Bu protokol, in vitro 14CO2 üretimini izleyerek substrat oksidasyonunu incelemek için kullanımı kolay bir yöntemi açıklar.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Bu protokol, in vitro 14CO2 üretimini izleyerek substrat oksidasyonunu incelemek için kullanımı kolay bir yöntemi açıklar.
Mitokondri, enerji homeostazını korumak için adenozin trifosfat (ATP) üreten trikarboksilik asit (TCA) döngüsü ve elektron taşıma zinciri (ETC) için makinelere ev sahipliği yapar. Glikoz, yağ asitleri ve amino asitler, çoğu somatik hücrede mitokondriyal solunumu besleyen başlıca enerji substratlarıdır. Kanıtlar, farklı hücre tiplerinin belirli substratlar için farklı bir tercihe sahip olabileceğini göstermektedir. Bununla birlikte, iskeletteki çeşitli hücreler tarafından substrat kullanımı ayrıntılı olarak çalışılmamıştır. Ayrıca, hücresel metabolizma fizyolojik ve patofizyolojik değişikliklere uyum sağladığından, iskelet hücrelerinde substrat bağımlılığının doğrudan değerlendirilmesi, kemik hastalıklarının patogenezi hakkında önemli bilgiler sağlayabilir.
Aşağıdaki protokol, oksidatif fosforilasyonu takiben substrat moleküllerinden karbondioksit salınımı prensibine dayanmaktadır. Radyoaktif olarak etiketlenmiş karbon atomları (14C) içeren substratları kullanarak, yöntem hücre kültüründeki substrat oksidasyon oranı için hassas ve kullanımı kolay bir test sağlar. Primer kalvarial preosteoblastlara karşı kemik iliği kaynaklı makrofajlar (BMM'ler) ile yapılan bir vaka çalışması, iki hücre tipi arasındaki ana substratların farklı kullanımlarını göstermektedir.
Ökaryotlardaki oksidatif fosforilasyon (OXPHOS), oksijen tüketimi yoluyla ATP şeklinde kimyasal enerjiyi serbest bırakmak için besinlerin mitokondri içinde parçalandığı işlemdir. Trikarboksilik asit (TCA) döngüsü yoluyla mitokondri içindeki çeşitli substratların katabolizması doğrudan az sayıda ATP molekülü üretir, ancak elektron taşıyıcıları nikotinamid adenin dinükleotid (NAD +) ve flavin adenin dinükleotidin (FAD +) indirgenmesi yoluyla enerji depolar. İndirgenmiş taşıyıcılar daha sonra membran boyunca bir proton konsantrasyon gradyanı oluşturmak için mitokondrinin iç zarında bulunan ETC tarafından oksitlenir. Protonlar sonunda ATP üretmek için gradyanlarını ATP sentaz yoluyla mitokondriyal matrise geri akarlar. OXPHOS, enerji substratlarından ATP üretiminin en verimli aracıdır ve genellikle aerobik ortamlarda tercih edilir. Önceden, aerobik glikolizin - oksijen mevcutken glikozdan laktat üretimi - patofizyolojik olduğu, genellikle kanser hücrelerinin bir işareti olduğu düşünülüyordu. Giderek daha fazla, bazı normal hücre tiplerinin henüz tam olarak deşifre edilmemiş nedenlerden dolayı aerobik glikoliz kullandığı keşfedilmektedir.
Metabolik esneklik, hücrelerin veya organizmaların değişen enerji taleplerine ve mevcut yakıt kaynaklarına uyum sağlama kapasitesidir. Örneğin, iskelet kasının enerjik talebi esas olarak sabit durumda OXPHOS tarafından karşılanır, ancak yüksek yoğunluklu egzersiz sırasında anaerobik glikoliz1. Egzersiz süresi arttıkça, glikoz ve yağ asidi oksidasyonu genel enerji üretimine daha fazla katkıda bulunur2. Bununla birlikte, substrat kullanımı sadece kullanılabilirliğe bağlı değildir, çünkü substratlar oksidasyon sırasında antagonistik olarak rekabet eder. En önemlisi, yağ asidi oksidasyonunun, Randle etkisi3 olarak bilinen bir fenomende iskelet kası tarafından glikoz kullanımını inhibe ettiği gösterilmiştir. Karşılıklı bir etki sonraki çalışmalarla gösterilmiştir 4,5. Ek olarak, birçok hastalık substrat tercihindeki bir değişiklik ve hücrelerde metabolik esnekliğin gelişmesi ile ilişkilidir. Örneğin, tip II diyabetik hastaların iskelet kasında yağ asidi oksidasyonu normal kontrol deneklerine kıyasla azalır6. Hastalık ortamlarındaki metabolik değişiklikler patogeneze katkıda bulunabileceği için yoğun bir araştırma konusudur.
İskelet hücre tiplerinde enerji metabolizması nispeten az çalışılmakla birlikte son yıllarda dikkat çekmektedir7. Önceki çalışmalar, aerobik glikolizin kalvarial osteoblastlarda baskın enerji yolu olduğunu, TCA döngüsü boyunca glikoz oksidasyonunun osteoklast oluşumunda rol oynadığını göstermiştir 8,9. Diğerleri, osteoblastlar için bir enerji kaynağı olarak yağ asitleri için kanıt sağlamıştır10. Glutamin katabolizmasının da osteoblast farklılaşmasını progenitörlerden11,12 desteklediği gösterilmiştir. Bununla birlikte, çeşitli iskelet hücresi tipleri tarafından substrat kullanımının kapsamlı bir şekilde anlaşılması hala eksiktir. Ek olarak, hücre farklılaşması sırasında veya patolojik sinyallere yanıt olarak hücresel metabolizmadaki değişikliklerin yakıt substrat kullanımını değiştirmesi beklenir. Aşağıda açıklanan, in vitro substrat oksidasyonunu test etmek için kullanımı kolay bir protokoldür.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Radyoaktif malzemelerin (RAM) kullanımı, her kurumda belirlenmiş bir güvenlik komitesi tarafından önceden onay alınmasını gerektirir. Bu protokolde kullanılan RAM'ler, Pennsylvania Üniversitesi'ndeki Çevre Sağlığı ve Radyasyon Güvenliği (EHRS) tarafından onaylanmıştır. Hayvanların kullanımı, ev kurumundaki Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi (IACUC) tarafından önceden onay alınmasını gerektirir. Aşağıdaki çalışma IACUC tarafından Philadelphia Çocuk Hastanesi'nde onaylanmıştır.
1. 14C etiketli substrat için stok çözeltilerinin hazırlanması
2. 14C etiketli substrat içeren ortamın hazırlanması
NOT: Ortamdaki enerji substratlarının güvenilir konsantrasyonlarını sağlamak için, kullanımdan kısa bir süre önce eklenen taze substratlarla birlikte ısmarlama ortam kullanılmalıdır. Burada, glikoz, piruvat, glutamin, fenol kırmızısı veya sodyum bikarbonat içermeyen özel yapım bir Minimum Esansiyel Ortam (MEMa) kullanılır. Bununla birlikte, her hücre tipi için en uygun ortam belirlenmelidir.
3. Hücrelerin hazırlanması
NOT: Kalvarial preosteoblastlar ve kemik iliği makrofajları burada örnek olarak kullanılmıştır. Kullanıcılar seçtikleri hücre tipini uygun protokollere göre hazırlamalıdır. Enzimatik aktivite farklı partiler arasında değişebileceğinden, pilot deneylerde sindirim için kullanılacak kollajenaz II konsantrasyonunu optimize edin.
4. CO2 tuzaklı substrat oksidasyon testi

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu örnekte, CO2 yakalama yöntemi, sırasıyla in vitro osteoblast veya osteoklast farklılaşması için sıklıkla kullanılan primer kalvarial preosteoblastlar ile BMM'ler arasındaki substrat oksidasyonunu karşılaştırmak için kullanılmıştır. Birincil hücreler bir gecede cMEMa'da paslanıp kültürlendikten sonra, tipik olarak birleşmenin% 80-90'ına ulaşırlar ve karakteristik morfolojilerini sergilerler. Kalvarial preosteoblastlar BMM'lerden önemli ölçüde daha büyüktür (Şekil 2). He...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol, ana enerji substratlarının oksidasyon oranını belirlemek için kullanımı kolay bir yöntem sağlar. Merkezi bir kuyu içeren ve14,15,16 kauçuk tıpalarla kaplı şişeler kullanan diğer protokollere daha basit bir alternatiftir. Buradaki örnek çalışma hücre kültürü ile yapılmasına rağmen, yöntem daha önce tarif edildiği gibi doku eksplantları veya bozulmamış mitokondri içeren doku homojenatları için kolayca uyarlanabilir
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.
Çalışma kısmen NIH hibe R01 AR060456 (FL) tarafından desteklenmiştir. Dr. Michael Robinson ve Elizabeth Krizman'a (Philadelphia Çocuk Hastanesi) parıltı sayacı konusundaki cömert yardımları için teşekkür ederiz.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 0.22 ve mikro; m filtreleri | Sigma-Aldrich | SLGVM33RS | BSA çözeltisini filtrelemek için kullanılır |
| %0.25 Tripsin-EDTA | Gibco | 25200056 | Hücreleri hücre kültürü plakalarından ayırın |
| 1.5 mL Eppendorf tüpleri | PR1MA | PR MCT17 RB | Reaksiyon inkübasyonu için kullanılır |
| 10 cm plakalar | TPP | 93100 | Hücre kültürü için kullanılır |
| 10 mL şırınga | BD | 302995 | Uzun kemiklerden iliği temizlemek için kullanılır |
| Hücre kültürü ortamı için | %10 FBS | Atlanta biologicals | S11550 |
| 14C-Glikoz | PerkinElmer | NEC042X050UC | Sıcak ortam yapmak için kullanılır |
| 14< sup >C-glutamin | PerkinElmer | NEC451050UC | Sıcak ortam yapmak için kullanılır |
| 14< / sup>C-oleat | PerkinElmer | NEC317050UC | Sıcak ortam yapmak için kullanılır |
| 23 G iğne | BD | 305120 | Uzun kemiklerden iliği temizlemek için kullanılır |
| 24 oyuklu plakalar | TPP | 92024 | Hücre kültürü |
| 70 & mu için kullanılır; m hücreli süzgeçler | MIDSCI | 70CELL | Kavarial sindirim sırasında süpernatanı filtrelemek için kullanılır |
| Akridin Portakal/Propidyum İyodür (AO/PI) boya | Nexcelom Biosciences | CS2-0106 | Tohum yoğunluğunu belirlemek için canlı hücreleri boyar |
| Sığır Serumu Ablumin | Proliant Biologicals | 68700 | Yağ asidi konjugasyonu için kullanılır |
| Cellometer Auto 2000 | Nexcelom Biosciences | Canlı hücrelerin sayısını belirleyin | |
| Santrifüj | Thermo Fisher | Legend Micro 21R | Hücreleri peletlemek için kullanılır |
| Kollajenaz tip II | Worthington | LS004176 | Hücreleri dokudan ayırın |
| Özel MEM alfa | GIBCO | SKU: ME 18459P1 | Özel sıcak ortam oluşturmak için kullanılır |
| Dulbecco'nun Fosfat Tamponlu Tuzlu Suyu | Gibco | 10010023 | Reaktifleri çözmek ve seyreltmek ve kültür kaplarını yıkamak için kullanılır |
| Filtre Kağıdı | Millipore-Sigma | WHA1001090 | Sodyum hidroksit ile CO2 tuzakları |
| Glikoz | Sigma-Aldrich | g7528 | Özel medya yapmak için kullanılır |
| HEPES | Gibco | 15630080 | Tuzakları Hücre kültürü sırasında CO2 |
| L-karnitin | Sigma-Aldrich | C0283 | Yağ asidi oksidasyonu için takviye edilmiş |
| L-Glutamin | Sigma-Aldrich | g3126 | Özel medya yapmak için kullanılır |
| MEM alpha | Thermo | A10490 | Hücre kültürü ortamı |
| Parafilm | Pecheney Plastik Ambalaj | PM998 | Hücre kültürü kaplarını kapatmak için kullanılır |
| Penisilin-Streptomisin | Thermo Fisher | 15140122 | Hücre kültüründe kontaminasyonu önler |
| Perklorik Asit | Sigma-Aldrich | 244252 | metabolik tahlil sırasında CO2 salgılar |
| Piruvat | Sigma-Aldrich | p5280 | Özel medya yapmak için kullanılır |
| Sintilasyon Sayacı | Beckman Coulter | LS6500 | Filtre kağıdından radyoaktiviteyi belirler |
| Sintilasyon Sıvısı | MP Biyomedikal | 882453 | RAM'ler tarafından yayılan enerjiyi emdirin ve ışık parlamaları olarak yeniden yayar |
| Parıldama Flakonu | Fisher Scientific | 03-337-1 | Sintilasyon sıvısı için reaksiyon kapları |
| Sodyum karbonat | Sigma-Aldrich | S5761 | için denge tamponu |
| Sigma-Aldrich | 58045 | Metaboilc deneyi sırasında CO2 Tuzakları | |
| Sodyum oleat | SANTA CRUZ | SC-215879 | BSA konjuge yağ asidi hazırlama |
| Vakum filtrasyonu 1000 | TPP | 99950 | Filtre cMEM ve alfa; |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.