Les cellules eucaryotes utilisent un réseau intégré de glycolyse, l'acide tricarboxylique (TCA) cycle et la phosphorylation oxydative pour répondre à la majorité de leurs besoins en énergie et de fournir des produits intermédiaires nécessaires à la croissance et la prolifération cellulaire. Ces voies commencent par le piégeage intracellulaire de glucose libre dans la forme de glucose-6-phosphate, qui a ensuite obtient transformé en pyruvate. Pyruvate est soit réduit en lactate ou transportés dans les mitochondries, où elle forme acétyl-coenzyme A (CoA). Acétyl CoA pénètre ensuite dans le cycle de TCA. Des intermédiaires de haute énergie du cycle TCA propulsent le mouvement des électrons dans la chaîne de transport d'électrons (CTE), ce qui expulse les ions H + de la matrice mitochondriale pour générer un gradient H + à travers la membrane mitochondriale interne. L' oxygène agit comme accepteur final d'électrons, et H + retour de nouveau à la matrice mitochondriale à travers le F O / F 1 complexe, où son énergie potentielle est utilisée pour générer l' ATP (figure 1A).
Le principe de fonctionnement de l'essai de flux extracellulaire dépend interférer avec la glycolyse et la phosphorylation oxydative à des points spécifiques, et d'évaluer les effets résultants. A cet effet, on a utilisé du glucose pour propager la glycolyse dans les cellules privées, et le 2-désoxyglucose (2-DG), qui est converti en 2-désoxyglucose-6-phosphate, un inhibiteur compétitif de la phosphoglucoisomérase 23, par l' hexokinase, afin de bloquer glycolyse. La roténone (un inhibiteur spécifique complexe-I du CTE), l' antimycine A (un complexe inhibiteur III spécifique du CTE), oligomycine (inhibiteur de l' ATP synthase 24), et l'agent de désaccouplement 2,4-dinotrophenol (DNP) 25 étaient utilisé pour intervenir des événements spécifiques liés au transport des électrons, le gradient de protons et la synthèse d' ATP (figure 1A). Au lieu de 2,4-DNP, carbonyl cyanide-4- (trifluorométhoxy) phénylhydrazone (FCCP) peut aussi être utilisé, mais une optimisation supplémentaire peut être nécessaire. Dans les deux cas, découplants doivent toujours être titrés pour un type de cellule spécifique avant utilisation afin de déterminer la concentration optimale nécessaire.
Le test de stress de la glycolyse (figure 1B) commence par une mesure de base du taux d'acidification extracellulaire (ECAR) dans les cellules précédemment affamés. Étant donné que ces cellules sont à leur minimum de base, et peuvent donc être considérés comme pratiquement non-glycolytique, l'ECAR mesurée à ce stade est appelé l'acidification non-glycolytique. Cette acidification correspond probablement au CO 2 respiratoire généré dans le cycle TCA étant converti en HCO 3 - et H +. Ceci est suivi par l'injection de glucose pour activer la glycolyse, qui présente comme une augmentation de l'acidification extracellulaire due à la formation de lactate.Cette augmentation représente le taux normal de la glycolyse. Les cellules sont ensuite provoqués avec l'injection de oligomycine, qui bloque la production d'ATP par la phosphorylation oxydative. Les cellules répondent à cette diminution spectaculaire de la production d'ATP en activant la glycolyse à son niveau maximum, et qui se traduit par une augmentation secondaire du niveau de ECAR (Réserve glycolyse). Le test se termine par une inhibition totale de la glycolyse en utilisant l'analogue du glucose 2-DG, qui renvoie l'ECAR à son niveau non-glycolytique. Fait intéressant, il a été proposé que, contrairement aux recommandations du fabricant, la glycolyse maximale est pas nécessairement obtenue par l'injection de 26 oligomycine. Dans les cellules avec une capacité glycolytique élevée, s'il n'y a pas une augmentation significative de la demande ATP, glycolyse peut être parfaitement en mesure de faire face à la perte de l'ATP mitochondrial sans avoir besoin d'être régulée à la hausse. Le taux glycolyse avec oligomycine pourrait être dépassé par l'ajout d'inhibiteurs respiratoires, Comme la roténone et myxothiazol, qui fournissent quelques avantages par rapport oligomycine: 1) Ils augmentent la demande ATP, car ils provoquent le renversement de l' ATP synthase, avec hydrolyse de l' ATP, pour pomper les protons dans une tentative de récupérer le potentiel de la membrane mitochondriale 26; 2) Ils empêchent l'acidification des voies respiratoires du milieu, qui peut confondre les résultats de ECAR (voir ci-dessous). D' autres façons d'augmenter la demande d' ATP comprennent l'ajout de composés qui stimulent l'hydrolyse de l' ATP par les ATPases de la membrane plasmique 26. Tout cela doit être soigneusement examinée par les chercheurs lors de la planification d'un test de stress de la glycolyse.
Le test de stress mitochondrial (figure 1C) commence par une mesure de base du taux de consommation d'oxygène (OCR) dans des cellules non-faim. Ceci est suivi par l'injection d'oligomycine, ce qui empêche le retour de protons par l'intermédiaire du complexe F O / F 1 et donc rapidement hyperpolarizes de la membrane mitochondriale. Hyperpolarisation empêche la poursuite de protons de pompage à travers les complexes respiratoires, et les baisses de taux respiratoires. La respiration restante est appelée fuite de protons, ce qui représente le flux de protons à travers des lipides ou d'autres canaux. Cet état hyperpolarisé est rapidement inversée par l'addition de l'agent de désaccouplement 2,4-DNP, qui agit comme un ionophore protonique. En réponse, les cellules tentent de récupérer le potentiel de membrane dans une vaine tentative en augmentant le taux de transport d'électrons à son maximum, ce qui à son tour augmente le OCR. Enfin, avec l'ajout de deux inhibiteurs de la CTE (antimycine A et roténone), la respiration mitochondriale cesse complètement et OCR diminue à son niveau le plus bas. A ce niveau, la consommation d'oxygène est pas due à l'activité mitochondriale (non-mitochondrial). La différence de l'OCR générée par ces inhibiteurs est appelée la respiration mitochondriale maximale, qui est la somme de la respiration de la base et de la capacité de réserve.
B et isolements de cellules T donné populations de lymphocytes purs hautement viables. Les cellules B et les cellules T CD4 + naïfs ont été isolés comme décrit à la section 4 du protocole, et les splénocytes ont simplement été obtenus par la lyse des globules rouges comme décrit dans la section 3.3.
La sensibilité des dosages cellulaires métaboliques spécifiques du type dépend de la viabilité et de la pureté de la population cellulaire de départ. Par conséquent, afin de vérifier la viabilité des cellules isolées de souris T, les splénocytes et les cellules B, et la pureté des lymphocytes T et B, les petites quantités aliquotes de cellules ont été colorées pour l' analyse par cytométrie de flux (Figure 2). Dans la dispersion-zone avant vs diffusion latérale-zone (FSC-A vs SSC-A) parcelle, les lymphocytes ont été bloqués, et à l'intérieur de cette porte, la population le long de la diagonale dans la dispersion-heigh avantt (FSC-H) vs. FSC Un tracé a été déterminé que les singulets. Au sein de la population de singlet, la viabilité a été mesurée par séparer les cellules qui coloraient négatif pour le marqueur direct / morts (figure 2A); T viabilité cellulaire était de 97,9%, la viabilité splénocytes a été de 92% et la viabilité des cellules B était de 94%. La pureté des lymphocytes B, telle que mesurée par le B220 + CD19 + 26 population, était de 99%, tandis que la pureté des lymphocytes T CD4 +, telle que mesurée par le CD44 - CD4 + population 27, était de 98,3% (figure 2B).
La concentration en protéines du lysat cellulaire peut être utilisée comme un indicateur direct de la cellule numéro plaqué.
Les lymphocytes et les splénocytes isolés ont été étalées dans une plaque d' essai de 96 puits encollée à 5 x 10 5 cellules / puits, 2,5 x 10 5 cellules / puits, de 1,25 x 10 5 cellules / puits, et 0,625 x 10 5 cellules / puits. La confluence à chaque densité de placage des trois types de cellules a été visualisé sous le microscope optique (figure 3A). Comme on s'y attendait, la confluence en corrélation avec les densités d'étalement initial. A l'issue de l'analyse du flux extracellulaire, des cellules étalées ont été lysées et les concentrations de protéines ont été quantifiées en utilisant le dosage BCA. Pour tous les types de cellules, les concentrations en protéines de lysat ont été montrées pour être linéairement corrélée avec la densité de placage initiales (figure 3B), ce qui confirme que la concentration en protéines du lysat peut être utilisé comme une mesure précise de la normalisation du nombre de cellules dans l'interprétation des données de flux extracellulaire. Les densités de placage utilisées dans cette expérience ont été optimisées pour naïfs, les lymphocytes non stimulés. Si les cellules stimulées par ou préalablement cultivées sont utilisées, une optimisation supplémentaire peut être nécessaire.
Mitochondriale et stres glycolytiquess essais sont en fonction du nombre de cellules plaqué.
RCO a été mesuré pour chaque type de cellule et la densité de placage dans l'analyseur de flux extracellulaire. Comme prévu, le nombre de cellules supérieur ont une OCR élevée mesurée, ainsi que les réponses les plus spectaculaires à l' oligomycine, le 2,4-DNP et l' antimycine A / roténone (figure 4A). Normaliser mesures OCR à la concentration en protéines de chaque échantillon révèle que, en général, un plus grand nombre de cellules conduisent à des mesures plus précises d'OCR. Placage à 5 et 2,5 x 10 5 cellules / puits ont donné lieu à des mesures OCR normalisées similaires dans les cellules T et les splénocytes, et 5 et 1,25 x 10 5 cellules / puits entraîné des mesures OCR normalisées similaires dans les cellules B (figure 4B). Les légères différences dans la cellule normalisée B mesures OCR peut être une indication indirecte que les cellules B réussissent mieux à 2,5 x 10 5 cellules / puits par rapport à d' autres densités cellulaires. Par toutes les mesures, 0,625 x 10 5 cellules / puits ont donné des résultats optimaux, ce qui démontre que cette densité de placage est insuffisante. La respiration de référence, la fuite de protons, la respiration mitochondriale maximale, la respiration mitochondriale non, et la production d' ATP linéairement corrélées avec des densités de placage pour tous les types de cellules (figure 4C). En outre, la majeure partie de la respiration de base est utilisée en direction de la synthèse de l'ATP, comme indiqué par la faible fuite de protons dans les trois types cellulaires. Bien que l'objectif principal de l'expérience du stress mitochondrial est de mesurer les changements dans l'OCR, l'ECAR est toujours utile d'enregistrer pour assurer que le test a été réalisé avec succès. Semblable à l'OCR, les deux densités de placage plus élevés ont donné lieu à ECAR supérieur et des réponses plus dramatiques à oligomycine, le 2,4-DNP et antimycine A / roténone (Figure 4D). Les changements dramatiques dans ECAR lors de l'addition de 2,4-DNP et antimycine A / roténone peuvent être dues à des changements dans la respiration en plus des changements de glycolysis, étant donné que le CO 2 produite au cours du cycle de TCA est converti en HCO 3 - et H +. Cette question a été récemment abordé, et il existe une méthode simple pour corriger le signal total d'acidification extracellulaire en utilisant les données de consommation d'oxygène, pour obtenir le taux réel de la glycolyse 12,29.
L'essai de contrainte de la glycolyse est le plus réussi à la densité de placage la plus élevée (figure 5A, B). Dans tous les types de cellules, les échantillons de 5 x 10 5 cellules / puits ont les plus grands changements dans ECAR après l'addition de glucose, oligomycine, et le 2-DG (figure 5B). En outre, la normalisation de la concentration de protéine a démontré que pour tous les types de cellules, les 5 x 10 5 cellules / puits échantillons ont donné des résultats optimaux, tandis que les concentrations, surtout inférieures 0,625 x 10 5 cellules / bien ne pas afficher une capacité de réserve glycolytique robuste. Non glycolytic acidification, de la glycolyse, et de la capacité apparente glycolytique linéairement corrélées avec des densités de placage pour tous les types de cellules (figure 5C). Pour l'expérience de la contrainte de la glycolyse, le graphique ROC montre que le glucose stimule légèrement la respiration mitochondriale, qui est alors inhibée par le traitement oligomycine; l'addition de 2-DG n'a pas affecté l'OCR (figure 5D). Le graphique OCR peut être utilisé comme indicateur supplémentaire que l'expérience de la contrainte de la glycolyse a été réalisée avec succès. En outre, le graphique OCR peut être utilisé pour corriger le graphique ECAR, si nécessaire, comme expliqué ci - dessus dans le cas du test de stress mitochondrial 12,29.

Figure 1:. Aperçu des analyses de flux extracellulaires (A) Illustration de la glycolyse ( à gauche) et la phosphorylation oxydative ( à droite) montrant l'action dules médicaments métaboliques utilisées dans les analyses de flux extracellulaire. (B) Schéma du taux d'acidification extracellulaire (ECAR) graphique; schématique du taux de consommation d'oxygène (OCR) graphique (C). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

. Figure 2: déclenchement par étapes des lymphocytes T, les lymphocytes B et les splénocytes pour déterminer la viabilité et de la pureté cytométrie de flux graphiques représentant la viabilité des cellules T, les splénocytes et les cellules B (A); et la pureté des lymphocytes T et B (B). Les résultats sont représentatifs d'au moins trois expériences indépendantes. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version agrandie de thest la figure.

Figure 3:. Cellulaire confluent en corrélation avec les concentrations de protéine de lysat de chaque type de cellule à différentes densités de placage (A) au microscope optique de cellules dans des puits de plaque de dosage , à des densités de placage allant de 5 x 10 5 cellules / puits pour 0,625 x 10 5 cellules / bien. Les barres d'échelle représentent 50 um. Les concentrations de protéine (B) lysat à différentes densités de placage, telle que mesurée par l'essai BCA. Les résultats sont représentatifs d'au moins trois expériences indépendantes. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 4: Mitochondrial essai de stress. Bruts (A) et normalisée (B) OCR pour chaque type de cellule et la densité de placage sont représentés. (C) nombre dépendant cellulaires changements dans les niveaux de référence, mitochondriale maximale et la respiration mitochondriale non, ainsi que les consommations d'oxygène liés à la fuite de protons ou de la production d' ATP, sont indiqués pour chaque types de cellules. Valeurs (D) Raw ECAR obtenus à partir des tests de stress mitochondriales sont présentés. Chaque point de données représente la moyenne de 7-8 puits avec écart-type. flèches marquées représentent des injections de oligomycine (O), le 2,4-DNP (D), et la roténone / antimycine A (R / A). Les résultats sont représentatifs d'au moins trois expériences indépendantes. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
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Figure 5:. Essai de stress glycolytique bruts (A) et normalisée (B) ECAR pour chaque type de cellule et la densité de placage sont représentés. (C) nombre dépendant cellulaires changements dans ECAR pour l' acidification non-glycolytique, la glycolyse induite par le glucose et la capacité totale de la glycolyse sont présentés. Valeurs (D) Raw OCR obtenus à partir des tests de résistance de la glycolyse sont présentés. Chaque point de données représente la moyenne de 7-8 puits avec écart-type. les flèches marquées indiquent des injections de glucose (G), oligomycine (O) et le 2-désoxyglucose (2-DG). Les résultats sont représentatifs d'au moins trois expériences indépendantes. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.