активация аутофагии является полезным в профилактике целого ряда заболеваний. Одним из физиологических подходов к индукции аутофагии в естественных условиях является физические упражнения. Здесь мы покажем, как активировать аутофагию с помощью аэробных упражнений и измерения уровней аутофагии у мышей.
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.
Аутофагия является эволюционно консервативны путь деградации, который индуцируется в ответ на различные стрессовых условиях , таких как голод и гипоксии 1, 2. Во время аутофагии, двойные мембранные везикулы, называемые автофагосомы, включают ненужные или поврежденные субклеточных компонентов и транспортировать их в лизосомы для деградации 3. Базальный аутофагия имеет важное значение для клеточной функции и развития организма, а также ослабленным базальной аутофагии замешан во многих расстройств, в том числе нейродегенерации онкогенеза и диабета 2 -го типа 4, 5, 6.
Наиболее известным физиологическим аутофагия индуктором является голодание. Тем не менее, он имеет два основных ограничения. Во- первых, голодание занимает длительный период , чтобы эффективно вызывать аутофагию у животных, например, 48 часов ограничения пищи у мышейв большинстве органов. Во-вторых, голодание едва индуцирует аутофагию мозга, из-за относительно стабильные поставки питательных веществ в головном мозге. На самом деле, это также трудно обнаружить индукцию аутофагии низкомолекулярных индукторов, поскольку многие лекарства не могут проходить через гематоэнцефалический барьер. Таким образом, чтобы лучше проанализировать функцию активации аутофагии в патогенезе заболевания, мы обнаружили , что в последнее время упражнения является более сильным физиологическим способом , чтобы вызвать автофагию в течение короткого периода времени , 7, 8, 9. По сравнению с голоданием, аутофагия эффективно индуцируется беговой дорожке так быстро, как 30 мин. Таким образом, физические упражнения является удобным и мощным физиологический подход к изучению механизма аутофагии в опосредовании пользы для здоровья и профилактики заболеваний.
Есть несколько белковых маркеров для выявления аутофагии активности, в том числе LC3 и p62. LC3 (микротрубочки белок, ассоциированный с 1A / 1B-C светHain 3) является цитозольного белка (LC3-я форма), который конъюгирован с PE (фосфатидилэтаноламина) при индукции аутофагии. ПЭ-липоилироваться LC3 (LC3-II форма) набирается на autophagosomal мембран и могут быть использованы для визуализации автофагосомы когда метили GFP. Его транслокации из цитозоля в пунктате структуры автофагосомы под микроскопом является показателем индукции аутофагии. p62 является грузовой рецептор аутофагией субстратов (таких как Убиквитинирование белки), и включен в автофагосомы, а также. Так как белок разлагается в лизосомах вместе с автофагосомы, его уровни могут быть использованы для измерения потока аутофагии. Здесь мы покажем, как использовать эти маркеры для количественного определения аутофагию в различных тканях мышей, вызванных аэробных упражнений, включая принудительную упражнения (беговая дорожка) и добровольного упражнения (бег колес). Те же самые процедуры , также могут быть применены для измерения в естественных условиях аутофагии после лечения других индукторов.
Аутофагия является катаболический процесс, который дает энергию и уменьшает цитотоксичность лизосомной деградации компонентов цитоплазмы или поврежденных органелл. Изучение аутофагию важно понимать регулирование клеточного гомеостаза и механизмов ответа на стресс. Новые модели и …
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 |