본 연구는 호흡량 측정 및 효소 분석을 통해 미토콘드리아 기능에 대한 생체이물의 효과를 연구하는 방법론을 소개한다. 다양한 종의 전자 전달 사슬 조절을 조사하여 곤충 매개체 매개 질병에 대한 표적 생물 살충제 개발에 대한 통찰력을 제공합니다.
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본 연구는 호흡량 측정 및 효소 분석을 통해 미토콘드리아 기능에 대한 생체이물의 효과를 연구하는 방법론을 소개한다. 다양한 종의 전자 전달 사슬 조절을 조사하여 곤충 매개체 매개 질병에 대한 표적 생물 살충제 개발에 대한 통찰력을 제공합니다.
미토콘드리아는 전자 전달 사슬(ETC)을 통한 에너지 생산에 중요한 역할을 하기 때문에 종종 세포의 발전소라고 합니다. 그러나 그 중요성은 에너지 생산에 훨씬 그치지 않습니다. 미토콘드리아 생체 에너지학의 조절 장애는 건강과 세포 기능에 영향을 미치는 세포 내 연쇄 반응을 유발할 수 있습니다. 미토콘드리아 기능의 생리학적 중요성을 감안할 때, 새로운 치료법과 바이오 제품을 개발하기 위해 미토콘드리아 기능의 약리학적 잠재력을 탐구하는 데 관심이 높아지고 있습니다. 미토콘드리아 생물 에너지학을 조절하면 신경 퇴행성 질환, 대사 질환 및 암과 같은 문제를 해결하고 해충 및 매개체 매개 질병을 통제하기 위한 바이오 제품을 개발하기 위한 혁신적인 접근 방식을 제공할 수 있습니다.
이 연구는 복합체 I에 대한 글루타메이트 및 NADH, 복합체 II에 대한 숙시네이트, 복합체 III 및 IV에 대한 시토크롬 c(산화 및 환원 모두)를 포함한 다양한 기질을 사용하여 전자 전달 사슬(ETC)에 대한 이종생물체의 영향을 평가하는 방법을 제시합니다. 이 방법론을 사용하면 미토콘드리아 복합체를 통한 전자 전달의 활성화 또는 억제를 호흡계와 분광 광도계를 사용하여 평가할 수 있습니다. 미토콘드리아는 분리된 미토콘드리아, 단편화된 세포 또는 다양한 종의 균질화된 조직에서 얻을 수 있습니다.
실험실에서는 Aedes aegypti 와 Wistar 쥐에서 미토콘드리아 기능을 분석했지만 이 방법은 Rhipicephalus microplus 및 Rhodnius prolixus와 같은 다른 종에도 적용할 수 있습니다. 이 접근법은 언커플러 단백질의 존재와 고유한 에너지 요구량에 의해 영향을 받는 종 특이적 산화성 기질 선호도에 대한 이론화의 기초를 제공합니다. 최근의 연구 결과는 미토콘드리아 기능을 표적으로 하는 혁신적인 생물살충제 설계 전략에 대한 귀중한 통찰력을 제공하며, 매개체 매개 질병 및 해충 침입을 효과적으로 통제할 수 있는 상당한 잠재력을 가지고 있습니다.
미토콘드리아는 산화적 인산화 과정에서 화학 에너지 생성으로 인해 항상 세포의 발전소라고 불려 왔습니다 1,2. 미토콘드리아는 주요 핵심 대사 기능 외에도 세포 내 Ca2+ 조절 수준, 염증 과정, 활성 산소종 생성에서 세포 사멸 유도 과정에 이르기까지 다른 많은 세포 과정에도 관여합니다3. 미토콘드리아 생물 에너지학과 그 조절 장애는 세포 기능과 전반적인 건강에 영향을 미치는 세포 내 과정과 관련이 있습니다. 이는 혁신적인 치료법과 안전한 바이오 제품을 개발하기 위해 미토콘드리아 기능을 표적으로 하는 제약 잠재력을 연구하는 데 대한 관심을 불러일으켰습니다 4,5,6. 또한 미토콘드리아 과정의 복잡한 상호 작용과 세포 기능에 미치는 영향을 이해하는 것은 표적 치료법을 개발하고 매개체 매개 질병 및 해충 침입을 통제하기 위한 바이오 제품을 설계할 수 있는 기회를 제시하는 데 중요합니다 7,8.
전자 전달 사슬의 특정 구성 요소를 생체이물(xenobiotics)으로 표적으로 삼는 것은 생물농약 생성을 위한 미토콘드리아 기능을 조절하는 전략으로 부상했습니다. 나노입자 기반 미토콘드리아 표적 살충제와 같은 살충제 제형에 포함된 천연 및 합성 화합물은 S. frugiperda9에서 미토콘드리아 잠재력과 ATP 합성을 감소시켜 미토콘드리아 기능에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.
또한, 대부분의 카바메이트 및 피레스로이드 기반 제품은 모기에서 복합 I 억제제로 보고되었습니다. 그러나 그들의 장시간 노출은 Anopheles gambiae에서 일부 피레스로이드 내성 개체군을 생성했으며, 이는 종종 이러한 기질을 대사할 수 있는 P450의 높은 수준과 관련이 있습니다10,11. 유사하게, 식물과 식물의 에센셜 오일, 추출물 및 2차 대사 산물은 다양한 곤충 단계에서 광범위한 폐사율을 갖는 잠재적인 살충제로 기록되었습니다12,13. 이러한 천연 화합물의 살충 활성은 세포 사멸 과정을 유발할 수 있는 활성 산소 종 생성, 미토콘드리아 전위 ΔΨm 및 ATP 합성을 조절하여 미토콘드리아 호흡 사슬의 특정 지점에서 전자 수송 억제와 관련될 수 있습니다 6,8.
살충제 제제의 공급원인 천연 화합물과 미토콘드리아에 미치는 영향은 새롭고 안전한 생물 살충제를 설계하는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 맥락에서 이 원고는 미토콘드리아 복합체를 통한 전자 수송을 활성화하거나 억제하는 생체이물(xenobiotics)의 능력을 확인하는 방법론을 설명합니다. 이 포괄적인 접근 방식을 통해 호흡량 측정법과 분광 광도법 방법을 모두 사용하여 다양한 기질을 사용하여 미토콘드리아 기능에 대한 생체이물계의 효과를 정확하게 측정할 수 있습니다. 이 방법론은 Aedes aegypti를 포함한 주요 매개체 종의 미토콘드리아 기능을 분석하는 데 적용되어 언커플러 단백질의 존재와 각 종에 특이적인 뚜렷한 산화성 기질 선호도를 이론화했습니다.
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이 프로토콜에 설명된 모든 방법은 산탄데르 산업 대학의 과학 연구 윤리 위원회인 윤리 위원회 "Comité de ética en investigación científica CEINCI"의 승인을 받았습니다. 또한, 이러한 분석은 Arrive 지침을 준수했으며 콜롬비아의 동물 연구를 규제하는 1989년 콜롬비아 법률 84(Chapter IV, Art. 23-26) 및 결의안 8430(1993, Title IV, Art. 83-93)을 따랐습니다.
참고: 이 프로토콜을 시작하기 전에 모든 생화학 서적의 산화적 인산화 장을 읽는 것이 좋습니다.
1. 시약 및 용액
2. 쥐 간에서 간 해부, 균질화 및 미토콘드리아 분리
3. Aedes aegypti 식민지 및 유충 균질화.
참고: 이 절차를 위해 Ae. aegypti 군체는 습도(70% ± 5%), 광주기(12:12) 및 온도(27 ± 5°C)와 같은 곤충 조건에서 번식 케이지(40cm × 40cm × 40cm) 내부에 보관되었습니다. 난자는 여과지에 수집되었습니다.
4. 미토콘드리아 전자 전달 사슬에 대한 이종생물제의 영향 결정
참고: 이 프로토콜은 균질화된 쥐의 간과 곤충 조직에서 분리된 미토콘드리아에 대한 미토콘드리아 생물 에너지학에 대한 생체이물학의 효과를 평가하기 위해 고안되었습니다.
분석은 폴라로그래픽(NADH 및 숙시네이트 산화효소)과 분광광도법(NADH 탈수소효소 - 복합체 I, 숙시네이트 탈수소효소 - 복합체 II, 사이토크롬 c 환원효소 - 복합체 III 및 사이토크롬 c 산화효소 - 복합체 IV)의 두 가지로 나뉩니다.
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이 프로토콜로 얻은 결과를 분석하기 전에 미토콘드리아에서 전자 전달 사슬의 생화학에 대해 조금 기억하는 것이 중요합니다. 첫째, NADH는 복합체 I에 위치한 산화 환원 센터에 한 쌍의 전자를 공급합니다. 거기에서 복합체 I에서 유비퀴논으로 전달되는 전자의 수송을 시작하고, 이어서 복합체 III로 이동하여 시토크롬 c를 기증하고, 마지막으로 산소가 최종 전자 수용체인 복합체 IV로 이동하여 물로 환원시키는 전자의 수송을 시작합니다. 반면에 석시네이트는 복합체 II(숙시네이트 탈수소효소라고도 함)에 전자를 공급합니다. 전자는 복합체 II에서 유비퀴논으로 전달되고 그때부터 위에서 설명한 것과 동일한 경로를 따릅니다. 유비퀴논은 전자를 복합체 III로 운반한 다음 복합체 IV로 전달하여 산소20을 환원합니다.
이 연구에서 설명한 프로토콜은 쥐의 간과 균질화된 이집트숲모 기 유충에서 미토콘드리아 생물 에너지학에 대한 이종생물제의...
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고해상도 O2를 사용한 분광 광도계 및 폴라로그래픽 방법을 사용하여 미토콘드리아 기능에 대한 생체 이물의 영향을 조사했습니다. 이 연구는 쥐 간에서 분리된 미토콘드리아와 균질화된 이집트숲모기 유충이라는 두 가지 생물학적 모델을 사용하여 미토콘드리아 전자 전달 사슬을 통한 전자 전달뿐만 아니라 NADH 및 석시네이트 산화에 대한 Cymbopogon flexuosus 에센셜 오일과 카바크롤의 영향을 구체적으로 평가했습니다. 또한, 전자 수송 사슬의 특정 지점에서 잠재적 인 전자 차단은 DCPIP 및 페리 시아 화칼륨과 같은 인공 전자 수용체를 사용하여 조사되었으며, 분광 광도법16 , 19 , 21을 통해 사이토크롬 c 산화 및 환원을 모니터링했습니다.
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모든 저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
저자는 산탄데르 대학교(Universidad Industrial de Santander)의 "Vicerrectoría de Investigación y Extensión VIE"가 "소의 진드기 감염을 방지하기 위해 실험실에서 설계되고 현장에서 검증된 ixodicide 및 ixorepellent의 제형" 프로젝트에 해당하는 보조금 번호 3739에 자금을 지원한 것에 대해 감사를 표합니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 2,6-디클로로페놀린도페놀 | 머크 | 119814 | 사용 당일에 준비하십시오. |
| 브래드포드 시약 | Merck | B6916 | |
| BSA, | Merck | A7030 | |
| Carvacrol | Merck | W224511 | |
| Cytochrome c | , Merck | C2506 | 감광성 콘버, 알루미늄 호일로 덮습니다. 용액에서는 냉동실에 보관해야 합니다. |
| D-만니톨 | Merck | M4125 | |
| EGTA | Merck | >E3889 | |
| 에틸렌디아민테트라아세트산, 테트라소듐염 이수화물 | , Merck | E6511 | |
| HEPES, | Merck | H3375 | |
| KCN, | Merck | 60178 | 용액에서 2주 동안 작동합니다. |
| KH2PO4 | Merck | P5655 | |
| Multiskan FC 마이크로플레이트 광도계 | Thermo Scientific | ||
| Na2HPO4 | Merck | 567550 | |
| Oroboros O2k | Oroboros Instruments | 10203-03 | https://www.oroboros.at/index.php/product/o2k-startup/ |
| Phenazine 메토설페이트 | Merck | P9625 | 사용 당일에 준비하십시오. |
| 포타슘 페리시아나이드 | Merck | 244023 | 사용 당일에 준비합니다. |
| Potter Elvehjem 조직 균질화 튜브 | |||
| Rotenone | Merck | 557368 | 에탄올에 용해됩니다. 감광성 콘버트는 알루미늄 호일로 덮습니다. 용액에서는 냉동실에 보관해야 합니다. |
| 호박산 나트륨 | Merck | S9637 | 용액에 넣어 냉동실에 보관해야 합니다. |
| 자당 | Merck | S0389 | |
| β-니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드, 감소된 디소듐 염 수화물 | Merck | N8129 | 감광성 콘버는 알루미늄 호일로 덮습니다. 용액에서는 냉동실에 보관해야 합니다. |
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