La respiración mitocondrial en células enteras de levadura es un indicador valioso de la bioenergética celular. En este trabajo se presenta un protocolo para cuantificar este fenotipo aplicable a diferentes especies de levaduras.
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Artículo de método
La respiración mitocondrial en células enteras de levadura es un indicador valioso de la bioenergética celular. En este trabajo se presenta un protocolo para cuantificar este fenotipo aplicable a diferentes especies de levaduras.
El metabolismo está coordinado principalmente por la disponibilidad de energía celular y las condiciones ambientales. Los ensayos para conocer cómo las células adaptan el metabolismo energético a diferentes condiciones nutricionales y ambientales proporcionan información valiosa para dilucidar los mecanismos moleculares. La fosforilación oxidativa es la fuente principal de ATP en la mayoría de las células, y la actividad de la respiración mitocondrial es un componente clave de la fosforilación oxidativa, manteniendo el potencial de la membrana mitocondrial para la síntesis de ATP. La respiración mitocondrial a menudo se estudia en mitocondrias aisladas que carecen del contexto celular. Aquí, presentamos un método para cuantificar la respiración mitocondrial en células intactas de levadura. Este método se aplica a cualquier especie de levadura, aunque generalmente se ha utilizado para las células de Saccharomyces cerevisiae. Primero, se prueba el crecimiento de la levadura en condiciones específicas. Luego, las células se lavan y se resuspenden en agua desionizada con una proporción de 1:1 (p/v). A continuación, las células se colocan en una cámara de oxímetro con agitación constante y se utiliza un electrodo Clark para cuantificar el consumo de oxígeno. Algunas moléculas se colocan secuencialmente en la cámara y se seleccionan de acuerdo con este efecto en la cadena de transporte de electrones o síntesis de ATP. El inhibidor de la ATPasa, la oligomicina, se añade primero para medir la respiración acoplada a la síntesis de ATP. Posteriormente, se utiliza un desacoplador para medir la capacidad respiratoria máxima. Finalmente, se añade una mezcla de inhibidores de la cadena de transporte de electrones para descartar el consumo de oxígeno no relacionado con la respiración mitocondrial. Los datos se analizan mediante una regresión lineal para obtener la pendiente, que representa la tasa de consumo de oxígeno. La ventaja de este método es que es específico para la respiración mitocondrial de la levadura, manteniendo el contexto celular. Es fundamental destacar que los inhibidores utilizados en la cuantificación de la respiración mitocondrial podrían variar entre especies de levaduras.
Las mitocondrias juegan un papel fundamental en la bioenergética celular ya que son la principal fuente de ATP para la mayoría de las células, y varias vías convergen y dependen de la actividad de las vías mitocondriales1. La fosforilación oxidativa es necesaria para la síntesis de ATP que combina el transporte de electrones a través de la cadena de transporte de electrones para reducir el oxígeno y la actividad de F1F 0-ATPasa, sintetizando ATP utilizando el potencial de membrana mitocondrial producido debido al flujo de electrones2. Así, la respiración mitocondrial forma parte de la fosforilación oxidativa3.
La cadena de respiración mitocondrial comprende cuatro complejos o, en algunos casos, deficiente en el complejo I de levadura (por ejemplo, Saccharomyces cerevisiae), tres complejos y tres proteínas deshidrogenasas4. Los complejos respiratorios se localizan en la membrana mitocondrial interna; algunas levaduras presentan la cadena de transporte de electrones canónica con complejo I (NADH deshidrogenasa) o tres NADH deshidrogenasa, ubiquinona (Co Q), complejo II (succinato ubiquinona oxidorreductasa), complejo III (ubiquinona citocromo oxidorreductasa), citocromo c (Cyt c) y complejo IV (citocromo c oxidasa)5,6. El transporte de electrones a través de los complejos permite el bombeo de protones desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembrana, formando un potencial de membrana mitocondrial7. Los protones ubicados en el espacio intermembrana son bombeados a la inversa, hacia la matriz mitocondrial por F1F0 -ATPasa para sintetizar una molécula de ATP por cada cuatro protones bombeados8.
Las mediciones de la respiración mitocondrial proporcionan información valiosa sobre la integridad mitocondrial, la bioenergética celular y la capacidad respiratoria mitocondrial9. La función de la respiración mitocondrial puede ser analizada in vitro o in situ utilizando diversas técnicas. Sin embargo, el análisis de la respiración mitocondrial en células intactas podría presentar una serie de ventajas, ya que comprende todo el metabolismo celular, ya que se consideran las interacciones de las células con su entorno y el metabolismo intracelular cuando se emplean células enteras10. Además, el uso de células intactas permite una fácil evaluación de diversas condiciones experimentales y detecta cambios mínimos que no se pudieron observar en mitocondrias aisladas10,11. Otra ventaja de la cuantificación de la respiración mitocondrial en células intactas es que se conservan los efectos de la proliferación y localización mitocondrial12.
La respiración de las mitocondrias de los mamíferos en células intactas ha sido descrita con gran detalle12, dejando de lado el estudio de otros organismos eucariotas, como las levaduras. En este trabajo se propone una técnica para cuantificar la respiración mitocondrial adaptada a levaduras a partir de protocolos de mamíferos. Por lo tanto, en esta técnica se han utilizado conceptos de la cuantificación de la respiración mitocondrial en mamíferos. Por ejemplo, esta técnica se divide en varias etapas según el protocolo de los mamíferos: 1) respiración basal (dependiente del sustrato), 2) respiración ligada al ATP (a través de la inhibición de la ATP sintasa), 3) capacidad respiratoria máxima (empleando un desacoplador que permite la permeabilidad de los protones a través de la membrana mitocondrial interna), 4) inhibición de la respiración mitocondrial (utilizando una mezcla de inhibidores de la cadena respiratoria para descartar el consumo de oxígeno por otras fuentes diferentes a respiración mitocondrial)11,13. Por lo tanto, este trabajo tiene como objetivo presentar un protocolo para cuantificar la respiración mitocondrial en levaduras.
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1. Medios de cultivo y preparación de inóculo
2. Condiciones de crecimiento y diseño del experimento
3. Ensayo de consumo de oxígeno (polarografía)
4. Tratamiento de datos
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Esta técnica de respiración mitocondrial se puede utilizar para otras especies de levaduras distintas a S. cerevisiae, como Scheffersomyces stipitis15 y K. marxianus16. Sin embargo, para fines representativos, solo presentamos resultados de S. cerevisiae. Es bien sabido que S. cerevisiae presenta un metabolismo respiratorio predominante en bajas concentraciones de glucosa (por debajo de 0,8 mM)17,18
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La fosforilación de la respiración mitocondrial juega un papel fundamental en varias vías que dependen del potencial de la membrana mitocondrial y mantienen los niveles de ATP a través de la fosforilación oxidativa. Comprender cómo las condiciones ambientales y nutricionales afectan la respiración mitocondrial de las levaduras sirve como herramienta para dilucidar los mecanismos moleculares.
Es esencial tener en cuenta los siguientes pasos críticos para obtene...
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Los autores no tienen nada que revelar.
Este trabajo contó con el apoyo del Tecnológico Nacional de México (Subvención 20026.24-PD) otorgado a LAMP.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 2-tenoiltrifluoroacetona (TTFA) | Merck | T27006 | Inhibidor del complejo II |
| 3-clorofenilhidrazona, cianuro de carbonilo (CCCP) | Merck | C2759 | Desacoplador de la respiración mitocondrial |
| Etanol Absolut | Merck 107017 | Para disolver quercetina | |
| Agar | Merck | A1296 | YPD preparación de agar |
| Sulfato de amonio granular (NH4)2SO4 | J.T. Baker | 0792-05 | SC preparación de caldo |
| Antimicina A (AA) | Merck | A8674 | Inhibidor complejo III |
| aYSI5300A | ---- | ---- | Monitor |
| Centrífuga | Hermle | Z 206 A | Para centrifugación |
| de células de oxígeno | ---- | ---- | Electrodo tipo Clark |
| Computadora | ---- | ---- | Para la adquisición de datos |
| Fosfato dipotásico K2HPO4 | J.T. Baker | 3252-05 | SC preparación de caldo |
| Glucosa | Merck | G7021 | YPD preparación de caldo |
| Glicerol | Merck | G5516 | Suplementación con sustrato y medio |
| Lactato | Merck | L1250 | Suplementación con sustrato medio |
| Oligomicina de Streptomyces diastatochromogenes | Merck | O4876 | Inhibición de la ATP sintasa mitocondrial |
| Agitador orbital | Thermo Fisher | SHKE6000 | Incubación de inóculo tubos de vidrio y matraz |
| Peptona de caseína, digesto enzimático | Merck | 82303 | YPD preparación de caldo |
| Quercetina | Merck | 337951 | Para disminuir la respiración mitocondrial |
| Uracil | Preparación de caldo | Merck | U0750 |
| Extracto de levadura Preparación | Merck | Y1625 | YPD |
| Base de nitrógeno de levadura sin aminoácidos ni sulfato de amonio | Preparación de caldo | Merck | Y1251 |
| Levadura sintética Suplementos de medio de abandono sin uracilo | Preparación de caldo | Merck | Y1501 |
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