Мы описываем применение внеклеточного анализатора потока для мониторинга изменений гликолиза в режиме реального времени и окислительного фосфорилирования во время конденсации спермы мыши.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Мы описываем применение внеклеточного анализатора потока для мониторинга изменений гликолиза в режиме реального времени и окислительного фосфорилирования во время конденсации спермы мыши.
Сперматозоиды приобретают способность к оплодотворению в женском репродуктивном тракте в процессе, известном как емкости. Процессы, связанные с конденсацией, требуют энергии. Остается продолжающаяся дискуссия об источниках генерации АТФ, который питает прогрессивную подвижность спермы, емкости, гиперактивации и акросома реакции. Здесь мы описываем применение внеклеточного анализатора потока как инструмент для анализа изменений в энергетическом метаболизме во время конденсации спермы мыши. Используя Hq- и O2- чувствительные фторофоры, этот метод позволяет контролировать гликолиз и окислительный фосфорилирование в режиме реального времени в не-конденсированных против емкисперма спермы. Использование этого анализа в присутствии различных энергетических субстратов и/или фармакологических активаторов и/или ингибиторов может дать важное представление о вкладе различных метаболических путей и пересечении сигнальных каскадов и метаболизма во время конденсации спермы.
Применение масс-спектрометрии произвело революцию в изучении метаболизма. Целенаправленное метаболическое профилирование и метаболомическое отслеживание позволяют точно контролировать изменения в энергетическом метаболизме. Тем не менее, выполнение метаболомики успешно требует обширной подготовки, опытный персонал, и дорогие, высокочувствительные масс-спектрометры не легко доступны для каждой лаборатории. В последние годы, используя внеклеточный анализатор потока, таких как Seahorse XFe96 стал популярным в качестве суррогатного метода для измерения изменений в энергетическом метаболизме в различных типах клеток1,2,3,4.
Сперма являются узкоспециализированными мотильные клетки; чья задача состоит в том, чтобы доставить отцовский геном к яйцеклетке. Сперматозоиды, покидающие мужской репродуктивный тракт после эякуляции, по-прежнему функционально незрелы и не могут оплодотворить яйцеклетки, потому что они не могут проникнуть в облачения яйцеклеток. Сперма приобретает компетенцию по оплодотворению, поскольку они проходят через женский репродуктивный тракт в процессе созревания, известном как конденсация6,7. Свежеэякуляция сперма или сперма, расчлененные из кауда эпидидимис может быть конденсирован в пробирке путем инкубации в определенных емчечных носителях, содержащих Ca2 ", бикарбонат (HCO3-) или клеточной проницаемой аналоге cAMP (например, dibutyryl-cAMP), принимая холестерин (например, буйный сывороточный альбомин, BSA) и источник энергии (например, глюкоза). Во время емкости, спермаизменить их шаблон подвижности в асимметричный флагельер бить, представляющий режим плавания называется гиперактивации8,9, и они становятся компетентными пройти акросома реакции7, где протеолитических ферментов освобождены, которые переваривают облачения яйцеклеток. Эти процессы требуют энергии, и аналогичные соматические клетки, сперматозоиды генерировать АТФ и других соединений высокой энергии с помощью гликолиза, а также митохондриальный цикл TCA и окислительного фосфорилирования (оксифос)10. Хотя многочисленные исследования показывают, что гликолиз необходим и достаточно для поддержки спермы емчебой11,12,13,14, вклад oxphos менее ясно. В отличие от других типов клеток, где гликолиз физически связан с циклом TCA, сперма сильно разобщена и, как полагают, поддерживает эти процессы в отдельных отсеках флагеллара: средний элемент концентратирует митохондриальную технику, в то время как ключевые ферменты гликолиза, как представляется, ограничены основной частью15,16. Это разобщенности приводит к продолжающейся дискуссии о том, pyruvate производится в основной кусок гликолизом может поддерживать митохондриальный oxphos в середине, и является ли АТФ производства oxphos в середине будет в состоянии рассеять достаточно быстро по длине flagellum для поддержки энергетических потребностей в дистальных частей основной части17,19. Существует также поддержка роли oxphos в емчеобразной сперме. Мало того, что oxphos более энергетически благоприятным, чем гликолиз, генерации 16 раз больше АТФ, чем гликолиз, но средний объем и митохондриальный содержание непосредственно коррелируют с репродуктивной пригодности у млекопитающих видов, которые демонстрируют большую степень конкуренции между мужчинами для товарищей20. Для решения этих вопросов требуются методы изучения относительного вклада гликолиза и оксифоса во время конденсации спермы.
Tourmente et al. применили 24-хорошо внеклеточный анализатор потока, чтобы сравнить энергетический метаболизм тесно связанных видов мышей со значительно отличаемыми параметрами производительности спермы21. Вместо того, чтобы сообщать о базальных значениях ECAR и OCR неконденционной спермы, здесь мы адаптируем их метод с помощью 96-хорошо внеклеточного анализатора потока потока для мониторинга изменений в энергетическом метаболизме во время емкостя спермы мыши в режиме реального времени. Мы разработали метод, который позволяет одновременно контролировать гликолиз и oxphos в режиме реального времени в сперме с избиением флагеллы в до двенадцати различных экспериментальных условиях путем измерения потока кислорода (O2) и протонов (H)(Рисунок 1A). В связи с разбивкой пировата лактата во время гликолиза и производства CO2 через Цикл TCA, неемные и емкие спермы экструдировать Hв анализ средств, которые обнаруживаются внеклеточного анализатора флюкса через H-чувствительные флюорофоры обездвижены к кончику зонда датчика. Параллельно, O2 потребление окислительного фосфорилирования обнаруживается через O2чувствительных флюорофоров обездвижены к тому же наконечник зонда (Рисунок 1B). Эффективное обнаружение высвобожденных Hи потребляемых O2 требует модифицированного буфера спермы с низкой буферной емкостью без бикарбоната или фенола красного цвета. Таким образом, чтобы вызвать емки при отсутствии бикарбоната, мы приняли использование клеточного аналога cAMP, введенного вместе с широкодиапазонным ингибитором PDE IBMX22. Три дополнительных независимых порта инъекций позволяют впрыски фармакологических активаторов и/или ингибиторов, что облегчает обнаружение в режиме реального времени изменений в клеточном дыхании и скорости гликолиза в связи с экспериментальными манипуляциями.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Сперма тона собрана у 8-16-недельных мышей CD-1. Эксперименты на животных были одобрены Комитетом по институциональному уходу и использованию животных Вейла Корнелла (IACUC).
1. День до ассеидов
2. День асссея
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Этот метод использует внеклеточный анализатор потока для мониторинга в реальном времени изменения в скорости гликолиза и oxphos во время емки спермы мыши. На рисунке 4 показан образцовый эксперимент, в ходе котором сперма точника была вложена в присутствии глюкозы в качестве единственного энергетического субстрата и 2-DG и антимицина и ротенона в качестве фармакологических модуляторов. Энергетический субстрат в внеклеточном флюс-анализаторе TYH и фармакологич...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Потеря емкостя спермы при отсутствии определенных метаболических субстратов или критических метаболических ферментов выявила энергетический обмен в качестве ключевого фактора, поддерживающего успешное оплодотворение. Метаболический переключатель во время активации клеток является устоявшейся концепцией в других типах клеток, однако, мы только начинаем понимать, как сперматозоиды адаптируют свой метаболизм к растущему спросу на энергию во время емки. Используя внеклеточный анализатор потока, мы разработали легко применимы...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Авторы хотели бы выразить поддержку д-ра Лавуазье Рамоса-Эспириту в Центре ресурсов Рокфеллера и спектроскопии.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| <сильно>Реагенты | |||
| 2-дезокси-D-глюкоза | Sigma-Aldrich | D8375 | 2-DG |
| 3-изобутил-1-метилксантин | Sigma-Aldrich | I7018 | IBMX; готовьте 500 мМ стоковый раствор в ДМСО (111,1 мг/мл) и храните в небольших аликвотах |
| Антимицин А | Sigma-Aldrich | A8674 | Анта; приготовить стоковый раствор 5 мМ в ДМСО (2,7 мг/мл) и хранить в небольших аликвотах |
| Бычий сывороточный альбумин | Sigma-Aldrich | A1470 | BSA |
| Кальция | хлорид Sigma-Aldrich | C1016 | CaCl2 |
| Concanacalin A, лектин из Arachis hypogaea (арахис) | Sigma-Aldrich | L7381 | |
| ConA Глюкоза | Sigma-Aldrich | G7528 | |
| Hepes | Sigma-Aldrich | H0887 | |
| Изотезия | Henry Schein Animal Health | 1169567761 | изофлурана |
| сульфата магния | Sigma-Aldrich | M2643 | MgSO4 |
| N6,2'-O-дибутириладенозин 3',5'-циклический монофосфат натриевая соль | Sigma-Aldrich | D0627 | db-cAMP |
| Хлорид калия | Sigma-Aldrich | P9333 | KCl |
| Дигидрофосфат калия | Sigma-Aldrich | P5655 | KH2PO4 |
| Rotenone | Cayman Chemical Company | 13995 | Rot; готовьте 5 мМ стоковый раствор в ДМСО (2мг/мл) и храните в небольших аликвотах |
| Бикарбонат натрия | Sigma-Aldrich | S5761 | NaHCO3-Sodium |
| хлорид Sigma-Aldrich | S9888 | NaCl | |
| Equipment и материалы | |||
| 12 канальный пипетка 10-100 μ L | eppendorf | ES-12-100 | |
| 12-канальный дозатор 50-300 μ L | vwr | 613-5257 | |
| 37 ° C, без CO2 | vwr | 1545 | |
| мл пробирки для цетрифуге | eppendorf | 30119380 | |
| 50 мл конические центрифужные пробирки | vwr | 76211-286 | |
| Центрифуга с адаптером для планшетов | Thermo Scientific | IEC FL40R | |
| Dissection kit | World Precision Instruments MOUSEKIT | ||
| Инвертированный фазово-контрастный микроскоп с 40-кратным объективом | Nikon | ||
| OctaPool Solution Reservoirs, 25 мл, разделенный | Thomas Scientific | 1159X93 | |
| OctaPool Solution Reservoirs, 25 мл, разделенный | Thomas Scientific | 1159X95 | |
| Seahorse XFe96 Анализатор | Agilent | ||
| Seahorse XFe96 FluxPak | Agilent | 102416-100 | Также продавался как XFe96 FluxPak mini (102601-100) с 6 картиджами вместо 18. |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.