신진 대사 속도 있는 변경은 측정 하는 것은 다양 한 질병과 노화의 진행을 이해의 중심입니다. 여기, 우리는 더 밀접 하 게 유사한 생리 적인 상태와 미토 콘 드리 아 활동을 수정 하는 새로운 약물 노출에 도움이 있습니다 전체 머리 산소 소비를 측정 하는 새로운 기법을 제시.
규제 신진 대사 활동은 살아있는 세포의 정상 기능을 위해 필수적입니다. 실제로, 변경 된 대사 활동 원인이 암, 당뇨병, neurodegeneration, 및 몇 가지 이름을 노화의 진행과 연결 된다. 예를 들어, 미토 콘 드리 아 활동, 세포의 신진 대사 강국에에서 변화 등 많은 질병에 특징 되어 있다. 일반적으로, 미토 콘 드리 아의 산소 소비 속도 미토 콘 드리 아 활동의 신뢰할 수 있는 판독 여겨졌다 고 측정 이러한 연구에서 고립 된 미토 콘 드리 아 또는 셀에 근거 했다. 그러나, 그러한 조건 전체 조직의 복잡성을 대표 하지 않을 수 있습니다. 최근에, 우리는 완전히 고립 된 비행 머리에서 산소 소비 속도의 동적 측정을 가능 하 게 새로운 방법을 개발 했습니다. 이 메서드를 이용 하 여 우리 젊은 대 세 파리에서 전체 머리 세그먼트의 낮은 산소 소비 속도 기록 했습니다. 둘째, 우리 lysine deacetylase 억제 물 급속 하 게 전체 머리에 산소 소비를 변경할 다는 것을 발견 했다. 우리의 새로운 기술 수 있습니다 따라서 신진 대사 속도 영향을 미칠 수 있는 다양 한 약물의 잠복 새로운 속성에 도움이 됩니다. 또한, 우리의 방법은 생리 적 상태를 더 밀접 하 게 유사한 실험적인 체제에서 변화 행동의 더 나은 이해를 줄 수 있습니다.
레 귤 레이트 된 대사 활동은 세포의 생존 및 조직의 건강 한 기능에 대 한 필수적입니다. 규제 완화 신진 대사 활동을 광범위 하 게 발병과 다양 한 질병1의 진행에 연결 될 표시 되었습니다. 예를 들어, 낮은 신진 대사 활동 이전 알츠하이머병 같은 신경 퇴행 성 질환에 설명 했다, 나이 관련 된 메모리 장애2,3. 또한, 미토 콘 드 리아 기능 장애 원인이 노화 과정4,5에서 포함 되기 위하여 믿어진다. 다른 한편으로, 더 높은 미토 콘 드리 아 및 신진 대사 속도 암 세포6, 미토 콘 드 리아 억제제의 사용 tumorigenesis7을 감소 설명 했다.
신진 대사 활동에의 한 판독은 미토 콘 드리 아의 산소 소비 속도 (OCR)입니다. 흥미롭게도,이 유형의 판독은 주로 고립 된 미토 콘 드리 아에서 얻은 것 또는 셀, 따라서 문학에서 설명 된 것의 대부분은 주로 생리 적 상태를 유사 하지 않는 해독 기반. 그러나,이 기술의 몇 가지 단점이 있다. 첫째, 미토 콘 드 리아 격리 프로토콜의 무결성8, 이전 조직9젊은 대 에서 고립 된 미토 콘 드리 아를 비교할 때 관련 유물을 될 수 있는 손상 잠재적으로 수 있습니다. 또한, 격리 과정 오래 이며 미토 콘 드 리아 기능9,,1011조절 관련 단백질 posttranslational 수정의 손실이 발생할 수 있습니다. 또한, 그것은 고립 된 미토 콘 드리 아 일관 되 게 전체 조직 신진 대사 속도12,13대표 하지 않는다 표시 되었습니다. 이러한 세포 생물학적 복잡성으로 볼 수, ‘전체는 부분의 합 보다 더 큰’, 즉, 미토 콘 드리 아 격리 하는 때 그들의 신진 대사 속도 비해 복잡 한 셀 안에 다른 신진 대사 속도 표시할 수 있습니다.
세포는 고립 된 미토 콘 드리 아 보다 더 나은 OCR 판독을 제공할 수 있습니다, 전체 조직의 맥락에서 셀을 통신 손실 수 있습니다. 예를 들어, 두뇌에 있는 신경 세포의 대사 활동 높은 이웃 glial 세포14의 신진 대사 활동에 따라 달라 집니다. 따라서, 전체 조직 또는 전체 유기 체에 OCR을 조사 하기 위해 새로운 기술을 구축 발병과 다양 한 질환의 진행에 대 한 더 많은 통찰력 증명할 수 있습니다.
최근, 새로운 기술 이러한 문제를 해결 하 고 전체 조직, 세그먼트, 또는 살아있는 유기 체에서 OCR의 측정을 가능 하 게 나왔다. 예를 들어 최근 작품 respirometer15permeabilized 섬유 접근을 사용 하 여 딱정벌레 비행 근육에서 산소 측정을 보도 했다. 마이크로-respirometry에 대 한 새로운 기계 췌 장의 작은 섬16,17의 OCR의 측정을 허용 한다. 따라서,이 기술을 전체 웜18 와 얼룩말 물고기19에서 OCR의 측정을 통해 보고 되었습니다. 그러나, 소화 방 벽의 존재는 OCR 변경의 맥락에서 다양 한 약물 테스트에 대 한 도전을 포즈 수 있습니다. 흥미롭게도, 네빌과 동료에 의해 최근 보고서 잘 플레이트20,21단일 초파리 유 충 뇌를 측정 하기 위한 새로운 기법으로 나타났습니다.
이 연구에서 전체 생활 및 비-모바일 초파리22에서 모든 OCR의 측정을 사용 하는 비슷한 설정을 사용 했습니다. 이 기술은 또한 소화 시스템 장벽13,22를 통과 하지 않고 전체 세그먼트에서 신진 대사 활동에 다양 한 약물의 영향을 측정에 장점도 제공 합니다. 예, 그것은 이전을 직접 분사 lysine deacetylase 억제 물 (KDACi)의 약 믿고 향상 된 기억 형성23귀착되는 두뇌에 epigenetic 메커니즘을 변경 시연 했다. 그러나, 우리의 소설 기법을 사용해 서, 우리는 그 KDAC 억제 결과 OCR의 급속 한 증가 신경 활동에 자체적으로 기여 요인이 될 수 있습니다 발견 했다. 우리의 프로토콜 전체 머리의 맥락에서 OCR에 다양 한 약물, 유전자 조작, 또는 생리 적 상태 (질병, 노화)의 영향을 평가 하는 간단 하 고 새로운 방법을 제공 합니다.
우리의 새로운 기술은 노화에 신진 대사 변화 및 질병 전체 비행 머리 세그먼트22의 맥락에서 연구 하는 새로운 접근 방식을 제공 합니다. 메서드 또한 KDAC 나트륨 낙 산 염 산소 소비에 미치는 영향을 연구에 적합 수 있습니다. 우리는 바와 같이 리 deacetlyase 억제제 (HDACs/KDACs) OCR 변경 될. 기본적으로, 이러한 억제제의 목표는 (이 억제제 영향을 미치지 않습니다 클래스 III deacetylases는 Sirtuins) 미토 콘 드리 아에서 지역화 되지 일반적으로24, 같은 약물만 테스트할 수에 적어도 조직 수준. 실제로, 다양 한 약물 따라서 소화 시스템에 의해 가능한 처리/수정/비활성화를 우회, 뇌에 직접 주입 됩니다. 따라서, 우리의 기술 머리 세그먼트 어떻게 그런 약물 직접 영향으로 새로운 통찰력을 제공 합니다.
몇 가지 중요 한 단계가 있습니다. 첫째, 프로토콜에 명시 된 대로 좋습니다 손에 접시를 준비 두 쌍 접시 아래 한 시간을 준비. 우리의 경험에서 OCR 측정의 보안과 품질 적시에 준비 하는 때 더 있습니다. 너무 오래 복용 하면 안정적인 OCR의 짧은 기간 뿐만 아니라 낮은 OCR 소모 우물의 발생 증가 하고있다. 둘째, 품질 검사를 실시 하 고 다양 한 샘플 사이 실험 조건 (pH, 산소 수준) 비슷한 인지 확인이 중요 하다. 마지막으로, 중요 한 단계는 샘플을 분석 하는 올바른 알고리즘을 선택 하 고 있다. 우리는 바와 같이 기본 AKOS 알고리즘 높은13에서 산소를 소비 하는 샘플에서 오해 하 고 때로는 반대 계산 나왔고. 우리는 그러므로 산소 수준에 대 한 원시 데이터를 검사 하 고 비교 결과 OCR의 중요성을 강조.
현재,이 기술은 몇 가지 제한이 있습니다. 실내 온도에, 기계는 최대 31 ° C (이것은 최소한의 측정 온도 실내 온도에 기계는 하는 동안)가 열는 비행 머리25에 대 한 스트레스 상태를 나타내는 수 있습니다. 그러나 이것 25 ° C에서 측정 하면 콜드 룸에 기계를 배치 하 여 극복 될 수 있다 따라서 비행 머리에 가능한 열 스트레스 없이. 최근 보고서는 11 ° C에서, 25 ° C21에 파리의 OCR 녹음 수 있게 컴퓨터를 배치 설명 했다. 그럼에도 불구 하 고, 비행 머리 분리 실 온에서 수행 되어야 합니다. 또한, 온도 변동 제어 pH 변화에 도전 하 게 하 고 따라서 것이 좋습니다 비슷한 실험 설정을 사용 하 여 OCR에 생리 적 조건/약물의 영향을 테스트 하. 또한, 비-미토 콘 드 리아-독립 메커니즘에 의해 산소 소비량의 기여 아직 되지 않았습니다 설립된26. 비행 머리에 효율적인 다양 한 호흡 억제제를 사용 하 여 그것은 같은 미토 콘 드 리아 비 산소 소비 속도 설정 하는 것입니다.
그것은 주목할 만한 다양 한 포유류 외관 변경 에너지 대사에 의해 특징입니다. 그들 가운데는 Alzheimer의 질병 또는 대사 중 대사 감소를 특징으로하는 질병 rewiring 암 등. 흥미롭게도, Alzheimer의 질병과 암 치료27KDAC 억제제 사용 됩니다. 어떤 KDAC 여 억제제 치료 측면을 달성 하는 정확한 메커니즘 불분명 한 동안, 우리의 기술에서 데이터 같은 억제제 신진 대사를 조절 수 있습니다 새로운 개념을 지원 합니다.
요약 하자면,이 메서드는 귀중 한 비보에 요금 전체 산소 소비량을 측정 하 고 더 정확 하 게 고립 된 미토 콘 드리 아 프로토콜12간과 수 있습니다 일반 대사에 약물 효과 표시 합니다. 예를 들어 이전 기술, 보다는 오히려이 방법에서 얻은 결과 KDAC 치료 시 나이 관련 대사 경직성에 대 한 새로운 통찰력을 연루 있다. 추가 작업은 최적화 하는 데 필요한에 대 한 실험 조건 비행 머리, 우리의 기술과 적합 한 분석의 조합을 조직 전체 생활의 맥락에서 미토 콘 드리 아 활동의 추가 설명으로 이어질 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
우리는 안드레아스 Ladurner, 칼라 수와 광범위 한 실험적인 지원에 대 한 자신의 팀 감사합니다. 원고에 그녀의 의견에 감사 케이 틀린 Ondracek 하 고. 우리는이 기술의 초기 단계에서 우리를 돕고 소피아 Vikstrom 감사 하 고 싶습니다. 우리는 또한 그녀의 기술 도움 수 있습니다 Sanderhoff을 감사합니다. 파운드는 독일 연방 교육 및 연구 (Infrafrontier 그랜트 01KX1012)에 의해 자금이 다. SP는 AXA 연구 기금 박사 친교와 NSFC (보조금 번호 81870900)에 의해 투자 되었다. AVV는 QBM에 의해 자금이 다.
Glucose | Sigma-Aldrich | G8644 | D-(+)-Glucose solution 100 g/L in H2O, sterile-filtered |
XF assay Medium | Agilent | 103575-100 | Seahorse XF DMEM Medium, pH 7.4 |
Sodium butyrate | Merck | 817500 | Dissolved in XF assay buffer |
Seahorse XF24/e24 analyzer | Agilent | ||
XF24/e24 Extracellular Assay Kit | Agilent | 100850-001 | Cartridge |
XF24/e24 Islet Capture Microplates | Agilent | 101122-100 | Plate |
Seahorse Capture Screen Insert Tool | Agilent | 101135-10 | Insertor |
Petri dish | Sarstedt | 821,472 | Petri dish 92 x 16 mm |