高解像度呼吸測定法によるヒトおよびマウス骨格筋線維のミトコンドリア呼吸の測定
2024年10月4日
ここでは、ヒトまたはマウスの筋肉から採取した新鮮な透過性骨格筋線維におけるミトコンドリアの酸化的リン酸化を測定するための包括的な方法について説明します。この方法により、ミトコンドリア呼吸のリアルタイム定量化と、既存のミトコンドリアネットワークと膜の完全性を維持しながら、燃料の好みと代謝の柔軟性の評価が可能になります。
私たちの研究は、ワシントン大学のNORDプログラムの主要なテーマである代謝性疾患における代謝とストレス応答の交差点に焦点を当てています。NORDコア間の相乗効果により、学際的かつ協力的なアプローチを通じて、栄養代謝と疾患に関する複雑な問題に取り組むことができます。従来のミトコンドリア呼吸アッセイでは、単離されたミトコンドリアが調べられていました。
ミトコンドリアの単離には時間がかかり、ミトコンドリア外膜の完全性が損なわれる可能性があります。さらに、ミトコンドリアは単独では機能せず、細胞代謝適応の動的ネットワークの一部です。私たちのプロトコルは、このネットワークを維持して、ミトコンドリア機能の生理学的に適切な評価を提供します。
私たちの焦点は、健康と病気に重要な代謝調整の調節因子を特定することにまで及んでいます。私たちが問いかけている主な質問には、site-1プロテアーゼのようなこれらのレギュレーターは、異なる組織タイプ間で等しく重要であるかということです。そして、それらの生理学的意義は何ですか?
概要
この研究は、ヒトまたはマウスモデルの新しい透過性骨格筋線維におけるミトコンドリアの酸化的リン酸化を測定するための包括的なプロトコルを提示します。この方法により、ミトコンドリアネットワークと膜の完全性を保持しながら、ミトコンドリアの呼吸、燃料の選択、代謝の柔軟性をリアルタイムで定量化することができます。
研究の主要な構成要素
研究分野
- 代謝疾患
- ミトコンドリア機能
- 代謝とストレス応答
背景
- 現在の方法では、しばしばミトコンドリアを単離し、膜の完全性を危険にさらす。
- ミトコンドリアは動的な細胞ネットワーク内で機能します。
- ミトコンドリアの呼吸を理解することは、代謝疾患に対処する上で重要です。
使用した方法
- 高解像度呼吸測定法
- マウスとヒトの骨格筋線維
- 様々な基質に対する酸素フラックスのリアルタイム測定
主な結果
- 生理学的に関連するミトコンドリア機能の評価を提供しました。
- 代謝の柔軟性を評価する能力を実証しました。
- 組織タイプ間での代謝調節因子の役割を特定しました。
結論
- この方法は、健康と疾患におけるミトコンドリア代謝の理解を深めます。
- 代謝疾患とストレス適応メカニズムの研究をサポートします。
よくある質問
Executive Industry Relevance
High-resolution respirometry in permeabilized skeletal muscle fibers enables precise, physiologically relevant measurement of mitochondrial oxidative phosphorylation, a critical determinant of cellular energy metabolism. This approach supports early discovery and target validation for metabolic disease portfolios by providing robust, quantitative insights into mitochondrial function and metabolic flexibility. Integrating these measurements enhances predictive confidence at key inflection points in metabolic and muscle health R&D pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of mitochondrial bioenergetics and metabolic adaptation in disease-relevant muscle tissue.
- Supports biological de-risking by preserving mitochondrial networks and membrane integrity during functional assessment.
- Facilitates functional target validation for regulators of metabolic tailoring across tissue types.
- Provides quantitative data to inform predictive confidence and portfolio triage in metabolic disease research.
Screening & Assay Development
- Prepares validated muscle fiber systems for downstream compound screening and mechanistic studies.
- Delivers standardized, reproducible oxygen consumption measurements for assay development.
- Enables assessment of substrate-specific respiration, supporting screening for metabolic modulators.
- Supports scalability and platform reuse across human and rodent models.
Translational & Preclinical Research
- Aligns mitochondrial function measurements with disease-relevant endpoints in metabolic and muscular disorders.
- Ensures continuity from early discovery through preclinical validation by using physiologically intact muscle fibers.
- Provides risk-adjusted data for advancement decisions in metabolic and muscle health programs.
- Enhances predictive de-risking by quantifying metabolic flexibility and fuel preference in relevant models.
Pipeline & Workflow Integration
This high-resolution respirometry protocol bridges early discovery, lead identification, and preclinical research by enabling robust mitochondrial function assessment in both human and mouse muscle fibers.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification for metabolic adaptation and mitochondrial regulation.
- Screening: Provides reproducible, quantitative oxygen flux outputs for assay readiness and compound evaluation.
- Analytics: Delivers real-time, substrate-specific respiration data to compare metabolic conditions and interventions.
- Translational Research: Maintains physiological relevance for biomarker alignment and disease modeling.
- Enterprise Reuse: Offers a standardized, cross-species platform for repeated use in metabolic and muscle health research.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in mitochondrial and metabolic research.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of mitochondrial function assays.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by providing robust functional data early in the pipeline.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of metabolic and muscle health programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in muscle fiber isolation and high-resolution respirometry operation.
- Demands access to specialized instrumentation and analytical software for oxygen flux measurement.
- Necessitates cross-team standardization of sample preparation and data normalization protocols.
- Adaptable to both human and rodent muscle fibers, supporting translational research needs.
- Proper sample preparation is critical to maintain mitochondrial membrane integrity and data validity.
