Mitochondriale ademhaling in gistcellen is een waardevolle indicator van de bio-energetica van cellen. Hier presenteren we een protocol om dit fenotype te kwantificeren dat van toepassing is op verschillende gistsoorten.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Mitochondriale ademhaling in gistcellen is een waardevolle indicator van de bio-energetica van cellen. Hier presenteren we een protocol om dit fenotype te kwantificeren dat van toepassing is op verschillende gistsoorten.
Het metabolisme wordt voornamelijk gecoördineerd door de beschikbaarheid van cellulaire energie en omgevingsomstandigheden. Tests om te weten hoe cellen het energetische metabolisme aanpassen aan verschillende voedings- en omgevingsomstandigheden, geven waardevolle informatie om moleculaire mechanismen op te helderen. Oxidatieve fosforylering is de primaire bron van ATP in de meeste cellen, en mitochondriale ademhalingsactiviteit is een belangrijk onderdeel van oxidatieve fosforylering, waardoor het mitochondriale membraanpotentieel voor ATP-synthese behouden blijft. Mitochondriale ademhaling wordt vaak bestudeerd in geïsoleerde mitochondriën die de cellulaire context missen. Hier presenteren we een methode voor het kwantificeren van mitochondriale ademhaling in gist-intacte cellen. Deze methode is van toepassing op elke gistsoort, hoewel deze over het algemeen wordt gebruikt voor Saccharomyces cerevisiae-cellen. Eerst wordt de gistgroei onder specifieke omstandigheden getest. Vervolgens worden de cellen gewassen en opnieuw gesuspendeerd in gedeïoniseerd water met een verhouding van 1:1 (w/v). Cellen worden vervolgens onder constant roeren in een oximeterkamer geplaatst en een Clark-elektrode wordt gebruikt om het zuurstofverbruik te kwantificeren. Sommige moleculen worden achtereenvolgens in de kamer geplaatst en geselecteerd op basis van dit effect op de elektronentransportketen of ATP-synthese. ATPase-remmer oligomycine wordt eerst toegevoegd om de ademhaling te meten in combinatie met ATP-synthese. Daarna wordt een ontkoppelaar gebruikt om de maximale ademhalingscapaciteit te meten. Ten slotte wordt een mix van remmers van de elektronentransportketen toegevoegd om het zuurstofverbruik weg te nemen dat geen verband houdt met de mitochondriale ademhaling. Gegevens worden geanalyseerd met behulp van een lineaire regressie om de helling te verkrijgen, die het zuurstofverbruik weergeeft. Het voordeel van deze methode is dat deze specifiek is voor mitochondriale ademhaling van gisten, waardoor de cellulaire context behouden blijft. Het is essentieel om te benadrukken dat remmers die worden gebruikt bij het kwantificeren van mitochondriale ademhaling kunnen variëren tussen gistsoorten.
Mitochondriën spelen een fundamentele rol in de cellulaire bio-energetica, aangezien het voor de meeste cellen de belangrijkste bron van ATP is, en verschillende routes convergeren en zijn afhankelijk van de activiteit van mitochondriale routes1. Oxidatieve fosforylering is nodig voor ATP-synthese die elektronentransport door de elektronentransportketen combineert om zuurstof- en F1F 0-ATPase-activiteit te verminderen, waarbij ATP wordt gesynthetiseerd met behulp van het mitochondriale membraanpotentiaal dat wordt geproduceerd als gevolg van elektronenflux2. Mitochondriale ademhaling maakt dus deel uit van de oxidatieve fosforylering3.
De mitochondriale ademhalingsketen bestaat uit vier complexen of, in sommige gevallen, gistcomplex I-deficiënt (bijv. Saccharomyces cerevisiae), drie complexen en drie dehydrogenase-eiwitten4. Respiratoire complexen zijn gelokaliseerd in het binnenste mitochondriale membraan; sommige gisten presenteren de canonieke elektronentransportketen met complex I (NADH-dehydrogenase) of drie NADH-dehydrogenase, ubiquinon (Co Q), complex II (succinaat ubiquinonoxidoreductase), complex III (ubiquinoncytochroomoxidoreductase), cytochroom c (Cyt c) en complex IV (cytochroom c-oxidase)5,6. Elektronentransport door de complexen maakt het mogelijk om protonen van de mitochondriënmatrix naar de intermembraanruimte te pompen, waardoor een mitochondriaal membraanpotentiaal wordt gevormd7. Protonen die zich in de intermembraanruimte bevinden, worden in omgekeerde richting naar de mitochondriënmatrix gepompt door F1F0 -ATPase om één ATP-molecuul te synthetiseren pervier protonen die 8 worden gepompt.
Mitochondriale ademhalingsmetingen bieden waardevolle inzichten in de mitochondriale integriteit, de bio-energetische cellen en de mitochondriale ademhalingscapaciteit9. De mitochondriale ademhalingsfunctie kan in vitro of in situ worden geanalyseerd met behulp van diverse technieken. Mitochondriale ademhalingsanalyse in intacte cellen zou echter een reeks voordelen kunnen bieden, aangezien het het volledige celmetabolisme omvat, aangezien de interacties van cellen met hun omgeving en intracellulair metabolisme in aanmerking worden genomen bij het gebruik van hele cellen10. Bovendien maakt het gebruik van intacte cellen een gemakkelijke evaluatie van verschillende experimentele omstandigheden mogelijk en worden minimale veranderingen gedetecteerd die niet konden worden waargenomen in geïsoleerde mitochondriën10,11. Een ander voordeel van kwantificering van mitochondriale ademhaling in intacte cellen is dat de effecten van mitochondriale proliferatie en lokalisatie behouden blijven12.
De ademhaling van mitochondriën van zoogdieren in intacte cellen is zeer gedetailleerd beschreven12, afgezien van de studie van andere eukaryote organismen, zoals gisten. Hier stellen we een techniek voor voor het kwantificeren van mitochondriale ademhaling aangepast aan gist uit zoogdierprotocollen. Daarom zijn in deze techniek concepten gebruikt uit de kwantificering van mitochondriale ademhaling door zoogdieren. Deze techniek is bijvoorbeeld onderverdeeld in verschillende fasen als het zoogdierprotocol: 1) basale ademhaling (afhankelijk van het substraat), 2) ATP-gekoppelde ademhaling (door de remming van ATP-synthase), 3) maximale ademhalingscapaciteit (met behulp van een ontkoppelaar die de permeabiliteit van protonen door het binnenste mitochondriale membraan mogelijk maakt), 4) mitochondriale ademhalingsremming (gebruik van een mix van remmers van de ademhalingsketen om het zuurstofverbruik weg te gooien voor andere bronnen dan mitochondriale ademhaling)11,13. Daarom heeft dit artikel tot doel een protocol te presenteren om de mitochondriale ademhaling in gist te kwantificeren.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. Kweekmedia en preparaat van inoculum
2. Groeiomstandigheden en experimentontwerp
3. Test op het zuurstofverbruik (Polarografie)
4. Gegevensverwerking
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Deze mitochondriale ademhalingstechniek kan worden gebruikt voor andere gistsoorten dan S. cerevisiae, zoals Scheffersomyces stipitis15 en K. marxianus16. Voor representatieve doeleinden presenteren we echter alleen resultaten van S. cerevisiae. Het is algemeen bekend dat S. cerevisiae een overheersend respiratoir metabolisme vertoont in lage glucoseconcentraties (minder dan 0,8 mM)
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Mitochondriale ademhalingsfosforylering speelt een fundamentele rol in verschillende routes die afhankelijk zijn van het mitochondriale membraanpotentieel en die ATP-niveaus op peil houden door oxidatieve fosforylering. Begrijpen hoe omgevings- en voedingsomstandigheden de mitochondriale ademhaling van gisten beïnvloeden, dient als een hulpmiddel om moleculaire mechanismen op te helderen.
Het is essentieel om de volgende kritische stappen te overwegen om betro...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dit werk werd ondersteund door de Tecnológico Nacional de México (Grant 20026.24-PD) toegekend aan LAMP.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 2- thenoyltrifluoroacetone (TTFA) | Merck | T27006 | Remmer complex II |
| 3-chlorofenylhydrazon carbonylcyanide (CCCP) | Merck | C2759 | Ontkoppeling van mitochondriale ademhaling |
| Absoluut ethanol | Merck | 107017 | Voor het oplossen van quercetine |
| Agar | Merck | A1296 | YPD agar-voorbereiding |
| Ammoniumsulfaat korrelig (NH4)2SO4 | J.T. Baker | 0792-05 | SC-bouillonvoorbereiding |
| Antimycine A (AA) | Merck | A8674 | Remmer complex III |
| aYSI5300A | ---- | ---- | Monitor |
| Centrifuge | Hermle | Z 206 A | Voor celcentrifuge |
| Clark-type zuurstof | ---- | ---- | Elektrode |
| Computer | ---- | ---- | Voor gegevensverwerving |
| Dikaliumfosfaat K2HPO4 | J.T. Baker | 3252-05 | SC-bouillonvoorbereiding |
| Glucose | Merck | G7021 | YPD-bouillonvoorbereiding |
| Glycerol | Merck | G5516 | Aanvulling op substraatmedium |
| Lactaat | Merck | L1250 | Aanvulling op substraatmedium |
| Oligomycine van Streptomyces diastatochromogenes | Merck | O4876 | Remming van mitochondriale ATP-synthase |
| Orbitale shaker | Thermo Fisher | SHKE6000 | Incubatie van inoculum in glazen buisjes en kolf |
| Pepton uit caseïne, enzymatische vertering | Merck | 82303 | YPD-bouillonvoorbereiding |
| Quercetine | Merck | 337951 | Voor vermindering van mitochondriale ademhaling |
| Uracil | Merck | U0750 | SC-bouillonvoorbereiding |
| Gistextract | Merck | Y1625 | YPD-bouillonvoorbereiding |
| Giststikstofbasis zonder aminozuren en ammoniumsulfaat | Merck | Y1251 | SC-bouillonvoorbereiding |
| Gist synthetische Drop-out medium supplementen zonder uracil | Merck | Y1501 | SC-bouillonvoorbereiding |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.