Summary

Yüksek Verimli Mikroplate Solunum Ölçümler için Fare İskelet Kası Minimal Miktarları gelen Mitokondri İzolasyonu

Published: November 13, 2015
doi:

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

Fonksiyonel iskelet kası mitokondri yaşlanma, obezite ve Tip II diyabeti olan gözlenen değiştirilmiş metabolizmasında rol oynar. İzole mitokondriyal müstahzarlardan mitokondriyal respirometrik deneyler, ilaç ve metabolizmasını modüle eden proteinlerin hareket mekanizması (ler) in mitokondriyal fonksiyonun değerlendirilmesi, hem de belirlenmesi için izin verir. Güncel izolasyon prosedürleri genellikle Respirometrik deneyleri için gerekli yüksek kaliteli mitokondri verim dokusunun büyük miktarlarda gerektirir. Bu tarifnamede sunulan yöntemler (~ 450 ug), yüksek verimli, solunum ölçümlerde kullanmak için, fare, iskelet kası, minimum miktarlarda (~ 75-100 mg) izole edilebilir ne kadar kaliteli saflaştırılmıştır mitokondri tarif eder. Bizim izolasyon yöntemi spektrofotometrik sitrat sentaz aktivitesini ölçerek 92.5 ± 2.0% bozulmamış mitokondri verimleri belirlenmiştir. Buna ek olarak, izole edilmiş bir mitokondride Western blot analizi, cytoso soluk ekspresyonu ile sonuçlandılic proteini, GAPDH ve mitokondriyal protein, COXIV sağlam ifadesi. İzole mitokondri belirgin bir GAPDH bantın yokluğu, izolasyon prosedürü sırasında olmayan mitokondriyal kaynaklardan çok az kirlenme göstergesidir. En önemlisi, O 2 tüketimi mikro plakalı tabanlı teknoloji ile hızı ve yüksek birleştiğinde gösterir akuple Respirometrik deneyleri için solunum kontrolü oranı (RCR) belirlenmesi ölçümü (RCR, tüm tahliller için> 6) ve fonksiyonel mitokondri. Sonuç olarak, ayrı bir kıyma adım eklenmesi ve önemli ölçüde daha önce bildirilen yöntemin motor tahrikli homojenleştirme hızını azaltarak yüksek fonksiyonlu teneffüs yüksek bağlanmış mitokondri sonuçlanır fare iskelet kası küçük miktarlarda yüksek kalitede ve saflaştırılmış mitokondri izolasyonunu sağladı mikro-bazlı respirometirc deneyleri sırasında.

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 apoptosis1,2. 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 diabetes3,4. Importantly, skeletal muscle mitochondria specifically are involved in many of these pathologies3-5.

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 species6,7. 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 research9,10.

Protocol

Hayvan çalışmaları Kurumsal Hayvan Bakım tarafından onaylanmış bir protokol çerçevesinde gerçekleştirilen ve Virginia Politeknik Enstitüsü ve Eyalet Üniversitesi'nde Committee bulundu. 1. Kurulum (Saat: ~ 45 dk) 37 ° C su banyosunda Mitokondri (IBM) 1 ve IBM2 için% 0.25 tripsin, İzolasyon Tampon çözülme dondurulmuş saklar. Cam ve yüksek saflıkta su ile,% 70 etanol içinde kesme durulayınız. 4 bölümden IBM1 1 kısım tripsin seyre…

Representative Results

Sitrat sintaz aktivitesi sitrat sentez intakt membranlı mitokondri süspansiyonlar içinde mevcut olmamalıdır böylece iç mitokondriyal zarın içinde bulunan ve bu yana membran bütünlüğü için bir ölçüt olarak hizmet vermektedir. 1 sonike ile karşılaştırıldığında sigara sonike mitokondriyal örnekleri sitrat sentaz aktivitesini temsil etmektedir Şekil Aynı izolasyondan örnekler. Sitrat sintaz aktivitesi istatistiksel olarak önemli bir artış mitokondri sonuçla…

Discussion

Burada sunulan yöntemler fare iskelet kası minimal miktarlarda (~ 75-100 mg) bir mitokondriyal izolasyon prosedürü ayrıntılı bir açıklamasını sağlar. Bu izolasyon prosedürü O 2 tüketimi oranları, RCR değerleri, maksimal sitrat sentaz aktivitesi ve immunoblotting protein ifadesi ile kanıtlandığı gibi yüksek işleyişi, saf mitokondri (~ 450 mikrogram) elde edebiliyor. Önemli olarak, bu prosedür izole mitokondri, yüksek verimlilik sağlayan mikroplaka göre O2 tüketimi tekno…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The Fralin Life Science Research Institute and The Metabolic Phenotyping Core at Virginia Tech supported this work.

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

Riferimenti

  1. Brand, M., Nicholls, D. Assessing mitochondrial dysfunction in cells. Biochem. J. 435, 297-312 (2011).
  2. Nicholls, D. G., Ferguson, S. . Bioenergetics. , (2013).
  3. Nunnari, J., Suomalainen, A. Mitochondria: in sickness and in health. Cell. 148, 1145-1159 (2012).
  4. Lauri, A., Pompilio, G., Capogrossi, M. C. The mitochondrial genome in aging and senescence. Ageing Res. Rev. 18, 1-15 (2014).
  5. Dube, J. J., et al. Effects of acute lipid overload on skeletal muscle insulin resistance, metabolic flexibility, and mitochondrial performance. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 12, 1117-1124 (2014).
  6. Fernandez-Vizarra, E., Lopez-Perez, M. J., Enriquez, J. A. Isolation of biogenetically competent mitochondria from mammalian tissues and cultured cells. Methods (San Diego, Calif). 26, 292-297 (2002).
  7. Frezza, C., Cipolat, S., Scorrano, L. Organelle isolation: functional mitochondria from mouse liver, muscle and cultured fibroblasts. Nat. Protoc. 2, 287-295 (2007).
  8. Rogers, G. W., et al. High throughput microplate respiratory measurements using minimal quantities of isolated mitochondria. PloS one. 6, e21746 (2011).
  9. Guarino, R. D., et al. Method for determining oxygen consumption rates of static cultures from microplate measurements of pericellular dissolved oxygen concentration. Biotechnol. and Bioeng. 86, 775-787 (2004).
  10. Will, Y., Hynes, J., Ogurtsov, V. I., Papkovsky, D. B. Analysis of mitochondrial function using phosphorescent oxygen-sensitive probes. Nat. Protoc. 1, 2563-2572 (2007).
  11. Hulver, M. W., et al. Elevated stearoyl-CoA desaturase-1 expression in skeletal muscle contributes to abnormal fatty acid partitioning in obese humans. Cell Metab. 2, 251-261 (2005).
  12. Frisard, M. I., et al. Toll-like receptor 4 modulates skeletal muscle substrate metabolism. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 298, e988-e998 (2010).
  13. Chance, B., Williams, G. R. The respiratory chain and oxidative phosphorylation. Adv. Enzymol. Relat. Subjects of Biochem. 17, 65-134 (1956).
  14. Garcia-Cazarin, M. L., Snider, N. N., Andrade, F. H. Mitochondrial isolation from skeletal muscle. JoVE. , (2011).
  15. Gross, V. S., et al. Isolation of functional mitochondria from rat kidney and skeletal muscle without manual homogenization. Anal. Biochem. 418, 213-223 (2011).
  16. Krieger, D. A., Tate, C. A., McMillin-Wood, J., Booth, F. W. Populations of rat skeletal muscle mitochondria after exercise and immobilization. J. Appl. Physiol.: Respir., Envir. and Ex. Physiol. 48, 23-28 (1980).
  17. Asmann, Y. W., et al. Skeletal muscle mitochondrial functions, mitochondrial DNA copy numbers, and gene transcript profiles in type 2 diabetic and nondiabetic subjects at equal levels of low or high insulin and euglycemia. Diabetes. 55, 3309-3319 (2006).
  18. Lanza, I. R., Nair, K. S. Functional assessment of isolated mitochondria in vitro. Methods Enzymol. 457, 349-372 (2009).
check_url/it/53217?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Boutagy, N. E., Pyne, E., Rogers, G. W., Ali, M., Hulver, M. W., Frisard, M. I. Isolation of Mitochondria from Minimal Quantities of Mouse Skeletal Muscle for High Throughput Microplate Respiratory Measurements. J. Vis. Exp. (105), e53217, doi:10.3791/53217 (2015).

View Video