High-Resolution Respirometry to Assess Bioenergetics in Cells and Tissues Using Chamber- and Plate-Based Respirometers

Ryan Awadhpersad; Christopher  B. Jackson

doi:10.3791/63000

Respirometria o wysokiej rozdzielczości do oceny bioenergetyki w komórkach i tkankach za pomocą r...

JoVE Journal
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Journal Biology

High-Resolution Respirometry to Assess Bioenergetics in Cells and Tissues Using Chamber- and Plate-Based Respirometers

Respirometria o wysokiej rozdzielczości do oceny bioenergetyki w komórkach i tkankach za pomocą respirometrów komorowych i płytkowych

Full Text

5,572 Views

09:53 min

October 26, 2021

DOI: 10.3791/63000-v

Ryan Awadhpersad¹, Christopher B. Jackson¹

¹Department of Biochemistry and Developmental Biology, Faculty of Medicine,University of Helsinki

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study investigates oxidative phosphorylation in mitochondria as a critical aspect of cellular energy metabolism. Using high-resolution respirometers, the research presents protocols for analyzing cellular energy metabolism and highlights the benefits of different respirometry devices.

Key Study Components

Research Area

Cellular energy metabolism
Oxidative phosphorylation
Mitochondrial dysfunction and disease

Background

Mitochondria are essential for energy production in cells.
Dysfunction in mitochondria is linked to various diseases.
High-resolution respirometry enables real-time insight into mitochondrial bioenergetics.

Methods Used

High-resolution respirometers for measuring oxygen consumption.
HEK293 cells as the primary biological model.
Protocols for both chamber and microplate-based assays.

Main Results

Establishment of protocols for consistent assessment of mitochondrial function.
Characterization of oxygen consumption in CRISPR-modified HEK293 cells.
Comparison of respiration rates between different tissue types.

Conclusions

The study validates the efficacy of high-resolution respirometry in assessing mitochondrial function.
Results contribute to understanding mitochondrial roles in various diseases.

Frequently Asked Questions

What is oxidative phosphorylation?

Oxidative phosphorylation is the metabolic pathway through which cells generate ATP, using oxygen to help convert nutrients into energy.

Why is mitochondrial function important?

Mitochondrial function is crucial for energy production and overall cellular metabolism, and dysfunctions can lead to various diseases.

How does high-resolution respirometry work?

High-resolution respirometry measures the oxygen consumption of cells to assess mitochondrial energy production in real-time.

What cell line was used in this study?

HEK293 cells were used as the biological model in this research.

What were the main findings related to CRISPR-knockouts?

The study found impaired respiration in CRISPR-knockout cell lines, indicating deficiencies in oxidative phosphorylation.

What is the significance of comparing tissue types?

Comparing tissues, such as mouse cerebellum and soleus muscle, provides insights into the varying capacities for mitochondrial respiration and energy production across different cell types.

How do the methods used contribute to biological research?

These methods enhance our understanding of cellular metabolism, helping to diagnose and explore therapies for mitochondrial diseases.

Ocena fosforylacji oksydacyjnej za pomocą respirometrów o wysokiej rozdzielczości stała się integralną częścią analizy funkcjonalnej mitochondriów i metabolizmu energii komórkowej. W tym miejscu przedstawiamy protokoły analizy metabolizmu energii komórkowej za pomocą respirometrów komorowych i mikropłytkowych o wysokiej rozdzielczości oraz omawiamy kluczowe zalety każdego urządzenia.

Mitochondria dostarczają energię komórkową poprzez fosforylację oksydacyjną, przyczyniając się do prawie wszystkich procesów zachodzących w komórce. W związku z tym dysfunkcje mitochondriów są związane z szerokim spektrum chorób. Główną zaletą tej techniki jest pomiar bioenergetyki mitochondriów w czasie rzeczywistym poprzez zużycie tlenu, a co za tym idzie, dokładna ocena całkowitego metabolizmu energii komórkowej.

Respirometria o wysokiej rozdzielczości pozwala na bezpośrednią ocenę tego, co w systemie fosforylacji oksydacyjnej zawodzi, potencjalnie dostarczając wskazówek diagnostycznych w pierwotnych chorobach mitochondrialnych i wtórnych dysfunkcjach mitochondriów związanych z wieloma zaburzeniami. Procedurę zademonstruje Ryan Awadhpersad, doktorant w moim laboratorium. Aby rozpocząć, wykonaj kalibrację tlenu, uruchamiając respirometry w 2,1 mililitra mitochondrialnego podłoża oddechowego w temperaturze 37 stopni Celsjusza przez ponad 45 minut i kontynuuj, jeśli odchylenie od wartości wyjściowej mieści się w granicach czterech pikoboli na sekundę.

View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos