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La visualización de la función respiratoria mitocondrial utilizando citocromo C Oxidasa / Succinato Deshidrogenasa (COX / SDH) de doble etiquetado Histoquímica

DOI:

10.3791/3266

November 23rd, 2011

In This Article

Summary

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El citocromo c oxidasa / deshidrogenasa de sodio (COX / SDH) de doble etiquetado método permite la visualización directa de las deficiencias de las enzimas respiratorias mitocondriales en secciones de tejido fresco congelado. Esta es una técnica histoquímica directa y es útil en la investigación de las enfermedades mitocondriales, el envejecimiento y los trastornos relacionados con el envejecimiento.

Abstract

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El ADN mitocondrial (ADNmt) los defectos son una causa importante de enfermedad y puede ser la base del envejecimiento y el envejecimiento, alteraciones 1,2. La teoría mitocondrial del envejecimiento sugiere un papel de mutaciones en el ADNmt, que pueden alterar la homeostasis de la bioenergética y la función celular, en el proceso de envejecimiento 3. Una gran cantidad de pruebas ha sido elaborado en apoyo de esta teoría de 1,4, siendo un ejemplo el ADN mitocondrial mutador ratón 5, sin embargo, el papel preciso de daño mitocondrial en el envejecimiento no es completamente entendido 6,7.

Observando la actividad de las enzimas respiratorias es un método directo para la investigación de la disfunción mitocondrial. Complejo IV o citocromo c oxidasa (COX), es esencial para la función mitocondrial. Las subunidades catalíticas de la COX son codificadas por el ADNmt y son esenciales para el ensamblaje del complejo (Figura 1). Por lo tanto, la síntesis y funcionamiento se basan principalmente en la integridad del ADNmt 2.Aunque otros complejos respiratorios podrían ser investigados, complejos IV y II son los más susceptibles de examen histoquímico 8,9. Complejo II o succinato deshidrogenasa (SDH), es totalmente codificada por el ADN nuclear (Figura 1), y su actividad no suele ser afectada por un deterioro del ADNmt, a pesar de un aumento puede indicar la biogénesis mitocondrial 10-12. El ADNmt deterioro observado en las enfermedades mitocondriales, el envejecimiento y las enfermedades relacionadas con la edad a menudo conduce a la presencia de células con actividad de la COX bajo o ausente 2,12-14. Aunque las actividades de la COX y SDH pueden ser investigados de forma individual, la secuencial de doble etiquetado método de 15,16 ha demostrado ser ventajoso en la localización de las células con la disfunción mitocondrial 12,17-21.

Muchas de las constituciones óptimo del test, se han determinado, como por ejemplo la concentración de sustrato, receptores de electrones / donantes, intermediarios transportadores de electrones, la influencia del pH, y la reacción time 9,22,23. 3,3 '-diaminobencidina (DAB) es un donador de electrones eficaz y fiable 22. En las células con el funcionamiento de la COX, la indamine marrón polímero producto va a localizar en crestas mitocondriales y saturar las células 22. Aquellas células que tienen disfuncionales COX por lo tanto no estar saturado por el producto DAB, lo que permite la visualización de la actividad SDH por la reducción de nitroazul de tetrazolio (NBT), un receptor de electrones, a un producto final azul formazán 9,24. Citocromo c y sustratos succinato sódico son añadidos para normalizar los niveles endógenos entre el control y los tejidos enfermos / mutante 9. Catalasa se ​​añade como medida de precaución para evitar posibles reacciones contaminantes de la actividad de peroxidasa 9,22. Metosulfato fenazina (PMS), un transportador de electrones intermedia, se utiliza en conjunción con azida sódica, un inhibidor de la cadena respiratoria, para aumentar la formación de los productos de reacción final de 9,25. A pesar de este informeción, algunos detalles importantes que afectan el resultado de este ensayo sencillo decorosa, además de los controles de especificidad y los avances en la técnica, aún no se han presentado.

Protocol

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1. Preparación de tejidos para muestras criostáticas

  1. El sacrificio del animal por dislocación cervical o decapitación, en conformidad con el permiso ético disponibles.
  2. Rápidamente recoger tejidos de interés (por ejemplo. Cerebral) y la velocidad de congelación del hielo seco (tejidos puede requerir congelación en isopentano o propano refrigerado con nitrógeno líquido para obtener la morfología óptima). Tejidos almacenar en papel de aluminio a -80 ° C hasta que esté listo a la sección.
  3. Insertar tejido congelado en la preparación de muestras criostáticas.
  4. Recoger de 14 micras secciones congeladas a -21 ° C (puede ser ne....

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Discussion

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La combinación de la COX / SDH método histoquímico permite la visualización de las células con la disfunción mitocondrial. Esta técnica, con los primeros estudios se remontan a 1968, sigue siendo popular, con muchos teniendo en cuenta el "gold standard" para la identificación de las enfermedades mitocondriales en los pacientes 14,19,26,27. Ahora se utiliza con frecuencia para investigar ADNmt mutación impulsada por el envejecimiento y el envejecimiento de los trastornos relacionados con 12,13,1.......

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Disclosures

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No hay conflictos de interés declarado.

Acknowledgements

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Este trabajo fue apoyado por el Instituto Nacional del Envejecimiento (AG04418), Instituto Nacional sobre Abuso de Drogas, Instituto Nacional de Salud-Karolinska Institutet Programa de Postgrado asociaciones, Karolinska Institutet, Consejo de Investigación sueco, el poder del cerebro de Suecia, y la Fundación Cerebro de Suecia. Muchas gracias a Mattias Karlen y el Dr. Giuseppe Coppotelli de apoyo creativo con la Figura 1 y 2, respectivamente; Karin Pernold de asistencia técnica, y los Dres. Barry J. Hoffer, Lars Olson, y Nils-Göran Larsson para muchos consejos útiles y la discusión.

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Materials

Nombre del reactivo Empresa Número de catálogo Comentarios (opcional)
De hielo seco AGA Gas AB bloque de forma
Isopentano (2-metilbutano) Sigma-Aldrich 277258
CAS: 78-78-4
Cyrostat solución incrustación Sakura Finetek Tissue Tek 4583
Criostato Microm Microm modelo HM 500M
Diapositivas Thermo Scientific Además súper helada
Menzel Gläser
J1800AMWZ
Cubreobjetos
Vidrio de borosilicato
VWR International 16004-098 24 x 50 mm
El filtro de papel Munktell filtro AB Calidad: 1350
ArtículoNúmero: 242 001
430 x 430 mm
3,3 '-diaminobenzidina tetrahidrocloruro (DAB) Sigma-Aldrich Sigma sistema de sustrato líquido, D7304
Citocromo c (tipo III, del corazón de equino) Sigma-Aldrich C2506
CAS: 9007-43-6
Bovina catalasa (de hígado) Sigma-Aldrich C9322
CAS: 9001-05-2
Nitroazul de tetrazolio (NBT) Sigma-Aldrich N6876
CAS: 298-83-9
Succinato sódico Sigma-Aldrich S2378
CAS: 6106-21-4
Fenazina metosulfato (PMS) Sigma-Aldrich P9625
CAS: 299-11-6
PMS es sensible a la luz. Escudo de la luz.
Azida de sodio Sigma-Aldrich S8032
CAS: 26628-22-8
Xileno VWR International EM-XX0060-4
Entellan VWR International 100503-870
Malonato
(Ácido malónico)
Sigma-Aldrich M1296
CAS: 141-82-2

References

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  1. Larsson, N. G. Somatic mitochondrial DNA mutations in mammalian aging. Annu. Rev. Biochem. 79, 683-706 (2010).
  2. Cottrell, D. A. Role of mitochondrial DNA mutations in disease and aging. Ann. NY Acad. Sci. 908, 199-207 (2000).
  3. Harman, D.

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Mitochondrial Respiratory FunctionCOX SDH Double labelingHistochemical TechniqueCytochrome C OxidaseSuccinate DehydrogenaseMitochondrial DysfunctionFresh Frozen TissueCryostat SectioningDAB NBT StainingMitochondrial DNA Mutator

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