Isolamento de mitocôndrias de quantidades mínimas de Rato Músculo Esquelético para medições High Throughput Microplate respiratórias

Summary

Here, we present a modification of a previously reported method that allows for the isolation of high quality and purified mitochondria from smaller quantities of mouse skeletal muscle. This procedure results in highly coupled mitochondria that respire with high function during microplate based respirometirc assays.

Abstract

Disfuncionais mitocôndrias do músculo esquelético desempenha um papel no metabolismo alterado observado com o envelhecimento, obesidade e diabetes tipo II. Ensaios respirométricos mitocondriais isoladas a partir de preparações mitocondriais permitir a avaliação da função mitocondrial, bem como a determinação do mecanismo (s) de acção de drogas e proteínas que modulam o metabolismo. Procedimentos de isolamento atuais requerem muitas vezes grandes quantidades de tecido para produzir mitocôndrias de alta qualidade necessários para ensaios respirométricos. Os métodos aqui apresentados descrevem como de alta qualidade mitocôndrias purificadas (~ 450 mg) pode ser isolado a partir de quantidades mínimas (~ 75-100 mg) de rato músculo esquelético para utilização em medições respiratórias alto rendimento. Nós determinamos que nosso método de isolamento produz 92,5 ± 2,0% mitocôndrias intacto medindo atividade da citrato sintase espectrofotometria. Além disso, a análise de Western blot em mitocôndrias isoladas resultou na expressão fraca da cytosoproteína lic, GAPDH, e a expressão robusta da proteína mitocondrial, COXIV. A ausência de uma banda proeminente GAPDH nas mitocôndrias isoladas é indicativo de pouca contaminação a partir de fontes não-mitocondriais durante o procedimento de isolamento. Mais importante ainda, a medição da taxa de consumo de _O2 com a tecnologia de micro-placa de base e a determinação do índice de controlo respiratório (RCR) para ensaios respirométricos acoplados mostra altamente acopladas (RCR;> 6 para todos os ensaios) e mitocôndrias funcionais. Em conclusão, a adição de um passo de picagem separado e reduzindo significativamente accionada por motor de velocidade de homogeneização de um método previamente relatado que permitiu o isolamento de alta qualidade e de mitocôndrias purificadas a partir de pequenas quantidades de rato músculo esquelético que resulta em mitocôndrias altamente acopladas que respiram com elevada função durante microplacas ensaios respirometirc.

Introduction

The primary function of mitochondria is to produce ATP from oxidative phosphorylation. However, mitochondria have many other important cellular functions including but not limited to: the production and detoxification of reactive oxygen species, the regulation of cytoplasmic and mitochondrial calcium, organelle trafficking, ionic homeostasis, and involvement in apoptosis^1,2. Therefore, it is not surprising that dysfunctional mitochondria play a role in many disease pathologies, such as aging, neurodegenerative diseases, cardiovascular disease, cancer, obesity, and diabetes^3,4. Importantly, skeletal muscle mitochondria specifically are involved in many of these pathologies^3-5.

Mitochondrial respiration assays using isolated mitochondria allow for the assessment of electron transport chain and oxidative phosphorylation function, and the determination of mechanism(s) of action of drugs and proteins that modulate metabolism. Mitochondrial isolation procedures exist for multiple tissue and cell types for a variety of species^6,7. However, these procedures often require large quantities of tissue/cells for a high quality mitochondria yield necessary for classic respirometric assays.

Microplate based respirometirc assays allow for high throughput measurements using minimal quantities of isolated mitochondria, often just several µg per well⁸. Therefore, we present a modification of previously published methods⁷ to allow for high quality mitochondria to be isolated from smaller quantities of mouse skeletal muscle for use in microplate based respirometirc assays. In addition, methods are provided to establish the quality of the mitochondrial isolation preparation and the integrity of the mitochondrial membranes. Given that skeletal muscle mitochondria are involved in many pathological conditions, the measurement of O₂ consumption in mechanistically driven studies is becoming more prevalent in biomedical research^9,10.

Protocol

Os estudos em animais foram realizados sob um protocolo aprovado pelo Institutional Animal Care e usar Comité na Virginia Polytechnic Institute e State University. 1. Instalação (Time: ~ 45 min) Lojas de congelados descongelamento de tripsina a 0,25%, tampão de isolamento para mitocôndrias (IBM) 1 e IBM2 em um banho de água a 37 ° C. Enxágüe copos e instrumentos de dissecação em etanol a 70%, seguido por água de alta pureza. Preparar a solução de …

Representative Results

Atividade da citrato sintase serve como uma medida para a integridade da membrana, uma vez sintase de citrato é localizado na membrana mitocondrial interna, e, portanto, não devem estar presentes nas suspensões de mitocôndrias com membranas intactas. A Figura 1 representa a actividade da sintase de citrato em amostras não sonicada mitocondriais em comparação com sonicada amostras do mesmo isolamento. Sonicando os resultados mitocôndria em um aumento estatisticamente significativo na atividade da…

Discussion

Os métodos aqui apresentados proporcionam uma descrição detalhada de um procedimento de isolamento de quantidades mínimas mitocondrial (~ 75-100 mg) de rato músculo esquelético. Este procedimento de isolamento é capaz de produzir alto funcionamento, as mitocôndrias puro (~ 450 mg) como evidenciado pela _O2 taxas de consumo, valores RCR, atividade da citrato sintase máxima e expressão de proteína de immunoblotting. Importante, as mitocôndrias isoladas a partir deste processo pode ser usado para múl…

Materials

Essentially Fatty	Sigma Aldrich	A6003	N/A
Acid Free- BSA
Tris/HCl	Promega	H5123	N/A
KCL	Sigma Aldrich	P9541	N/A
Tris Base	Promega	H5135	N/A
EDTA	Sigma Aldrich	E6511	N/A
EGTA	Sigma Aldrich	E4378	N/A
Sucrose	Sigma Aldrich	S7903	N/A
D-Mannitol	Sigma Aldrich	63559	N/A
Trypsin-EDTA (0.25%), phenol red	Thermo Scientific	25200-056	N/A
Sodium Chloride White Crystals or Crystalline Powder ≥99.0 %	Fisher Scientific	BP3581	N/A
Sodium dodecyl sulfate	Sigma Aldrich	L3771	N/A
Sodium deoxycholate	Sigma Aldrich	D6750	N/A
Polyoxyethylene (12) nonylphenyl ether, branched	Sigma Aldrich	238651	N/A
Single Edge Razor Blades	Fisher Scientific	12-640	N/A
Falcon- 100 uM Nylon Cell Strainers	Fisher Scientific	352360	N/A
Halt Protease & Phosphatse Inhibitor Cocktail	Thermo Scientific	1861284	N/A
1.5mL microcentrifuge tubes with screw cap	Thermo Scientific	3474	N/A
Zirconium Oxide beads	Fisher Scientific	C9012112	N/A
GAPDH antibody (1D4)	Santa Cruz Biotechnology	sc-59540	N/A
Anti- COXIV antibody	Cell Signaling	4844s	Any mitochondrial inner membrane protein will suffice
Peroxidase conjugated affinipure Donkey, Anti Rabbit IgG (H+L)	Jackson ImmunoResearh	711-035-152	N/A
Peroxidase conjugated affinipure Goat, Anti Mouse IgG (H+L)	Jackson ImmunoResearh	115-001-003	N/A
Triton-X100	Sigma Aldrich	X100	N/A
Pierce BCA Protein Assay Kit	Thermo Scientific	23225	N/A
Pyruvic Acid, 98%	Sigma Aldrich	107360	Store at 4°C,pH to 7.4 with KOH prior to use in respirometric assay
Succinic Acid	Sigma Aldrich	S9512	Store at room temperature, pH to 7.4 with KOH prior to use in respirometric assay
L(-) Malic Acid, BioXtra, ≥95%	Sigma Aldrich	M6413	Store at room temperature, to 7.4 with KOH prior to use in respirometric assay
L-Glutamic acid	Sigma Aldrich	G1251	Store at room temperature, to 7.4 with KOH prior to use in respirometric assay, to 7.4 with KOH prior to use in respirometric assay
Palmitoyl L-carnitine chloride	Sigma Aldrich	P1645	Store at -20°C
Oligomycin A, ≥ 95% (HPLC)	Sigma Aldrich	75351	Store at -20°C
Carbonyl cyanide 4-(trifluoromethoxy)	Sigma Aldrich	C2920	Store at 2-8°C
phenylhydrazone
≥98% (TLC), powder [FCCP]
Antimycin A from streptomyces sp.	Sigma Aldrich	A8674	Store at -20°C
Adenosine 5′-diphosphate monopotassium salt dehydrate [ADP]	Sigma Aldrich	A5285	Store at -20°C, to 7.4 with KOH prior to use in respirometric assay
Rotenone	Sigma Aldrich	R8875	Store at room temperature