本文描述了蛋白激酶C(PKC)同工酶激活对与呼吸和氧化磷酸化相关的线粒体功能以及细胞活力的影响。该方法采用腺病毒技术在原代细胞培养中选择性地过表达PKC同工酶,并结合多种检测手段以评估线粒体功能和细胞的能量状态。
方法文章
本文描述了蛋白激酶C(PKC)同工酶激活对与呼吸和氧化磷酸化相关的线粒体功能以及细胞活力的影响。该方法采用腺病毒技术在原代细胞培养中选择性地过表达PKC同工酶,并结合多种检测手段以评估线粒体功能和细胞的能量状态。
蛋白激酶C(PKC)同工酶家族参与多种生理与病理过程。我们近期的研究数据表明,PKC调控线粒体功能和细胞能量状态。大量报道显示,PKC-α和PKC-ε的激活可改善缺血心脏中的线粒体功能,并介导心脏保护作用。相反,我们已证明PKC-α和PKC-ε参与肾毒性物质诱导的肾细胞线粒体功能障碍和细胞死亡。因此,本研究的目的是建立一种 体外 维持活跃线粒体功能的肾细胞模型,其中可选择性激活或抑制PKC同工酶,以确定其在调控氧化磷酸化和细胞存活中的作用。肾近端小管细胞(RPTC)原代培养物在优化条件下培养,其线粒体呼吸及线粒体酶活性与体内RPTC相似 体内由于传统的转染技术(如Lipofectamine、电穿孔)在原代培养细胞中效率较低,且对线粒体功能具有不利影响,因此通过腺病毒载体将PKC-ε突变体cDNA导入RPTC。该方法可实现超过90%的培养RPTC转染效率。
本文介绍了评估PKC-ε在以下两方面作用的方法:1. 调控线粒体形态及与ATP合成相关的功能;2. 原代培养肾近端小管上皮细胞(RPTC)存活率。通过过表达组成型活性的PKC-ε突变体来激活PKC-ε,通过过表达无活性的PKC-ε突变体来抑制PKC-ε。线粒体功能通过检测呼吸功能、呼吸链完整性、呼吸链复合物及F0F1-ATP酶活性、ATP生成速率和ATP含量来评估。呼吸功能在经皂苷(digitonin)透化处理的RPTC中测定,包括状态3呼吸(在过量底物和ADP存在下的最大呼吸)和解偶联呼吸。呼吸链的完整性通过测定分离线粒体中呼吸链全部四个复合物的活性来评估。氧化磷酸化能力通过测定线粒体膜电位、ATP生成速率以及F0F1-ATP酶活性来评价。RPTC的能量状态通过测定细胞内ATP含量来评估。活细胞中的线粒体形态使用MitoTracker Red 580(一种可特异性在线粒体中富集的荧光染料)进行可视化,并在荧光显微镜下观察活单层细胞。RPTC的存活率通过annexin V/碘化丙啶(propidium iodide)染色结合流式细胞术检测,以判断细胞凋亡和胀亡(oncosis)。
这些方法可实现对单个蛋白激酶C同工酶的选择性激活或抑制,从而在可复制的多种生理和病理条件下评估其在细胞功能中的作用。 体外.
1. 肾近端小管的分离以进行原代培养
2. 肾近端小管细胞培养
3. 肾近端小管上皮细胞的腺病毒感染
4. 肾小管上皮细胞呼吸作用的测定
5. 线粒体膜电位(ΔΨm)的分析
6. 线粒体的分离
7. NADH-泛醌氧化还原酶(复合物 I)活性的测定
8. 琥珀酸-泛醌氧化还原酶(复合体 II)活性的测定
9. 泛醇-细胞色素c氧化还原酶(复合体III)活性的测定
10. 细胞色素氧化酶(复合体 IV)活性的测定
11. F0F1-ATP酶(ATP合酶)活性的测定
12. 细胞内ATP含量的测定
13. 线粒体形态的观察
14. 细胞活力分析
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图1显示,通过腺病毒递送编码蛋白激酶C-ε(PKC-ε)组成型活性突变体(caPKC-ε)和失活突变体(dnPKC-ε)的cDNA,可显著提高肾近端小管上皮细胞(RPTC)及其线粒体中PKC-ε的蛋白水平。携带caPKC-ε载体的cDNA感染细胞后,PKC-ε的磷酸化(活性)形式过表达;而携带编码dnPKC-ε的cDNA感染的细胞则过表达了无活性(未磷酸化)的PKC-ε(图1)。活性PKC-ε的存在会降低RPTC中线粒体的呼吸功能,且该效应与用于激活线粒体的底物无关,而失活的PKC-ε则无此影响(图2)。为了确定活性PKC-ε在呼吸链中的作用靶点,我们检测了呼吸链中所有酶复合体的活性。如图3所示,PKC-ε的激活降低了RPTC中复合体I和复合体IV的活性,但对复合体II和复合体III的活性无显著影响(数据未显示)。由PKC-ε激活引起的RPTC呼吸功能下降,伴随着线粒体膜电位的升高(线粒体超极化)(图4)。这些变化同时伴随着从过表达活性PKC-ε的RPTC中分离出的线粒...
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本文所述方法可在肾近端小管上皮细胞的原代培养体系中实现蛋白激酶C(PKC)各同工酶的过表达。该方法具有多项优势:1. 可在细胞类型均一的肾近端小管上皮细胞群体中研究多种损伤因素(如缺血、缺氧、氧化应激)、药物及肾毒性物质作用的调控机制,而此类细胞正是肾脏内上述刺激的主要靶细胞;2. 可在该细胞模型中研究线粒体功能 体外 在改良条件下原代培养的RPTC模型类似于肾近端小管的线粒体功能 在体.1,2 3. 线粒体对不同毒物的反应 体外 模型类似于肾近端小管的反应 体内4. 这种方法可实现高效的转染和特定蛋白编码基因的递送,包括参与调控线粒体功能的信号转导机制相关蛋白。因此,该模型允许选择性表达组成型激活或失活的激酶与磷酸酶同工酶,从而避免使用选择性较差且常伴有毒性副作用的药理学抑制剂和激活剂。该模型的局限性如下:1. 使用培养的RPTC细胞在体外环境中 体外 环境无法用于研究参与调控肾近端小管线粒体功能的内分泌和旁分泌信号 体内 2. 该模型无法用于研究慢性状况。
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未声明任何利益冲突。
本研究工作获得了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)下属的国家糖尿病、消化系统与肾脏疾病研究所(National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases)的资助项目2R01DK59558(资助对象:G.N.)。美国国立卫生研究院研究资源中心(National Center for Research Resources)通过资助项目UL1 RR029884支持了阿肯色医科大学(UAMS)转化研究研究所(Translational Research Institute),该资助为UAMS流式细胞术核心实验室(Flow Cytometry Core)提供了部分经费支持。我们感谢加州大学洛杉矶分校(University of California at Los Angeles;加利福尼亚州洛杉矶市)的Peipei Ping博士提供了携带编码PKC-ε显性负性(失活)突变体cDNA的腺病毒等分试样,同时感谢洛约拉大学医学中心(Loyola University Medical Center;伊利诺伊州梅伍德市)的Allen Samarel博士提供了编码PKC-ε组成型活性突变体的腺病毒载体等分试样。此外,我们还感谢伦敦帝国理工学院(Imperial College London,英国伦敦)的Peter Parker博士和Peter Sugden博士提供了编码组成型活性PKC-ε的cDNA。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 层流罩 | Thermo Electron Corporation | FORMA 1104 | |
| 2 ml 和 15 ml 玻璃匀浆器 | WHEATON | 989-24607, 357544 | |
| 85 和 235 微米尼龙筛网 | Small Parts | CMN - 0085 - 10YD CMN - 0250 - 10YD | |
| 50 ml 无菌离心管 | BIOLOGIX | BCT-P 50BS | |
| 1.5 ml 微量离心管 | Sarstedt | 72.690.001 | |
| 35 × 10 mm 无菌培养皿 | Corning | 430165 | |
| Jouan 离心机 | Jouan | Jouan CR3 11175704 转子:Jouan T40 | |
| 可调微型离心机 | SIGMA | Model 1 - 15 | |
| 生物氧监测仪 | YSI Incorporated | YSI Model 5300A | |
| 单室微氧系统 | YSI Incorporated | 5356S | |
| 氧探针 | YSI Incorporated | 5331A | |
| 循环水浴 | YSI Incorporated | 5310 | |
| KCl 和标准膜试剂盒 | YSI Incorporated | 5775 | |
| 磁力搅拌器 | YSI Incorporated | 5222 | |
| 平板记录仪 | Kipp Zonen | BD 11E | |
| 48 孔和 96 孔透明板 | Costar | 3548, 3679 | |
| Thermomixer R | Eppendorf | 5355 21919 | |
| 轨道摇床 MAXQ 2000 | Thermo Scientific | SHKA 2000 | |
| Spectra FLUOR Plus(吸光度/荧光/发光检测仪) | Tecan | F129005 | |
| 水套式 US Autoflow 自动 CO2 培养箱 | NUAIRE | NU 4850 | |
| 用于流式细胞术的 12×75 mm 聚苯乙烯培养试管 | Fisher Brand | 14-961-20 | |
| Axioskop 水浸物镜 63x / 0,90W | Carl Zeiss | 114846 ACHROPLAN 44 00 67 | |
| DMEM / F12 | Cellgro | 99 - 830 - PB | |
| DMEM / F12 Ham | Sigma | D 2906 - 1L | |
| 甲磺酸去铁胺 | Hospira | D110 | |
| I 型胶原酶 | Worthington | 4196 | |
| 胰蛋白酶抑制剂 | Sigma | T 6522 - 500mg | |
| 5,5',6,6'-四氯-1,1',3,3'-四乙基苯并咪唑羰花青碘化物(JC-1) | Invitrogen | T3168 | |
| Mitotracker Red | Invitrogen | M22425 | |
| ATP 生物发光检测试剂盒 HS II | Roche | 11 699 709 001 | |
| Annexin V - FITC 溶液 | BioVision | 1001 - 200 | |
| 流式细胞仪 | BD Biosciences | BD FACSCalibur |
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