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Measuring Mitochondrial Substrate Flux in Recombinant Perfringolysin O-Permeabilized Cells

Medición del flujo de sustrato mitocondrial en células perfrendolisaminas o-permeabilizadas recombinantes

Full Text
2,775 Views
06:17 min
August 13, 2021

DOI: 10.3791/62902-v

Moustafa Elkalaf1,2, Karolína Vaněčková1,2, Pavla Staňková1, Zuzana Červinková1, Jan Polák*2,3, Otto Kučera*1

1Department of Physiology, Faculty of Medicine in Hradec Králové,Charles University, 2Department of Pathophysiology, Third Faculty of Medicine,Charles University, 3Department of Internal Medicine,University Hospital Kralovske Vinohrady

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study presents a modified protocol for assessing mitochondrial respiratory substrate flux using recombinant perfringolysin O in conjunction with microplate-based respirometry. The research highlights the impact of metformin on mitochondrial respiration across two distinct tumor cell lines, A549 and Hep G2.

Key Study Components

Research Area

  • Mitochondrial metabolism
  • Cellular response to pharmacological treatments
  • Oncology and cancer research

Background

  • The importance of mitochondrial function in various pathologies
  • How drugs like metformin influence cancer cell metabolism
  • Previous methods to assess mitochondrial respiration

Methods Used

  • Microplate-based respirometry
  • A549 and Hep G2 tumor cell lines
  • Recombinant perfringolysin O for permeabilization

Main Results

  • Metformin treatment increased succinate-induced respiration in A549 cells compared to Hep G2 cells.
  • Similar enhancements observed in pyruvate malate and glutamate malate induced respiration.
  • The findings validate the potential of utilizing mitochondrial respiration assays to explore drug impacts in cancer research.

Conclusions

  • The study demonstrates a novel method for evaluating drug effects on mitochondrial function in cancer cells.
  • This could facilitate further research into metabolic targeting in oncology.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of using microplate respirometry?
Microplate respirometry allows for high-throughput screening, requiring minimal samples while providing reliable data on mitochondrial function.
How does metformin affect mitochondrial respiration?
Metformin alters mitochondrial respiration, which can reveal important insights into the metabolic adaptation of cancer cells.
What cell lines were used in this study?
A549 and Hep G2 tumor cell lines were analyzed for their mitochondrial respiration responses to metformin treatment.
Why is recombinant perfringolysin O important in this protocol?
Recombinant perfringolysin O is used to permeabilize cell membranes, facilitating the assessment of mitochondrial function without the interference of cellular metabolic processes.
What was a key finding regarding mitochondrial respiration between the two cell lines?
A549 cells exhibited a higher rate of mitochondrial respiration induced by succinate when compared to Hep G2 cells.
Can this method be applied to other types of cancer research?
Yes, this method is versatile and can be adapted to study various cancer types and other conditions affecting mitochondrial metabolism.
How is the assay prepared before measurement?
The assay involves cell seeding, treatment with substrates, and calibration of the respirometry analyzer to ensure accurate results.

En este trabajo, describimos un protocolo modificado para probar el flujo del sustrato respiratorio mitocondrial utilizando perfringolisina O recombinante en combinación con respirometría basada en microplacas. Con este protocolo, mostramos cómo la metformina afecta la respiración mitocondrial de dos líneas celulares tumorales diferentes.

Porque prueba el flujo de sustrato mitocondrial que puede verse afectado con diferentes patologías o tratamientos. Por ejemplo, hoy lo usaremos para revelar la respuesta de las células cancerosas al tratamiento con metformina. Requiere un número mínimo de células mientras tiene suficientes réplicas y el control apropiado para cada material distinto.

El analizador es solo para uso de investigación. Esta técnica puede identificar errores en el metabolismo mitocondrial y se puede utilizar para evaluar los medicamentos guerreros que afectan a las mitocondrias. Demostrando el procedimiento estará Karolina Vaneckova, una estudiante de pregrado y técnica de investigación de mi laboratorio.

Para comenzar la siembra de células A549 a una densidad de 20, 000 células por pozo en columnas, de dos a 11 de una microplaca de cultivo celular XF 96 de caballito de mar. Dejando las columnas uno y 12 vacías como pozos de fondo. Llene los pozos en blanco con un volumen igual del medio de cultivo celular, luego incube las células a 37 grados Celsius en una incubadora humidificada con 5% de dióxido de carbono para la unión celular.

Después de tres o cuatro horas, agregue 100 microlitros de medio de cultivo celular en los pozos. Trate las columnas del grupo experimental de siete a 11 con una metformina milimolar y el grupo de control con un volumen igual de agua destilada estéril, luego devuelva la placa a la incubadora. Para hidratar los sensores, pipetee 200 microlitros de agua estéril por pozo en la placa de servicios públicos.

A continuación, devuelva con cuidado el cartucho del sensor mientras sumerge el sensor en agua. Incubar el cartucho en una incubadora libre de dióxido de carbono a 37 grados centígrados hasta el día siguiente. Encienda el analizador y la unidad de control.

Inicie el software de control de instrumentos y adquisición de datos, y diseñe el protocolo de ensayo como se describe en el manuscrito de texto. Bajo las definiciones de grupo, cree cuatro estrategias de inyección donde el puerto A difiera según el sustrato inyectado y nombre las estrategias después de los sustratos o abreviaturas. Asignar oligomicina al puerto B, FCCP al puerto C y rotenona Antimicina A mezcla al puerto D.Crear y nombrar ocho grupos, bajo el mapa de placas, asignar grupos a los pozos correspondientes.

A continuación, guarde el protocolo como una plantilla lista para usar. Deje que el analizador esté encendido para permitir que la temperatura se estabilice durante la noche. Al día siguiente, deseche el agua de la placa de servicios públicos y agregue 200 microlitros del calibrante precalentado por pozo en la placa de servicios públicos.

Devuelva el cartucho a la incubadora libre de dióxido de carbono hasta el momento del ensayo. Mantenga una fuente de humedad dentro de la incubadora y apague o reduzca la velocidad del ventilador al mínimo, para evitar la evaporación rápida del calibrante. Preparar cinco mililitros de la solución de trabajo de los sustratos e inhibidores con solución de ensayo mitocondrial precalentada dos veces, BSA al 5% y agua estéril como se describe en el manuscrito de texto.

A continuación, cargue los puertos del inyector con sustrato e inhibidores como se describe en el manuscrito de impuestos. Para la calibración en la pestaña ensayo de ejecución, haga clic en el inicio de la ejecución para iniciar el ensayo. Inserte el cartucho censor cargado y espere a que se complete la calibración.

Prepare un medio de ensayo de 20 mililitros, mezclando dos veces la solución de ensayo mitocondrial, agua estéril y BSA al 5% en un tubo de 50 mililitros. Añadir dos microlitros de 10 micromolinos recombinantes perfrendolisina O, para alcanzar una concentración de un nanomolar. Y vuelva a suspender la mezcla con pipeteos suaves, evitando temblores y vórtices.

Incubar el tubo a 37 grados centígrados hasta su uso. Use una pipeta multicanal para lavar las células y los pozos vacíos en blanco dos veces, utilizando una solución de PBS libre de calcio y magnesio precalentada. Deseche el PBS y agregue 180 microlitros del medio de ensayo precalentado para la permeabilización celular.

Inmediatamente después de la permeabilización, reemplace la placa de utilidad del cartucho del sensor calibrado con la placa de celda que contiene celdas permeabilizadas e inicie la medición. El grupo de tratamiento tuvo una tasa más alta de respiración inducida por succinato. La respuesta de las células A549 al tratamiento con metformina fue mayor que la hepatitis G2. Para la respiración inducida por el malato de piruvato, las células A549 mostraron una mayor inducción en comparación con las células Hep G2 entre cinco y 15 minutos.

Se obtuvieron resultados similares para la respiración inducida por el malato de glutamato y la respiración inducida por el malato de palmitoilcarnitina. Alcanzar la concentración correcta de sustrato e inhibidores. El volumen correcto debe cargarse en el puerto correcto.

Cuando se identifica un cambio en una vía metabólica de un determinado sustrato, será necesario evaluar la función de las enzimas y transportadores implicados en esa vía.

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