Autophagy ההפעלה מועילה במניעת מספר מחלות. אחת הגישות הפיזיולוגיות לגרום autophagy in vivo הוא פעילות גופנית. כאן אנו מראים כיצד להפעיל autophagy ידי פעילות אירובית ולמדוד רמות autophagy בעכברים.
Autophagy is a lysosomal degradation pathway essential for cell homeostasis, function and differentiation. Under stress conditions, autophagy is induced and targets various cargos, such as bulk cytosol, damaged organelles and misfolded proteins, for degradation in lysosomes. Resulting nutrient molecules are recycled back to the cytosol for new protein synthesis and ATP production. Upregulation of autophagy has beneficial effects against the pathogenesis of many diseases, and pharmacological and physiological strategies to activate autophagy have been reported. Aerobic exercise is recently identified as an efficient autophagy inducer in multiple organs in mice, including muscle, liver, heart and brain. Here we show procedures to induce autophagy in vivo by either forced treadmill exercise or voluntary wheel running. We also demonstrate microscopic and biochemical methods to quantitatively analyze autophagy levels in mouse tissues, using the marker proteins LC3 and p62 that are transported to and degraded in lysosomes along with autophagosomes.
Autophagy הינו מסלול השפלה שמור באבולוציה, אשר נגרמת בתגובה לתנאי קיצון שונים כגון הרעבה היפוקסיה 1, 2. במהלך autophagy, שלפוחית כפולת הממברנה, שנקראה autophagosomes, לשלב רכיבי subcellular מיותרים או פגומים ולהעביר אותם לתוך lysosomes שפל 3. Autophagy בסל חיוני לתפקוד הסלולר ופיתוח האורגניזם, autophagy הבסיס לקוי הוא מעורב הפרעות רבות, כולל ניוון מוחיים, tumorigenesis וסוכרת מסוג 2 4, 5, 6.
Inducer autophagy הפיזיולוגי הידוע ביותר הוא רעב. עם זאת, יש לו שתי מגבלות עיקריות. ראשית, רעב לוקח תקופה ארוכה כדי לגרום autophagy ביעילות בבעלי חיים, למשל, 48 שעות של הגבלת מזון בעכבריםברוב האיברים. שנית, רעב בקושי גורם autophagy המוח, בשל אספקת חומרי מזון יציבה יחסית במוח. למעשה, זה גם קשה לזהות אינדוקצית autophagy ידי מעורר-מולקולה קטנה, כמו תרופות רבות לא יכולות לעבור את מחסום דם המוח. לכן, כדי לנתח טוב יותר את הפונקציה של הפעלת autophagy בהיווצרות מחלה, גילינו לאחרונה כי פעילות גופנית היא שיטה פיזיולוגית חזקה יותר כדי לגרום autophagy בתוך פרק הזמן קצר 7, 8, 9. בהשוואה רעבה, autophagy מושרה ביעילות על ידי הפעלת הליכון מהר ככל 30 דקות. וכך, פעילות גופנית היא גישה פיזיולוגית נוחה ורב-עצמה כדי ללמוד את המנגנון של autophagy בתיווך יתרונות בריאות ולמניעת מחלות.
ישנן מספר סמנים חלבוניים לצורך זיהוי של פעילות autophagy, כולל LC3 ו p62. LC3 (1A חלבון הקשורים microtubule / 1B-אור גהיין 3) הוא חלבון cytosolic (LC3-אני טופס) כי הוא מצומדות כדי PE (phosphatidylethanolamine) על אינדוקציה autophagy. PE-lipidated LC3 (טופס LC3-II) מגויס על ממברנות autophagosomal וניתן להשתמש בו כדי להמחיש autophagosomes כאשר שכותרתו עם GFP. טרנסלוקציה שלה מן cytosol כדי punctate מבנים של autophagosomes תחת מיקרוסקופ הוא אינדיקציה אינדוקציה autophagy. p62 הוא קולטן מטענים עבור מצעים autophagy (כגון חלבונים ubiquitination), והוא שולב autophagosomes גם כן. מאחר והחלבון נפגע lysosomes יחד עם autophagosomes, רבדיו ניתן להשתמש כדי למדוד את שטף autophagy. כאן אנו מראים כיצד להשתמש סמנים אלה לכמת autophagy ברקמות עכבר שונים המושרה על ידי פעילות גופנית אירובית, כולל פעילות גופנית כפויה (הליכון) ופעילות גופנית מרצון (ריצה גלגלים). אותו הנהלים יכולים לחול גם על in vivo מדידת autophagy לאחר הטיפול של מעוררים אחרים.
Autophagy הוא תהליך קטבולי המספק אנרגיה ומפחית רעילות על ידי השפלה lysosomal של רכיבים הציטופלסמה או אברונים פגומים. לימוד autophagy חשוב להבין הסדרת הומאוסטזיס הסלולר מנגנוני תגובת לחץ. מודלים ומתודולוגיות חדשים צצים בתחום המחקר 15, כדי ללמוד כיצד autophagy לקוי תורם תה?…
The authors have nothing to disclose.
We thank the Northwestern University Mouse Histology and Phenotyping Laboratoryfor technical support and assistance, and Noboru Mizushima (University of Tokyo) for providing GFP-LC3 transgenic mice. A. R. and C. H. were supported by the startup funds from Northwestern University and the grant from National Institutes of Health (DK094980).
Treadmill | Columbus Instruments | 150-RM Exer 3/6 | |
Mouse running wheel | Super Pet | 100079365 | diameter 11.4 cm |
Odometer | Bell | DASHBOARD 100 | |
Syringe pump | KD Scientific | KDS100 | |
Fluorescence microscope | Nikon | Model: inverted microscope ECLIPSE | |
Cryostat | Leica | CM 1850UV | |
Homogenizer | IKA | 003737001 / Model: T10 Basic S1 | |
Chloroquine | CAYMAN CHEMICAL COMPANY | 14194 | |
Parafolmaldehye | SIGMA-ALDRICH | P6148 | Personal protection equipment required. This product may release formaldehyde gas, a chemical known to cause cancer |
Mounting media | Vector Laboratories | H-1200 | |
p62 antibody | BD Biosciences | 610833 | |
LC3 antibody | Novus Biologicals | NB100-2220 | |
2X Laemmli Sample Buffer | Bio-Rad Laboratories | 161-0737 | |
ImageJ | NIH |