Method Article

Visualisatie van Mitochondriale respiratoire functie met behulp van cytochroom C Oxidase / succinaat dehydrogenase (COX / SDH) Double-labeling Histochemistry

DOI:

10.3791/3266

November 23rd, 2011

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het cytochroom c oxidase / natrium dehydrogenase (COX / SDH) double-labeling methode maakt het mogelijk voor de directe visualisatie van mitochondriale ademhaling enzymdeficiënties in vers ingevroren weefsel secties. Dit is een eenvoudige techniek histochemische en is nuttig bij het onderzoek naar mitochondriële ziekten, veroudering, en veroudering-gerelateerde aandoeningen.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mitochondriaal DNA (mtDNA) defecten zijn een belangrijke oorzaak van de ziekte en kunnen ten grondslag liggen aan veroudering en veroudering gerelateerde veranderingen 1,2. De mitochondriale theorie van veroudering suggereert een rol voor mtDNA mutaties, die bio-energetica homeostase en cellulaire functie kan, veranderen in het verouderingsproces 3. Een schat aan bewijs is samengesteld ter ondersteuning van deze theorie 1,4, een voorbeeld hiervan is het mtDNA mutator muis 5, maar de precieze rol van mtDNA schade bij veroudering is het niet helemaal begrepen 6,7.

Het observeren van de activiteit van de respiratoire enzymen is een rechttoe rechtaan aanpak voor het onderzoeken van mitochondriale dysfunctie. Complex IV, of cytochroom c oxidase (COX), is essentieel voor mitochondriale functie. De katalytische subeenheden van COX worden gecodeerd door mtDNA en zijn essentieel voor de montage van het complex (figuur 1). Zo zijn een goede synthese en functie grotendeels gebaseerd op mtDNA integriteit 2.Hoewel andere respiratoire complexen kon worden onderzocht, complexen IV en II zijn het meest vatbaar voor histochemische onderzoeken 8,9. Complex II, of succinaat dehydrogenase (SDH), wordt volledig gecodeerd door nucleair DNA (figuur 1), en de activiteit is meestal niet beïnvloed door een verminderde mtDNA, maar een verhoging zou kunnen mitochondriale biogenese 10-12 aan te geven. De verminderde mtDNA waargenomen in mitochondriale ziekten, veroudering, en leeftijd gerelateerde ziekten leidt vaak tot de aanwezigheid van cellen met een lage of afwezige activiteit van COX 2,12-14. Hoewel de COX-en SDH-activiteiten kunnen individueel worden onderzocht, heeft de sequentiële dubbele labeling methode 15,16 bleek gunstig zijn in de plaatsbepaling van cellen met mitochondriale dysfunctie 12,17-21.

Veel van de optimale grondwetten van de test zijn bepaald, zoals de substraat concentratie, elektronen acceptoren / donateurs, tussentijdse elektronen dragers, invloed van pH, en de reactie time 9,22,23. 3,3 '-diaminobenzidine (DAB) is een effectieve en betrouwbare elektron donor 22. In cellen met functioneren COX, zal de bruine indamine polymeer product te lokaliseren in het mitochondriaal cristae en verzadigen cellen 22. Die cellen met disfunctionele COX zal daarom niet worden verzadigd door de DAB-product, waardoor voor de visualisatie van de SDH-activiteit door vermindering van nitroblauw tetrazolium (NBT), een elektron acceptor, een blauwe formazanproduct eindproduct 9,24. Cytochroom c en natrium succinaat substraten worden toegevoegd aan endogene niveaus tussen controle en zieke / mutant weefsels 9 normaliseren. Catalase wordt toegevoegd als een voorzorgsmaatregel om mogelijke vervuilende reacties van peroxidase-activiteit 9,22 te vermijden. Fenazine methosulfaat (PMS), een tussentijdse elektron drager, wordt gebruikt in combinatie met natrium azide, een ademhalingsketen-remmer, tot de vorming van de uiteindelijke reactieproducten 9,25 te verhogen. Ondanks deze op de hoogteatie, enkele kritische details die het resultaat van deze betamelijk eenvoudige test, in aanvulling op specificiteit controles en de vooruitgang in de techniek, zijn nog niet gepresenteerd.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Weefsel voorbereiding voor cryosectioning

  1. Offer het dier door een van beide cervicale dislocatie of onthoofding, in overeenstemming met de beschikbare ethisch mogelijk te maken.
  2. Snel verzamelen weefsels van belang (bv. Hersenen), en snel bevriezen op droog ijs (weefsels kan bevriezen in isopentaan of propaan gekoeld met vloeibare stikstof om een optimale morfologie verkrijgen vereisen). Bewaar weefsels in aluminiumfolie bij -80 ° C tot klaar sectie.
  3. Insluiten bevroren weefsel als voorbereiding op cryosectioning.
  4. Verzamel 14-um cryostaatcoupes bij -21 ° C (kan nodig zijn om temperatuur aan te passen ± 1-2 ° C). Dooi....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De gecombineerde COX / SDH histochemische methode kan de visualisatie van cellen met mitochondriale dysfunctie. Deze techniek, met vroege studies die teruggaat tot 1968, blijft populair, met vele overweegt het de "gouden standaard" voor het identificeren van mitochondriale ziekten bij patiënten 14,19,26,27. Het is nu vaak gebruikt om mtDNA mutatie-driven veroudering en veroudering-gerelateerde aandoeningen 12,13,18,20,21,24 te onderzoeken. De COX / SDH dubbel-labeling methode wordt vaak g.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Geen belangenconflicten verklaard.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd ondersteund door het National Institute of Aging (AG04418), National Institute on Drug Abuse, National Institute of Health-Karolinska Institutet Graduate Partnerships Program, Karolinska Institutet, Zweeds Research Council, de Zweedse Brain Power, en Zweeds Hersenstichting. Veel dank aan Mattias Karlen en dr. Giuseppe Coppotelli voor creatieve ondersteuning bij figuur 1 en 2, respectievelijk; Karin Pernold voor technische bijstand, en Drs. Barry J. Hoffer, Lars Olson, en Nils-Göran Larsson voor veel nuttige adviezen en discussie.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

Naam van het reagens Vennootschap Catalogus nummer Commentaar (optioneel)
Dry Ice AGA Gas AB blokvorm
Isopentaan (2-methylbutaan) Sigma-Aldrich 277258
CAS: 78-78-4
Cyrostat inbedding oplossing Sakura Finetek Tissue Tek 4583
Cryostaat Microm Microm Model HM 500M
Dia's Thermo Scientific Super Frost Plus
Menzel Glaser
J1800AMWZ
Dekglaasjes
Borosilicaatglas
VWR International 16004-098 24 x 50 mm
Filtreerpapier Munktell Filter AB Kwaliteit: 1350
ArtikelNummer: 242 001
430 x 430 mm
3,3 '-diaminobenzidine tetrahydrochloride (DAB) Sigma-Aldrich Sigma Liquid Substrate System, D7304
Cytochroom c (Type III, van paarden hart) Sigma-Aldrich C2506
CAS: 9007-43-6
Runderen catalase (uit de lever) Sigma-Aldrich C9322
CAS: 9001-05-2
Nitroblauw tetrazolium (NBT) Sigma-Aldrich N6876
CAS: 298-83-9
Natrium succinaat Sigma-Aldrich S2378
CAS: 6106-21-4
Fenazine methosulfaat (PMS) Sigma-Aldrich P9625
CAS: 299-11-6
PMS is licht gevoelig. Schild tegen licht.
Natriumazide Sigma-Aldrich S8032
CAS: 26628-22-8
Xyleen VWR International EM-XX0060-4
Entellan VWR International 100503-870
Malonaat
(Malonzuur)
Sigma-Aldrich M1296
CAS: 141-82-2

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Larsson, N. G. Somatic mitochondrial DNA mutations in mammalian aging. Annu. Rev. Biochem. 79, 683-706 (2010).
  2. Cottrell, D. A. Role of mitochondrial DNA mutations in disease and aging. Ann. NY Acad. Sci. 908, 199-207 (2000).
  3. Harman, D.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Mitochondrial Respiratory FunctionCOX SDH Double labelingHistochemical TechniqueCytochrome C OxidaseSuccinate DehydrogenaseMitochondrial DysfunctionFresh Frozen TissueCryostat SectioningDAB NBT StainingMitochondrial DNA Mutator

Related Articles