Flusstestmedium. Implementieren Sie das Testprotokoll , wie in Tabelle 1 beschrieben.
  4. Legen Sie das hydratisierte Patrone in den Bioanalyzer und führen Sie die Kalibrierung durch die Schaltfläche "Start" klicken. Nachdem die Kalibrierung abgeschlossen ist, entfernen Sie die "Unload Cartridge" prompt, indem Sie auf die Patrone Bodenplatte und laden Sie die Zellenplatte. Weiter den Test bis zum Ende aller Messungen.
  5. Öffnen Sie die Datendatei und erhalten die Rate Werte aus dem Bioanalyzer. Exportieren Sie die Daten in ein Tabellenkalkulationsdatei.

4. Datenanalysen

HINWEIS: Die Berechnungen für die Datenanalysen werden formuliert unten. Die Werte werden aus dem Bioanalyzer erhalten wie die OCR 2 in Abbildung dargestellt.

  1. Zur Berechnung Basalatmung, subtrahieren Sie die nicht die mitochondriale Atmung (Messungen 10 bis 12) aus dem Grundwert (Messung 3).
    HINWEIS: Basalatmung = Basal - nicht die mitochondriale Atmung = Rate ③ - Bewerten ⑩ ~ ⑫.
  2. Zur Berechnung der ATP productivom Basalwert (Messung 3) - auf der ATP-linked Atmung (6 Messungen 4) abziehen.
    HINWEIS: ATP-Produktion = Basal - ATP-linked Atmung = Rate ③ - Bewerten ④ ~ ⑥.
  3. Um eine maximale Atmung zu subtrahieren , die nicht die mitochondriale Atmung (Messungen 10 bis 12) aus dem Maximum der Atmung (Messungen von 7 bis 9).
    HINWEIS: Maximal Atmung = maximale Atmung - nicht die mitochondriale Atmung = Rate ⑦ ~ ​​⑨ - Bewerten ⑩ ~ ⑫.
  4. Um Ersatzkapazität zu berechnen, subtrahieren Sie den Basalwert (Messung 3) aus dem Maximum der Atmung (Messungen von 7 bis 9).
    HINWEIS: Die Ersatzkapazität = Maximale Atmung - Basal = Rate ⑦ ~ ​​⑨ - Bewerten ③.
  5. Proton Leck, subtrahieren , um die nicht-mitochondriale Atmung (Messung 10 bis 12) Zur Berechnung der ATP-linked Atmung (Messung 4).
    HINWEIS: Protonenleck =-ATP verknüpft Atmung - nicht Mitochondrienl Atmung = Rate ④ - Bewerten ⑩ ~ ⑫.

Representative Results

Um die bioenergetischen Funktion von CVE - Zellen als Reaktion auf oxidativen Stress beurteilen zu können , wählten wir die Maus Gehirn mikrovaskulären Endothel - Zelllinie bEnd.3, die die gleichen Vergleichsbarriereeigenschaften als primäre Gehirn mikrovaskulären Endothelzellen 12 zeigt. Da die Kinetik und die relative Intensität der Reaktion sind unter den verschiedenen Zelltypen variiert, wurden die erste Serie von Experimenten entwickelt messbare OCR Ebenen zu erhalten, indem die optimale Anzahl von bEnd.3 Zellen identifiziert in dem Assay zur metabolischen Profils zu verwenden, gezeigt in Abbildung 2. Nach der Auswertung werden die Daten quantifiziert und dargestellt in Abbildung 3. Basalatmung, maximale Atmung und Ersatzatemkapazität zeigte eine proportionale Reaktion mit Zelldichte. ATP - Produktion verringerte sich jedoch bei 64 × 10 3 Zellen pro Vertiefung ausgewählt wurden, was darauf hindeutet , dass die Über konfluenten ZellkulturFür dieses Experiment nicht geeignet. Die optimalen Zelldichten auftreten zwischen 8-32 × 10 3 Zellen pro Vertiefung auf der Grundlage der Antwort auf die mitochondriale Disruptoren.

Für nachfolgende Experimente eine Aussaatdichte von 16 × 10 3 Zellen pro Vertiefung verwendet wurde für die optimale Detektion von Änderungen in OCR zu ermöglichen. Mit 16 × 10 3 Zellen pro Vertiefung, beobachteten wir die erwarteten Antworten in OCR und gezeigt , dass die microRNA miR-34a die Funktion der Mitochondrien in CVE - Zellen (Abbildung 4) reduziert. Wir haben früher , dass miR-34a oxidative Phosphorylierung 13 in diesen Zellen reduziert berichtet. Die wiederholten Versuche zeigten auch , dass eine maximale Atmungs und Ersatzkapazität durch die Überexpression von miR-34a deutlich in CVEs bei 24 h nach der Transfektion verringert wurden, obwohl die Basalatmung, ATP - Produktion, und Protonenleck hatten keine signifikanten Änderungen (Figur 4) . Diese Datenveranschaulichen die Empfindlichkeit der Bioanalyzer Veränderungen in der mitochondrialen Funktion in CVEs zu detektieren.

Abbildung 1
Abbildung 1. Strategische Planung für das Experiment. Der Zeitplan für die Zelle, Platte, und die Patrone Vorbereitung angezeigt wird . Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 2
Abbildung 2. Repräsentative Rohdaten von bioenergetischen Funktion in CVE Zellen mit verschiedenen Zelldichten. Der Sauerstoffverbrauch Raten wurden in CVE - Zellen mit unterschiedlichen Zelldichten gemessen. Die Daten stellen den Mittelwert ± SD (n = 5); OCR: Sauerstoffverbrauchsrate; FCCP: carbonyl Cyanid-4- (trifluormethoxy) phenylhydrazon; Rot / Anti-A: Rotenon und Antimycin A. ①, ② und ③ zeigen Basalatmung; ④, ⑤ und ⑥ zeigen ATP verknüpft Atmung; ⑦, ⑧ und ⑨ zeigen maximale Atmung; ⑩, ⑪ und ⑫ zeigen nicht die mitochondriale Atmung. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 3
Abbildung 3. Repräsentative Ergebnisse von bioenergetischen Funktion in CVE Zellen mit verschiedenen Zelldichten. Basalatmung, die ATP - Produktion, maximale Atmung und freie Kapazitäten aus den Rohdaten von den Bioenergetik funktionellen Test in Abbildung 2 mit den Formeln generiert berechnet werden in Abschnitt 4 angegeben . Die Daten repräsentieren den Mittelwert ± SD (n = 5) bedeuten; OCR: Sauerstoffverbrauchsrate. f = "http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54847/54847fig3large.jpg" target = "_ blank"> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 4
Abbildung 4: Repräsentative Ergebnisse von Verminderte Bioenergetische Funktion von miR-34a (A) Rohdaten der mitochondrialen Funktion nach Überexpression von miR-34a bei 24 h nach der Transfektion.. (B) Basalatmung, die ATP - Produktion, maximale Atmung und freie Kapazitäten werden aus den Rohdaten von den Bioenergetik funktionellen Test in 4A erzeugt berechnet; die Parameter durch die Formeln in Abschnitt 4. Die Überexpression von miR-34a reduziert die Funktion der Mitochondrien in CVE-Zellen bei 24 h nach der Transfektion angegeben berechnet werden. Die Daten stellen den Mittelwert ± SD (n = 5); OCR: Sauerstoffverbrauchsrate. ****, P <0,0001.files / ftp_upload / 54847 / 54847fig4large.jpg "target =" _ blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Tabelle 1
Tabelle 1. Das Instrument Run Protokoll.

Discussion

Dieses Protokoll stellt ein Verfahren zur in zerebralen vaskulären Endothelzellen des bioenergetischen Phänotyp auswertet. Es dient als Basistest für die endotheliale Zell mitochondrialen Auswertung und es ist optimal für die Experimente, die Mechanismen von Stimuli zu untersuchen, die die mitochondriale Signalweg in CVE Zellen beeinflussen können. Es stellt auch ein Verfahren für potentielle Therapeutika für BBB-Störung-assoziierter Krankheiten testen.

Kritische Schritte im Rahmen des Protokolls

Extrazellulärem Flußmittel bioanalyzers haben die Fähigkeit, OCR in Echtzeit zu messen. In diesem Assay wird die geeignete Zelldichte Identifizierung kritisch. Wenn die Zelldichte von weniger als 8 × 10 3 Zellen pro Vertiefung ist, die basale OCR zu niedrig analysiert werden (Abbildung 2 und Abbildung 3); Wenn die Zelldichte von über 32 × 10 3 Zellen pro Vertiefung ist, müssen die Zellen nicht zu Oligomycin oder FCCP treatme antwortennts (Abbildung 2 und Abbildung 3). Die optimale Zelldichte für diese Zelllinie in unserem experimentellen Modell ist 16 × 10 3 Zellen pro Vertiefung, die reproduzierbare Ergebnisse und Empfindlichkeit zeigt auf Reize 7 und Behandlungen 10,14. Wenn eine 24-well Bioanalyzer verwendet wird, neue Titrationen der Zelldichte würde für den Test erforderlich.

Es ist dokumentiert , dass CVEs ein großes Volumen von Mitochondrien haben im Vergleich zu anderen endothelialen Zellen oder Gewebetypen 15,16, was auf die Notwendigkeit einer größeren Energieproduktion und weniger Zellen für bioenergetics Stoffwechsel zu messen. Wir haben verschiedene Arten von Gehirn - Endothelzellen getestet, wie primäre und immortalisierten murinen zerebrovaskulären Endothelzellen 7 und immortalisierten humanen zerebrovaskulären Endothelzellen (nicht veröffentlichte Daten). Diese Zellen ähnliche Zelldichten erforderlich, um die akzeptable OCR (Basalatmung OCR innerhalb von 40 zu erreichen - 160 pmol / min96-Well-Platten und 50-400 pmol / min für 24-Well-Platten), wenn der Bioenergetik-Test durchgeführt wurde. Kaczara et al. Berichteten bioenergetischen Metabolismus in menschlichen Nabelvenen - Endothelzellen (HUVEC) zu messen, die eine höhere Zelldichte 17 verwendet.

Unsere Gruppe nicht beurteilen Gefäßzellen aus anderen Geweben oder Organen. Theoretisch könnte die Bioanalyzer potentiell auf jedem Zelltyp verwendet werden, aber es erfordert den Assay für die Zelldichte, Zellkulturmedium, und die Kulturbedingungen zu optimieren (einige spezifische Zellen Platten können erfordern beschichtet gut zu wachsen). Es ist erforderlich, dass die Experimente der OCR Rate innerhalb des akzeptablen Bereichs liegt, um sicherzustellen, abgeschlossen sind. Wenn die OCR in Endothelzellen aus anderen Organen niedriger als CVEs von Gehirn, kann die Zelldichte zu erhöhen helfen, innerhalb eines akzeptablen OCR Bereich zu bekommen. Alternativ kann, wenn Zellen nicht oxidative Phosphorylierung als Hauptenergiequelle verwenden, würde der Bioanalyzer kein optima seinl Assay.

Die Bioanalyzer ermöglicht die sequentielle Unterbrechung der Elektronentransportkette, auf der Grundlage der Reihenfolge, in der die Reagenzien aufgebracht werden. Zuerst Oligomycin angewendet wird, welche Mitochondrien Complex V (ATP-Synthase) hemmt. Zweitens FCCP, ein Elektron Entkoppler, angewendet wird, was zur Störung des Protonengradienten führt. Schließlich Rotenon und Antimycin A, welche Mitochondrien Komplexe I und III hemmen bzw. angewendet auf eine vollständige Hemmung des Elektronenflusses zu führen. Die Reihenfolge der Arzneimittelexposition ist wichtig, weil die Medikamente die spezifische Elektronentransportkettenreaktion blockieren, und die sequentiellen Änderungen gemessen werden kann, die die Funktion der Mitochondrien zu reflektieren.

Technische Änderungen und Fehlerbehebung

Um mitochondrialen Antwort bewerten in CVE-Zellen auf Reize, ist es empfehlenswert, dass die Reize auf Zellen angewandt werden, nachdem die Zellen in der Zellkulturplatte Boden eingehalten werden (siehe Timelinein 1 gezeigt ist ; es dauert in der Regel mindestens 6 h). Um reproduzierbare Ergebnisse durch Behandlungen erhalten, ist es äußerst wichtig, die Zelldichte konsistent zu halten. Wenn Vorbehandlungen vor der Zellaussaat ausgelegt sind, die Zelldichte für jede Vorbehandlung sollte sorgfältig gemessen, ohne die toten Zellen für die Aussaat. Wenn die Transfektion im experimentellen Design enthalten ist, finden Sie in der Transfektion Protokoll des Herstellers. Nachgewiesene in in Abbildung Daten 4 wurde miR-34a in die CVE - Zellen , die eine Lipofectamin - Transfektion - Kit, die Antibiotika-freien Zellkulturmedium und eine Mito-Stresstest zur Beurteilung der Veränderungen in der metabolischen Funktion mit Überexpression von miR-34a erfordert . Die Dosen von Plasmid kann auch optimiert werden, wie zuvor 13 veröffentlicht. Eine weitere Änderung, die dem Protokoll vorgenommen werden können, verändert sich die Konzentrationen der Reagenzien. Eine Titrationskurve von Oligomycin, FCCP und / oder Rotenon und Antimycin A kann completed.

Darüber hinaus, wenn dieser Assay mit hohem Durchsatz verwendet wird , aus verschiedenen Arzneimitteln analysiert, wird vorgeschlagen , einen parallelen Assays umfassen die Lebensfähigkeit der Zellen und die Zellproliferation zu messen, die in unseren früheren Veröffentlichungen 7,13 beschrieben wurde. Die OCR - Werte signifikant von der Zellzahl (2 und 3) und die Zellproliferation und Lebensfähigkeitstests profitieren die Normalisierung der Daten beeinflusst. Jedoch sind die Vollendung dieser Assays im Ermessen des jeweiligen Labor.

Einschränkungen der Technik

Die Hauptbeschränkung dieses Protokolls besteht darin , dass man nur eine in vitro Zellkulturmodell in der Studie verwendet. Zur Zeit gibt es keine verfügbaren ex - vivo - Modellen oder Tiermodellen , die die Funktion der Mitochondrien Endothelzellen richten. Neue Modelle werden erwartet , für die Auswertung der bioenergetischen Funktion in vivo entwickelt werden , und

Eine weitere Einschränkung ist die Ausdehnung der Sperrabschätzungen nach den bioenergetics Maßnahmen. Die Experimente können nicht ausgeführt werden, weil, erstens, die nach Abschluss der bioenergetischen Messungen wird die Lebensfähigkeit der Zellen nach vollständiger Unterbrechung der Elektronentransportkette vermindert; zweitens spezielle Zellkulturplatten und Einsätze erforderlich sind Bioenergetik Werte zu erkennen und nicht-Einsätze für Barriereprüfungen passen. Daher gibt es nicht viele funktionelle Assays, die nach dem bioenergetics Assay abgeschlossen werden kann. Es wird jedoch erwartet, dass spezielle Geräte funktionelle Assays entwickelt werden können, vor dem bioenergetics Assay durchzuführen.

Bedeutung der Technik in Bezug auf bestehende / Alternativmethoden

Frühere Verfahren erforderten die Isolierung von Mitochondrien aus den Zellen 18 mitochondriale Funktion zu bewerten. Diese new Technik der Bioanalyzer mit ermöglicht die Messung der mitochondrialen Aktivität in intakten Zellen, die mehr von der zellulären Umgebung bewahrt als isolierte Mitochondrien zu bewerten.

Zukünftige Anwendungen oder Anfahrt nach dieser Technik Mastering

Dieses Protokoll wurde entwickelt und für die bEnd.3 Zelllinie entwickelt, aber es ist auch kompatibel mit primären zerebralen vaskulären endothelialen (pCVE) Zellen 7 oder andere Endothel, und das haben wir 7 unter Verwendung von pCVE Zellen in unserer früheren Veröffentlichung demonstriert. Wenn andere Arten von Endothel verwendet werden, kann die Beschichtung der Kulturplatte und die Verwendung von Wachstumsfaktoren erforderlich. Jedoch wird die Titration Assay für andere Zelltypen als auch empfohlen. Dieses Protokoll bietet ein allgemeines Verfahren in der Auswertung der bioenergetics von CVE Zellen angenommen werden, und es kann weiter Mechanismus Studien oder therapeutische Antworten auf diese Weise angewendet werden.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
bEnd.3 cell line ATCC CRL-2299 25 - 30 passages
Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) ATCC 30-2002
Fetal Bovine Serum Atlanta Biologicals S12450 10% final concentration
Penicillin/Steptomycin Hyclone SV30010 1×100 stocking
0.25% trypsin, 0.03% EDTA solution Corning 25-053-CI
Sodium pyruvate Corning 25-000-CI 1.0 µM final concentration
Glucose Sigma CAS 50-99-7 25 mM final concentration
Oligomycin Sigma O4876 1.0 µM final concentration
Carbonilcyanide 4-(trifluoromethoxy) phenylhydrazone (FCCP) Sigma C2920 0.5 µM final concentration
Rotenone Sigma R8875 1.0 µM final concentration
Antimycin A Sigma CAS 1397-94-0 1.0 µM final concentration
Plate wash station Seahorse Bioscience
Extracellular flux bioanayzer   Seahorse Bioscience XFe96
Extracellular flux cell culture plate Seahorse Bioscience 102416-100
Extracellular flux sensor cartridge Seahorse Bioscience 102416-100
Extracellular flux calibrant solution Seahorse Bioscience 100840-000
Extracellular flux assay medium Seahorse Bioscience 102365-100 PH buffered prior to assay

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Quintero, M., Colombo, S. L., Godfrey, A., Moncada, S. Mitochondria as signaling organelles in the vascular endothelium. Proc Natl Acad Sci U S A. 103, 5379-5384 (2006).
  2. Liu, Y., Li, H., Bubolz, A. H., Zhang, D. X., Gutterman, D. D. Endothelial cytoskeletal elements are critical for flow-mediated dilation in human coronary arterioles. Med Biol Eng Comput. 46, 469-478 (2008).
  3. Al-Mehdi, A. B., et al. Perinuclear mitochondrial clustering creates an oxidant-rich nuclear domain required for hypoxia-induced transcription. Sci Signal. 5, ra47 (2012).
  4. Mironov, S. L., Ivannikov, M. V., Johansson, M. [Ca2+]i signaling between mitochondria and endoplasmic reticulum in neurons is regulated by microtubules. From mitochondrial permeability transition pore to Ca2+-induced Ca2+ release. J Biol Chem. 280, 715-721 (2005).
  5. Sutendra, G., et al. The role of Nogo and the mitochondria-endoplasmic reticulum unit in pulmonary hypertension. Sci Transl Med. 3, 88ra55 (2011).
  6. Mitra, K., Wunder, C., Roysam, B., Lin, G., Lippincott-Schwartz, J. A hyperfused mitochondrial state achieved at G1-S regulates cyclin E buildup and entry into S phase. Proc Natl Acad Sci U S A. 106, 11960-11965 (2009).
  7. Doll, D. N., et al. Mitochondrial crisis in cerebrovascular endothelial cells opens the blood-brain barrier. Stroke. 46, 1681-1689 (2015).
  8. Ren, X., Simpkins, J. W. Deciphering the Blood-Brain Barrier Damage in Stroke: Mitochondrial Mechanism. J Neuroinfect Dis. S2, e002 (2015).
  9. Pun, P. B., Lu, J., Moochhala, S. Involvement of ROS in BBB dysfunction. Free Radic Res. 43, 348-364 (2009).
  10. Sun, J., Hu, H., Ren, X., Simpkins, J. W. Tert-butylhydroquinone compromises survival in murine experimental stroke. Neurotoxicol Teratol. 54, 15-21 (2016).
  11. Modis, K., et al. Cellular bioenergetics is regulated by PARP1 under resting conditions and during oxidative stress. Biochem Pharmacol. 83, 633-643 (2012).
  12. Brown, R. C., Morris, A. P., O'Neil, R. G. Tight junction protein expression and barrier properties of immortalized mouse brain microvessel endothelial cells. Brain Res. 1130, 17-30 (2007).
  13. Bukeirat, M., et al. MiR-34a regulates blood-brain barrier permeability and mitochondrial function by targeting cytochrome c. J Cereb Blood Flow Metab. 36, 387-392 (2016).
  14. Hu, H., et al. Mitochondrial Impairment in Cerebrovascular Endothelial Cells is Involved in the Correlation between Body Temperature and Stroke Severity. Aging Dis. 7, 14-27 (2016).
  15. Oldendorf, W. H., Cornford, M. E., Brown, W. J. The large apparent work capability of the blood-brain barrier: a study of the mitochondrial content of capillary endothelial cells in brain and other tissues of the rat. Ann Neurol. 1, 409-417 (1977).
  16. Oldendorf, W. H., Brown, W. J. Greater number of capillary endothelial cell mitochondria in brain than in muscle. Proc Soc Exp Biol Med. 149, 736-738 (1975).
  17. Kaczara, P., et al. Carbon monoxide released by CORM-401 uncouples mitochondrial respiration and inhibits glycolysis in endothelial cells: A role for mitoBKCa channels. Biochim Biophys Acta. 1847, 1297-1309 (2015).
  18. Bharadwaj, M. S., et al. Preparation and respirometric assessment of mitochondria isolated from skeletal muscle tissue obtained by percutaneous needle biopsy. J Vis Exp. (96), e52350 (2015).

Tags

Neuroscience Ausgabe 117 zerebrale vaskuläre Endothelzellen Blut-Hirn-Schranke Mitochondrien Bioenergetische Funktion Sauerstoffverbrauch Mitochondrial Bioanalyzer
Auswertung der bioenergetischen Funktion in Cerebral Vascular Endothelial Cells
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Rellick, S. L., Hu, H., Simpkins, J. More

Rellick, S. L., Hu, H., Simpkins, J. W., Ren, X. Evaluation of Bioenergetic Function in Cerebral Vascular Endothelial Cells. J. Vis. Exp. (117), e54847, doi:10.3791/54847 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter