Aquí se describe un protocolo detallado para realizar el ensayo de estrés mitocondrial y el ensayo de velocidad glucolítica en muestras de tejido retiniano ex vivo utilizando un bioanalizador comercial.
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Artículo de método
Aquí se describe un protocolo detallado para realizar el ensayo de estrés mitocondrial y el ensayo de velocidad glucolítica en muestras de tejido retiniano ex vivo utilizando un bioanalizador comercial.
La respiración mitocondrial es una vía crítica de generación de energía en todas las células, especialmente en los fotorreceptores de la retina que poseen un metabolismo altamente activo. Además, los fotorreceptores también exhiben una alta glucólisis aeróbica como las células cancerosas. Las mediciones precisas de estas actividades metabólicas pueden proporcionar información valiosa sobre la homeostasis celular en condiciones fisiológicas y en estados de enfermedad. Se han desarrollado ensayos basados en microplacas de alto rendimiento para medir la respiración mitocondrial y diversas actividades metabólicas en células vivas. Sin embargo, una gran mayoría de estos están desarrollados para células cultivadas y no han sido optimizados para muestras de tejido intacto y para su aplicación ex vivo. Aquí se describe un protocolo detallado paso a paso, utilizando tecnología de fluorescencia basada en microplacas, para medir directamente la tasa de consumo de oxígeno (OCR) como indicador de la respiración mitocondrial, así como la tasa de acidificación extracelular (ECAR) como indicador de glucólisis, en tejido retiniano ex vivo intacto. Este método se ha utilizado para evaluar con éxito las actividades metabólicas en la retina del ratón adulto y demostrar su aplicación en la investigación de los mecanismos celulares del envejecimiento y la enfermedad.
Las mitocondrias son orgánulos esenciales que regulan el metabolismo celular, la señalización, la homeostasis y la apoptosis mediante la coordinación de múltiples procesos fisiológicos cruciales1. Las mitocondrias sirven como la fuente de energía en la célula para generar trifosfato de adenosina (ATP) a través de la fosforilación oxidativa (OXPHOS) y proporcionar energía que soporta casi todos los eventos celulares. La mayoría del oxígeno celular se metaboliza en las mitocondrias, donde sirve como el aceptor final de electrones en la cadena de transporte de electrones (ETC) durante la respiración aeróbica. También se pueden producir bajas cantidades de ATP a partir de la glucólisis en el citosol, donde la glucosa se convierte en piruvato, que puede convertirse en lactato o transportarse a las mitocondrias y oxidarse a acetil-CoA, un sustrato en el ciclo del ácido tricarboxílico (ciclo TCA).
La retina es uno de los tejidos metabólicamente más activos en mamíferos2, mostrando altos niveles de respiración mitocondrial y un consumo de oxígeno extremadamente alto3. Los fotorreceptores de bastón y cono contienen una alta densidad de mitocondrias4, y OXPHOS genera la mayor cantidad de ATP en la retina5. Además, la retina también depende en gran medida de la glucólisis aeróbica6,7 al convertir la glucosa en lactato5. Los defectos mitocondriales se asocian a diversas enfermedades neurodegenerativas8,9; y con sus altas demandas energéticas únicas, la retina es especialmente vulnerable a los defectos metabólicos, incluidos los que afectan a OXPHOS4 mitocondrial y la glucólisis10. La disfunción mitocondrial y los defectos de la glucólisis están implicados en enfermedades degenerativas de retinal11,12 y macular13, degeneración macular asociada a la edad10,14,15,16 y retinopatía diabética17,18. Por lo tanto, las mediciones precisas de la respiración mitocondrial y la glucólisis pueden proporcionar parámetros importantes para evaluar la integridad y la salud de la retina.
La respiración mitocondrial se puede medir a través de la determinación de la tasa de consumo de oxígeno (OCR). Dado que la conversión de glucosa en piruvato y posteriormente en lactato da como resultado la extrusión de protones y la acidificación del entorno extracelular, las mediciones de la tasa de acidificación extracelular (ECAR) proporcionan una indicación del flujo de glucólisis. Como la retina está compuesta por múltiples tipos de células con relaciones íntimas y sinergia activa, incluido el intercambio de sustratos6, es imperativo analizar la función mitocondrial y el metabolismo en el contexto de todo el tejido retiniano con laminación y circuitos intactos. Durante las últimas décadas, los electrodos de O2 tipo Clark y otros microelectrodos de oxígeno se han utilizado para medir el consumo de oxígeno en la retina19,20,21. Estos electrodos de oxígeno tienen limitaciones importantes en la sensibilidad, el requisito de un gran volumen de muestra y la necesidad de agitación continua de la muestra en suspensión, lo que generalmente conduce a la interrupción del contexto celular y tisular. El protocolo descrito aquí se desarrolló utilizando una técnica de fluorescencia basada en microplacas para medir el metabolismo energético mitocondrial en tejido de retina de ratón ex vivo recién diseccionado. Permite mediciones en tiempo real de rendimiento medio de OCR y ECAR simultáneamente utilizando una pequeña muestra (punzón de 1 mm) de tejido retiniano ex vivo, evitando la necesidad de suspensión y agitación continua.
Aquí se demuestra el procedimiento experimental para el ensayo de estrés mitocondrial y el ensayo de tasa glucolítica en discos de punción retiniana recién diseccionados. Este protocolo permite la medición de las actividades metabólicas relacionadas con las mitocondrias en un contexto tisular ex vivo. A diferencia de los ensayos realizados con células cultivadas, las lecturas obtenidas aquí reflejan el metabolismo energético combinado a nivel tisular y están influenciadas por las interacciones entre los diferentes tipos de células dentro del tejido. El protocolo se modifica a partir de una versión publicada anteriormente22,23 para adaptarse a la nueva generación del analizador de flujo extracelular Agilent Seahorse de 24 pocillos (XFe24) con placa de captura de islotes. El medio de ensayo, las concentraciones de compuestos de inyección y el número/duración de los ciclos de ensayo también se han optimizado para el tejido retiniano. Se proporciona un protocolo detallado paso a paso para la preparación de discos perforados de retina. Se puede obtener más información sobre la configuración del programa y el análisis de datos en la guía del usuario del fabricante24,25,26.
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Todos los protocolos de ratón fueron aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales del Instituto Nacional del Ojo (NEI ASP # 650). Los ratones fueron alojados en condiciones de luz-oscuridad de 12 h y cuidados siguiendo las recomendaciones de la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio, el Instituto de Recursos Animales de Laboratorio y la Política del Servicio de Salud Pública sobre Cuidado Humanitario y Uso de Animales de Laboratorio.
1. Cartucho del sensor hidratante y preparación del medio de ensayo
2. Revestimiento de inserciones de malla de microplaca de captura de islotes
3. Preparación de compuestos de inyección
4. Disección retiniana y preparación del punzón retiniano
5. Carga de los puertos de inyección del cartucho del sensor y calibración
6. Carga de la placa de captura del islote e inicio de la ejecución del ensayo
7. Ejecute la terminación y el almacenamiento de datos
8. Guardar la muestra de punzón retiniano
9. Análisis de datos
(Eq. 1) 28
(Eq. 2) 29
(Eq. 3) 28
(Eq. 4) 28
(Eq. 5) 32Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Los datos reportados aquí son ensayos representativos de estrés mitocondrial que muestran trazas de OCR (Figura 1) y ensayos de tasa glucolítica que muestran trazas de OCR y trazas de ECAR (Figura 2), que se realizaron utilizando discos perforados de retina de 1 mm recién diseccionados de ratones transgénicos Nrl-L-EGFP de 4 meses de edad36 (fondo C57B / L6). Estos ratones expresan GFP específicamente en fotorreceptores de bastón...
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Aquí se proporcionan instrucciones detalladas para realizar ensayos basados en microplacas de la respiración mitocondrial y la actividad de la glucólisis utilizando discos perforadores de retina recién diseccionados ex vivo. El protocolo se ha optimizado para: 1) garantizar el uso de un medio de ensayo adecuado para el tejido retiniano ex vivo; 2) emplear el tamaño adecuado de los discos perforadores de retina para obtener lecturas de OCR y ECAR que se encuentren dentro del rango de detección óptimo de ...
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Los autores no tienen nada que revelar.
Este trabajo es apoyado por el Programa de Investigación Intramuros del Instituto Nacional del Ojo (ZIAEY000450 y ZIAEY000546).
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 1X PBS | Thermo Fisher | 14190-144 | |
| 2-Desoxiglucosa (2-DG), 500 mM solución madre | Sigma | D6134 | Disolver en medio Seahorse XF DMEM, preparar con anticipación |
| aguja de calibre 30 | BD Precision Glide | 305106 | |
| Antimicina A, solución madre de 10 mM | Sigma | A8674 | Disolver en DMSO, preparar con anticipación |
| Bam15, 10 mM de stock solución | TimTec | ST056388 | Disolver en DMSO, preparar con anticipación |
| Perforadora de biopsia, 1 mm | Integra Miltex | 33-31AA | |
| Cell-Tak | Corning Life Sciences | CB40240 | |
| cámara de asfixia con CO2 pinza | |||
| de disección-Dumont #5 | Fine Science Tools | 11251-10 | |
| Disección de punta recta pinzas-Dumont #7 | Fine Science Tools | 11274-20 | Punta curva |
| Microscopio | |||
| DMSO | Sigma | D2438 | |
| Pinzas Graefe | Fine Science Tools | 11051-10 | Microtijeras curvas, punta dentada |
| Fine Science Tools | 15004-08 Solución de | con punta curvada | |
| , 1 M | Sigma-Aldrich | S8263 | Solución acuosa, prepárese con anticipación |
| Rotenona, solución madre de 10 mM | Sigma | R8875 | Disolver en DMSO, preparar con anticipación |
| Medio de calibración Seahorse | Agilent | 100840-000 | |
| Seahorse XF 1.0 M glucosa | Agilent | 103577-100 | |
| Seahorse XF 100 mM piruvato | Agilent | 103578-100 | |
| Caballito de mar XF 200 mM glutamina | Agilent | 103579-100 | |
| Caballito de mar XF DMEM medio | Agilent | 103575-100 | pH 7.4, con 5 mM HEPES |
| Caballito de mar XFe24 Captura de islotes FluxPak | Agilent | 103518-100 | que contiene cartucho sensor y microplaca de captura de islotes |
| Seahorse XFe24, Analizador de flujo extra celular | Agilent | ||
| Solución de bicarbonato de sodio, 0,1 M | Sigma-Aldrich | S5761 | Solución acuosa, preparar con anticipación |
| Cepillo de pestañas superfino | Ted Pella | 113 |
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