L'uso della tecnica Patch-Clamp per studiare la capacità termogenica dei mitocondri

Ambre M. Bertholet

doi:10.3791/62618

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Articolo metodologico

L'uso della tecnica Patch-Clamp per studiare la capacità termogenica dei mitocondri

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DOI:

10.3791/62618

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3 maggio 2021

Ambre M. Bertholet¹

¹Department of Physiology, David Geffen School of Medicine, University of California Los Angeles

In questo articolo

Sommario

Questo articolo sul metodo descrive in dettaglio i passaggi principali nella misurazione della perdita di H ⁺ attraverso la membrana mitocondriale interna con la tecnica patch-clamp, un nuovo approccio per studiare la capacità termogenica dei mitocondri.

Abstract

La termogenesi mitocondriale (nota anche come disaccoppiamento mitocondriale) è uno degli obiettivi più promettenti per aumentare il dispendio energetico per combattere la sindrome metabolica. I tessuti termogenici come i grassi marroni e beige sviluppano mitocondri altamente specializzati per la produzione di calore. Anche i mitocondri di altri tessuti, che producono principalmente ATP, convertono fino al 25% della produzione totale di energia mitocondriale in calore e possono, quindi, avere un impatto considerevole sulla fisiologia di tutto il corpo. La termogenesi mitocondriale non è solo essenziale per mantenere la temperatura corporea, ma previene anche l'obesità indotta dalla dieta e riduce la produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS) per proteggere le cellule dal danno ossidativo. Poiché la termogenesi mitocondriale è un regolatore chiave del metabolismo cellulare, una comprensione meccanicistica di questo processo fondamentale aiuterà nello sviluppo di strategie terapeutiche per combattere molte patologie associate alla disfunzione mitocondriale. È importante sottolineare che i precisi meccanismi molecolari che controllano l'attivazione acuta della termogenesi nei mitocondri sono scarsamente definiti. Questa mancanza di informazioni è in gran parte dovuta alla scarsità di metodi per la misurazione diretta delle proteine disaccoppiate. Il recente sviluppo della metodologia patch-clamp applicata ai mitocondri ha permesso, per la prima volta, lo studio diretto del fenomeno all'origine della termogenesi mitocondriale, la fuoriuscita di H⁺ attraverso l'IMM, e la prima caratterizzazione biofisica dei trasportatori mitocondriali responsabili di esso, la proteina di disaccoppiamento 1 (UCP1), specifica dei grassi bruni e beige, e il trasportatore ADP/ATP (AAC) per tutti gli altri tessuti. Questo approccio unico fornirà nuove informazioni sui meccanismi che controllano la perdita di H ⁺ e la termogenesi mitocondriale e su come possono essere mirati a combattere la sindrome metabolica. Questo articolo descrive la metodologia patch-clamp applicata ai mitocondri per studiare la loro capacità termogenica misurando direttamente le correnti H ⁺ attraverso l'IMM.

Introduzione

I mitocondri sono famosi per essere la centrale elettrica della cellula. In effetti, sono la principale fonte di energia chimica, l'ATP. Ciò che è meno noto è che anche i mitocondri generano calore. Infatti, ogni mitocondrio genera costantemente i due tipi di energie (ATP e calore) e un sottile equilibrio tra le due forme energetiche definisce l'omeostasi cellulare metabolica (Figura 1). Come i mitocondri distribuiscano energia tra ATP e calore è sicuramente la questione più fondamentale nel campo della bioenergetica, anche se è ancora in gran parte sconosciuta. Sappiamo che aumentare la produzione di calore mitocondriale (chiamata termog....