Preparación de mitocondriales enriquecidos fracciones de Análisis metabólico en<em> Drosophila</em
Summary
Mitochondria play central roles in the regulation of metabolism and homeostasis. Subtle changes in mitochondrial metabolism that affect organismal physiology could be difficult to detect in whole organism metabolomics studies. Here we describe an isolation method that enhances the detection of subtle metabolic shifts in Drosophila melanogaster.
Abstract
Since mitochondria play roles in amino acid metabolism, carbohydrate metabolism and fatty acid oxidation, defects in mitochondrial function often compromise the lives of those who suffer from these complex diseases. Detecting mitochondrial metabolic changes is vital to the understanding of mitochondrial disorders and mitochondrial responses to pharmacological agents. Although mitochondrial metabolism is at the core of metabolic regulation, the detection of subtle changes in mitochondrial metabolism may be hindered by the overrepresentation of other cytosolic metabolites obtained using whole organism or whole tissue extractions.
Here we describe an isolation method that detected pronounced mitochondrial metabolic changes in Drosophila that were distinct between whole-fly and mitochondrial enriched preparations. To illustrate the sensitivity of this method, we used a set of Drosophila harboring genetically diverse mitochondrial DNAs (mtDNA) and exposed them to the drug rapamycin. Using this method we showed that rapamycin modifies mitochondrial metabolism in a mitochondrial-genotype-dependent manner. However, these changes are much more distinct in metabolomics studies when metabolites were extracted from mitochondrial enriched fractions. In contrast, whole tissue extracts only detected metabolic changes mediated by the drug rapamycin independently of mtDNAs.
Introduction
El objetivo de este procedimiento es desarrollar fracciones enriquecidas mitocondriales que producen metabolitos mitocondriales suficientes para estudios de metabolómica utilizando Drosophila melanogaster. En nuestra experiencia, la metabolómica análisis utilizando métodos de extracción celular enteros son incapaces de detectar sutiles cambios de metabolitos mitocondriales en Drosophila. Sin embargo, fraccionamiento mitocondrial antes del análisis metabolómica aumenta la sensibilidad para identificar los cambios de metabolitos mitocondriales.
Las mitocondrias son orgánulos celulares responsables para proporcionar 90% de la energía que las células necesitan para la función normal 1. En los últimos años se ha reconocido que las mitocondrias juegan un papel mucho más dinámico en la función celular y del organismo que simplemente la producción de trifosfato de adenosina (ATP), y ahora son reconocidos como centros para la regulación de la homeostasis metabólica 2,3. Las mitocondrias son el resultado de un proceso en el que endosimbiótica dislinajes microbianos Tinct fusionaron ~ Hace 1,5 millones de años 4. Como las mitocondrias evolucionaron hasta convertirse en verdaderos orgánulos, genes de la endosymbiont fueron incorporados en el genoma nuclear emergente. En los animales hoy en día, aproximadamente 1.500 proteínas mitocondriales son codificada en el núcleo, mientras que 37 genes permanecen en el ADNmt, 13 de los cuales codifican proteínas mitocondriales que son subunidades de los complejos de enzimas de la fosforilación oxidativa 5. Es necesaria la coordinación entre las mitocondrias y compartimentos nucleares para mantener la función mitocondrial adecuada.
Utilizando los métodos descritos aquí hemos sido capaces de detectar cambios metabólicos mitocondriales en Drosophila que resultan de la manipulación de la coordinación entre los genomas mitocondriales y nucleares. Se utilizó una cepa de Drosophila en el que el ADNmt de su especie hermana D. simulans se colocó en una sola D. melanogaster fondo nucleares 6. Este mitonuclear 'perturbado'genotipo se comparó con el genotipo mitonuclear 'nativa', o co-evolucionado de D. melanogaster que lleva el mismo genoma nuclear con su D. nativa melanogaster ADNmt. El D. melanogaster y D. simulans ADNmts difieren de ~ 100 aminoácidos y> 500 sinónimo sustituciones que afectan a 7,8 comunicación mitonuclear. Hemos generado extractos de moscas enteras y extractos enriquecidos mitocondriales para estudiar los cambios de metabolitos en respuesta al estrés farmacológico. Aquí nos muestran que al utilizar fracciones mitocondriales enriquecida detectamos cambios pronunciados en metabolitos mitocondriales entre el genotipo co-evolucionado nativo que lleva el D. ADNmts melanogaster y el genotipo perturbado llevan D. simulans ADNmt. En contraste, los cambios de metabolitos entre estos dos genotipos son sutiles utilizando métodos normales que utilizan extracto de mosca conjunto. Por lo tanto, este método proporciona un camino para entender cómo ADNmts median cambios mitocondriales enrespuesta a diferentes fármacos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Los pasos más críticos en este protocolo son: 1) la cría de moscas suficientes en abundante espacio. Es muy importante que no se pueblan la demografía jaulas con más de 150 moscas cada uno; 2) el cambio de la comida de las jaulas con frecuencia para evitar la competencia de alimentos y el estrés nutricional; y 3) el mantenimiento de todas las muestras a 4 ° C para garantizar la integridad durante el aislamiento de la fracción mitocondrial. También se recomienda para enfriar el tampón de aislamiento, el tampón…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by Adelphi University faculty development grant and grant R15GM113156 from NIGMS awarded to EVC, grant R01GM067862 from NIGMS and grant R01AG027849 from NIA awarded to DMR.
Materials
| 0.2% tegosept -methyl 4-hydroxybenzoate | VWR | AAA14289 | |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | 792799 | |
| Mannitol | Sigma-Aldrich | M4125 | |
| Sucrose | Sigma-Aldrich | S9378 | |
| 3-(N-morpholino) propanesulfonic acid (MOPS) | Sigma-Aldrich | M1254 | |
| Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma-Aldrich | 38057 | |
| Bovine serum albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | 5470 | |
| KCL | Sigma-Aldrich | P9333 | |
| Tris HCL | Sigma-Aldrich | RES3098T-B7 | |
| KH2PO4 | Sigma-Aldrich | 1551139 | |
| CO2 pads to anesthetize flies | Tritech Research | MINJ-DROS-FP | |
| 1 liter cage | Web Restaurant Store | 999RD32 | |
| 1 liter cage lid | Web Restaurant Store | 999LRD | |
| a glass-teflon dounce homogenizer | Fisher Scientific | NC9661231 | |
| Sodium hydroxide | Sigma-Aldrich | S8045 | |
| rapamycin | LC Laboratories | R-5000 | |
| anti-porin | MitoSciences | MSA03 | |
| anti-alpha tubulin | Developmental Studies Hybridoma Bank | 12G10 | |
| Pierce™ BCA Protein Assay Kit | Thermo Scientific | 23225 | |
| CO2 pad | Tritech Research, Inc | MINJ-DROS-FP | |
| filter flask | enasco | SB08184M | |
| rubber stopper | enasco | S08512M |
References
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