サンプル間のミトコンドリア膜電位の比較は、細胞の状態に関する貴重な情報をもたらします。ミトコンドリアを単離し、蛍光を使用して阻害剤およびアンカプラーに対する反応を評価するための詳細な手順について説明します。このプロトコルの方法と有用性は、細胞培養と細胞ストレスの動物モデルの使用によって説明されています。
方法論記事
サンプル間のミトコンドリア膜電位の比較は、細胞の状態に関する貴重な情報をもたらします。ミトコンドリアを単離し、蛍光を使用して阻害剤およびアンカプラーに対する反応を評価するための詳細な手順について説明します。このプロトコルの方法と有用性は、細胞培養と細胞ストレスの動物モデルの使用によって説明されています。
細胞の状態を決定するためには、健康なグループと病気のグループなど、2つ以上の異なるグループ間の比較が必要です。ミトコンドリアは、細胞代謝とエネルギー生産の両方、およびアポトーシスの制御における役割により、細胞の健康の中心にあります。したがって、単離されたミトコンドリアとミトコンドリアの摂動を直接評価することで、オルガネラ特異的な(機能不全)が発生しているかどうかを判断することができます。このプロトコルに記載されている方法には、HEK培養細胞およびマウスの肝臓および脊髄からの無傷の機能的ミトコンドリアの単離が含まれますが、他の培養細胞または動物組織での使用に容易に適応させることができます。TMREによって評価されるミトコンドリア機能、および一般的なミトコンドリアアンカプラーおよび阻害剤を蛍光プレートリーダーと組み合わせて使用することで、このプロトコルは汎用性が高く、ほとんどの研究室でアクセス可能であるだけでなく、高いスループットを提供します。
生きている細胞は、脂肪や炭水化物の形で代謝エネルギーを銀行と生合成、膜輸送や移動のためにこのエネルギーを使用しています。いくつかのエネルギーは、解糖の間に直接ATPへの栄養糖の変換によって細胞質ゾルが得られる。しかし、細胞内のATP産生の主な供給源は、ミトコンドリア呼吸鎖1を介してミトコンドリア内活かされている。ミトコンドリアのアーキテクチャは、効果的かつ効率的なATP産生に必要な空間的な方向性を提供します。ミトコンドリアは、膜間スペースと一緒にマトリックスと、最も内側のミトコンドリアのコンパートメント、家のコンポーネントで区切って二重膜を有し、ATP生成に関与する化学反応を調整する。内膜は、呼吸鎖ならびにATPシンターゼ、ATPの形成のために一緒にADP及びPiのをもたらすタンパク質複合体を含む膜結合タンパク質複合体のシリーズを含んでいる。宿小胞体膜はクリステに折り畳まれ、電子はシトクロム c、膜間空間内での複合体との間で移動する可溶性電子伝達体を介して呼吸鎖複合体に沿って渡される。電子が移動すると、還元当量の酸化が発生し、水素イオンは、膜間空間にマトリックスからポンピングされる。膜間空間内の高イオン濃度の結果として、電気化学的勾配は、ミトコンドリア内膜(Δψ)2を横切る膜電位をもたらす構築する。酸素は、電子伝達鎖の最終的な電子受容体であり、水素イオンがバックマトリックス間腔からATPシンターゼを流れ、そうすることによって、直接ATPの形成を引き起こす。その全体が説明されているように、このプロセスは、酸化的リン酸化として知られている。クリステのひだは、最大電子輸送及び内ATP生産を可能にする、内膜の表面積を増加させる各ミトコンドリア。タンパク質、酵素、および酸化的リン酸化に関与する他の分子は、核およびミトコンドリアの両方の遺伝子に由来する。ミトコンドリアは、自分の環状DNA、13タンパク質のためのコード化だけでなく、ATP産生3のために必要なtRNA及びmRNAを含んでいます。しかし、より多くのタンパク質が必要とされ、従って符号化された核である。これらの核コードタンパク質の大部分は、前駆体タンパク質のN末端 プレ配列を用いることにより、ミトコンドリアマトリックスに標的化され、それらのインポートはΔψ4,5によって部分的に駆動される。
細胞の生体エネルギーに寄与超えて、ミトコンドリアはまた、TCAおよびβ酸化、カルシウムの調節を介して細胞内シグナル伝達、ならびにアポトーシス6において重要な役割のような主要な代謝プロセスに影響を及ぼす。具体的には、細胞ストレスの時代に、上に存在するか、または、BCL-2ファミリータンパク質は、ミトコンドリアを引き起こす可能性がミトコンドリア外膜に対話外膜透過(MOMP)7,8。 MOMP中は、 シトクロム cおよび他のタンパク質が細胞質ゾル中に放出され、一緒にいくつかの細胞質のタンパク質との複合体が、アポトソーム9,10と呼ばれる形成する。アポトソームは、アポトーシスの実行段階中に細胞タンパク質とDNAを切断するために行くカスパーゼを活性化させる。 MOMPが発生するとすぐに、ΔΨが崩壊され、ATP産生が停止。アポトーシスが開始されるように、このように、ミトコンドリアの機能が損なわれ、ΔΨの変化はミトコンドリアおよび細胞の健康12と相関させることができる。アポトーシスは、多くの疾患モデル内のエンドポイントであるが、ΔΨのミトコンドリア機能および変更はまた、疾患の発信および/または進行に関する貴重な情報を得ることができる。例えば、ミトコンドリアの構造的および機能的変化は、神経変性疾患13,14の過程で記録されている。
プロトコルの最初の部分では、ISO彼らのΔΨを保持無傷ミトコンドリアの設置とが記載されている。 HEK-293T細胞は、アポトーシスを誘導するために、異なる濃度の組換えTNF-α、IL1-βおよびIFN-γの組合せに曝露した。それらはしばしば、その受容体6への結合TNF-αとの相互作用によって誘発され得る初代ヒト敗血症サンプル15およびアポトーシスの外因性経路において高いことが報告されているので、これらのサイトカインは、選択された。培養した細胞と比較して、一次組織から機能的ミトコンドリアを単離するために必要な微妙な変化があるため、多くの研究は、動物を使用しているため、そして、プロトコルは、肝臓及び側索硬化症(ALS)マウスモデルを前方の脊髄からミトコンドリアを単離する方法を記載している。
プロトコルの第2の部分は、蛍光プレートリーダーを用いて電位感受性蛍光色素を使用して、ミトコンドリア膜電位摂動をモニターするために開発した。違い細胞状態(不健康対すなわち 、健常)との間の、ミトコンドリア膜電位の損失を引き起こす全てが脱共役剤、呼吸鎖阻害剤複合体の阻害剤およびイオノフォアと併せて単離されたミトコンドリアのΔΨの強度を定量することによって区別される。ミトコンドリア健康な、ミトコンドリア阻害剤で処理するとΔΨの変化が大きいので、ミトコンドリアの応答は、ミトコンドリア(DYS)機能の指標として用いることができる。
むしろ機能のその場評価に比べて単離されたミトコンドリアの使用は、病状または治療が直接細胞小器官16-18への変更を調節することを決定的な証拠を提供しています。培養細胞からミトコンドリアを単離するための文献中に記載された方法があるが、それらは17曖昧であり、および/ または特殊な装置16を利用する。このプロトコルは、具体的に単離方法を記載している一次組織および培養13,14,19,20を含む他の細胞株に容易に適合。多くの単離されたミトコンドリアの研究は再び機器の非常に具体的かつ専門的な部分である、(21文学の多くの論文の代表例である)、このプロトコルではなく、クラーク電極を使用したのと同じミトコンドリアの脱共役剤および阻害剤を利用する。さらに、この伝統的な方法は、低いスループットと高い複雑22,23として制限があり、ミトコンドリアのかなりの量(〜500μgの/反応)が必要です。このプロトコルでは、蛍光膜電位感知プローブTMREは多くの研究所において標準機で蛍光プレートリーダーと一緒に使用される。それはすぐに細胞および単離されたミトコンドリアに入り、低濃度24で使用することができるので、TMRE広くみなされている。複数の反応が迅速にタンデムに設定することができ、バッチは、このプロトコルを使用して分析した。また、反応Sは、単離されたミトコンドリア(〜10μgの/反応)の多くは、少量を必要とする。より少ない材料を必要とすることによって、より小さな組織または細胞培養試料がミトコンドリアの単離のための出発点として利用することができ、より多くの複製または反応をセットアップすることができ、そのようなATPの生産、酸素消費量、またはインポートのような他の単離されたミトコンドリアの実験のために潜在的に十分な材料アッセイが可能である。
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すべての動物実験は、健康ガイドラインの国立研究所に適合し、ウェイクフォレスト大学動物実験委員会によって承認された。 SOD1G93A [B6SJL-TGN(SOD1-G93A)1Gur]マウスモデルの繁殖ペアは、ジャクソン研究所(バーハーバー、ME)から入手した。野生型(WT)雌SOD1G93A雄非トランス[B6SJL-TGN(SOD1-G93A)1Gur] SOD1G93Aマウスおよび実験に使用した非トランスジェニックWT同腹子を生成するために飼育した。
調査のための1.モデル
ミトコンドリアの2の分離
注:それはすぐに作業し、作業中は氷の上のすべてを維持することが重要である。
ミトコンドリアの3。評価(DYS)関数
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200 pg / mlでTNF-α、40 / mlのIL1-β、および75 / mlのIFN-γとHEK-293T細胞の処理(* 3)24〜48時間、細胞死の進行量( 図1Aにつながる)。細胞生存率はMTTアッセイを用いて評価し、一貫〜24時間の処理による細胞生存率の10%減少し、48時間の処理で〜20%の減少があることを実証した。同様な濃度で処理した細胞(100 pg / mlでTNF-α、40 / mlのIL1-β、および75 / mlのIFN-γ)48時間で同様の細胞死の結果が得られ、そして個々のサイトカインでの治療はの減少することを明らかにし生存率は、組み合わせに起因していること( 図1B)に影響を与える。 図1Bにおける生存率のデータは、3回の別々の実験を三連にて各ランの平均+/-標準偏差を表し、エラーバーの気密性 は、データの再現性を実証する。サイトカインの量をさらにelucidatこの治療プロトコルを調整することができる電子細胞死に対する各サイトカインの寄与、およびさらなるサイトカインまたは他の因子もまた限り、適切な...
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組換えサイトカインとHEK-293T細胞の治療は、48時間( 図1)を介して細胞死の程度の量を引き起こす。 TNF-α処理により誘導される細胞死の量は、以前に報告された研究30と同様であり、細胞の生存率は、単独でも、文献31,32と一致する任意のサイトカインと総括量よりも大きい複数のサイトカインの同時投与後に減少する。サイトカイン治療の量およびタイプを調整するだけでなく、個々のサイトカインのカクテルを比較する能力は、腎臓細胞に対するサイトカインの曝露の特定の効果を研究するために、この細胞培養モデルは魅力的である。さらに、結果は、非常に再現性であり、容易に( 図2)を達成した。心に留めておくべき検討事項は、細胞の合流が含まれています。 70〜80%のコンで処理した場合、例えば、100%コンフルエンスで処理した細胞は、サイトカインの同じ濃度に同様に応答しないフルエンス。細胞応答は、おそらく(解凍以来超える8-12週間)が長すぎるために培養液中でされていた影響を与えることができたようにさらに、細胞が介して行っているの通路の数は、追跡...
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著者らは開示するものは何もない。
この研究は、NSF助成金CHE-1229562(VDGM)、イーロン大学の学部研究室、イーロン化学科、イーロン・ルーメン賞(TLおよびTAD)、イーロン・カレッジ・フェロー・プログラム(JAC)、イーロン・カレッジ・オナーズ・プログラム(TAD)によって部分的に支援されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| L-グルタミン酸 | シグマ | G1251 | 代わりにカリウム塩を使用できます。 |
| リンゴ酸 | シグマ | M8304 | 代わりにカリウム塩を使用することができます。 |
| KH2PO4Σ | P0662 | ||
| K2HPO4Σ | P3786 | ||
| EGTA | Σ | E3889 | |
| トリズマベース | ΣT6066 | ||
| MOPS | Σ | M3183 | |
| CCCP | Σ | C2920 | 100に希釈 μエタノールの作動株としてのMと-20 °C. |
| バリノマイシン | Σ | V0627 | DMSOで製造し、5 μMワーキングストック。-20 で保存°C. |
| スクロー | フィッシャー | S5-500 | |
| KCN | マリンクロット | 6379 | エタノールで濃縮ストックを作り、水で希釈します |
| ロテノン | シグマ | R8875 | 非常に有毒です。エタノール製。 |
| オリゴマイシン | Sigma | O4876 | 非常に有毒です。エタノール製。 |
| ADP | Sigma | A2754 | |
| TMRE | Sigma | 8717-25mg | 希釈 100 μ使用直前にEB入りのMストック。 |
| DMEM | Gibco | 11965-084 | 1xレギュラー(高グルコース)。 |
| Pen/Strep | Invitrogen | 15140-155 | |
| L-グルタミン | フィッシャー | SH3002101 | -20 °C |
| FBS | ロンザ | 14-501F | 米国原産、プレミアム品質。熱不活性化と-20 でアリコートの保存。°C. |
| トリプシン-EDTA | Sigma | T4049 | |
| DMSO | SIgma | D2650 | |
| Protien Assay Dye (5x) | Bio-Rad | 500-0006 | 任意のタンパク質アッセイで代用できます。 |
| BSA | フィ | ッシャーBP1600-100 | アッセイのために水に2mg / mlのストックを作ります。 |
| MTTパウダー | シグマ | M2128 | フィルターは、PBS製の5mg / mlストックを滅菌します。アリコートを-20 °C;4 °Cは最大1週間。 |
| テルジトール溶液 (NP-40) | Sigma | NP40S | |
| 組換えヒト IL-1B | Gibco | PCH08014 | 開封後 -20 °C |
| 組換えヒト TNF-α | Gibco | PHC3015L | |
| 組換えヒト IFN-γ | Gibco | PHC4031 | |
| Dulbeccos PBS (-/-) | Sigma | D8537 | Mg2+ および Ca2+ イオンがないことを確認してください。 |
| サイトクロム c ELISAキット | R& | HEK-293T細胞用の | DTC0 |
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