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Articolo metodologico

Misurazione del consumo dell'ossigeno mitocondriale del fegato e cinetica di perdita del protone per stimare la respirazione mitocondriale nei bovini da latte Holstein

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DOI:

10.3791/58387

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30 novembre 2018

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In questo articolo

Sommario

Qui, si condividono i metodi di misurazione del consumo di ossigeno mitocondriale, un concetto di definizione di energetica nutrizionale e perdita di protone, la causa primaria di inefficienza nella generazione mitocondriale di ATP. Questi risultati possono rappresentare 30% di energia perdita nell'utilizzazione dei nutrienti per aiutare a valutare la funzione mitocondriale.

Abstract

Consumo di ossigeno, (PMF) della forza motrice protonica e perdita del protone sono misurazioni di respirazione mitocondriale, o quanto bene i mitocondri sono in grado di convertire NADH e FADH in ATP. Poiché i mitocondri sono anche il luogo primario per l'uso di ossigeno e nutrienti ossidazione ad anidride carbonica e acqua, quanto efficientemente usano ossigeno e produrre ATP direttamente riguarda l'efficienza del metabolismo dei nutrienti, esigenze nutrizionali dell'animale, e salute dell'animale. Lo scopo di questo metodo è quello di esaminare la respirazione mitocondriale, che può essere utilizzata per esaminare gli effetti di diversi farmaci, le diete e gli effetti ambientali sul metabolismo mitocondriale. I risultati includono consumo di ossigeno misurato come respirazione dipendente protone (stato 3) e protone perdita dipendente respirazione (stato 4). Il rapporto della respirazione 4 3 / stato stato è definito come rapporto di controllo respiratorio (RCR) e può rappresentare l'efficienza energetica mitocondriale. Perdita di mitocondriale del protone è un processo che permette la dissipazione del potenziale di membrana mitocondriale (MMP) da disgiungere fosforilazione ossidativa da ADP diminuendo l'efficienza della sintesi di ATP. Ossigeno e TRMP + elettrodi sensibili con substrati mitocondriali e inibitori della catena di trasporto degli elettroni sono utilizzati per misurare State 3 e 4 di stato respirazione, membrana mitocondriale PMF (o il potenziale di produrre l'ATP) e perdita del protone. Limitazioni a questo metodo sono che il tessuto del fegato deve essere più fresco possibile e tutte le biopsie e le analisi devono essere eseguite in meno di 10 ore. Questo limita il numero di campioni che possono essere raccolti ed elaborati da una sola persona in un giorno per circa 5. Tuttavia, è necessario solo 1 g di tessuto del fegato, quindi in grandi animali, come bovini da latte, la quantità di campione necessaria è piccola rispetto alle dimensioni del fegato e c'è poco tempo di recupero necessario.

Introduzione

I mitocondri sono molto sensibili allo stress e loro ambiente cellulare può contribuire a una vasta gamma di malattie metaboliche. Consumo di ossigeno e perdita di protoni in mitocondri sono indicatori della salute di mitocondri. I metodi descritti in questa efficienza energetica mitocondriale di carta stima utilizzando RCR basano sul consumo di ossigeno con e senza perdita di protoni. Questi risultati possono rappresentare 30% dell'energia perdita in utilizzazione nutriente1. Cambiamenti nella perdita del protone e consumo di ossigeno possono identificare la disfunzione mitocondriale che contribuisce alla malattia metabolica e si traduce in un....

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Protocollo

Tutti i metodi, protocollo e studi descritti qui sono stati approvati dal istituzionale Animal Care e uso Committee (IACUC) della University of California, Davis.

1. ottenere una biopsia del fegato da una mucca da latte dell'Holstein

Nota: Una biopsia del fegato deve essere eseguita da un veterinario autorizzato. Le biopsie del fegato possono essere eseguite sul sito latteria dove si trovano le mucche. Vacche da latte in lattazione possono continuare a essere munte normalmente e latte non deve necessariamente essere ritirata dall'approvvigionamento di cibo, prima o dopo la procedura. È consigliabile che almeno 4 pe....

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Risultati

Risultati positivi risultati RCR e protone perdita cinetica sono mostrati in tabella 1 e Figura 15, rispettivamente. In questo studio7, RCR e proteina perdita cinetica sono stati misurati in vacche Holstein a 70 giorni nel latte dopo le mucche erano state alimentate 1 di 5 diversi livelli di Cu, Zn e Mn per 28 giorni. Stato 4, respirazione di protone massima perdita-dipendente, aveva la tendenza a essere influenzato da.......

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Discussione

Il punto più critico nel protocollo è ottenere un campione rappresentativo del tessuto del fegato e cominciando l'isolamento dei mitocondri più presto possibile dopo la biopsia. Variazione nelle misurazioni di respirazione è bassa (tabella 1) a causa di un tempo breve trasporto dalla mucca al laboratorio. Per ridurre i tempi di trasporto, un piccolo laboratorio è stato istituito presso l'ufficio del caseificio, e campioni di fegato sono stati guidati al laboratorio ufficio come ciascuno è stato raccolto .......

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Ringraziamenti

Questa ricerca è stata sostenuta dai fondi Alltech e USDA Hatch attraverso il centro per la salute di cibo animale presso UC Davis School of Veterinary Medicine.

....

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Biopsia epatica
Equipment
Schackelford-Courtney strumento per biopsia epatica bovinaSontec Instruments Englewood CO1103-904
SuturaFisher Scientific19-037-516
Aghi da suturaNANAInclusi con bisturi da sutura
Sigma - AldrichS2896 / S2646# per manico e lame
Asciugamani chirurgiciFisher Scientific50-129-6667
Provette Falcon 50 mLFisher Scientific14-432-22
PinzetteSigma - AldrichZ168750
siringhe da 50 mLFisher Scientific22-314387
Aghi per iniezione (22, 2 1/2)VWRMJ8881-200342
cavezza per muccheTractor Supply Co.
Cotton SwabbingFisher Scientific14-959-102
quadrati di garza di cotone (4x4)Fisher Scientific22-246069
Forbici medicheSigma - AldrichZ265969
Chemicals
Coccidiosis Vaccine 0.75 bottiglia/muccaFornito da Veterinario
contro i clostridiFornito dal veterinario
Biopsia epatica antibiotici eccenel 2 cc/100 libbre per 3 giorniFornito dal veterinario
Providone ScrubAspen Risorse veterinarie21260221
Etanolo 70%Sigma - Aldrich793213
Xilazina cloridrato 100 mg/mL EV a 0,010-0,015 mg/kg pesoFornito dal veterinario
2% lidocaina HCl (10-15 ml)Fornito dal veterinario
1 mg/kg di iniezione endovenosa di flunixina megluminaFornito dal veterinario
Isolamento dei mitocondri (fegato)<
strong>Equipment
Fiala di Wheaton da 30 mL con pestello in teflon con spazio di 0,16 mmFisher Scientific02-911-527
Omogeneizzatore MotoreCole ParmerEW-04369-10
Omogeneizzatore SondaCole ParmerEW-04468-22
Pipetta automatica (10 mL)Cole ParmerSK-21600-74
Becher (500 mL) con ghiaccioFisher ScientificFB100600
Microfuge refrigeratoFisher Scientific75-002-441EW3
Provette per microfuge (1,5 mL)Fisher ScientificAM12400
Chemicals
Kit per il dosaggio delle proteine dell'acido bicinchoninico (BCA) (micropiastre per lettore di piastre)abcamab102536
SaccarosioSigma - AldrichS7903-1KG
Tris-HClSigma - AldrichT1503-1KG
EDTASigma - AldrichEDS-1KG
BSA (senza acidi grassi)Sigma - AldrichA7030-50G
MannitoloSigma - AldrichM4125-1KG
Acqua deionizzataSigma - Aldrich38796
HepesSigma - AldrichH3375-500G
Utilizzare per creare terreni di isolamento dei mitocondri: 220 mM di mannitolo, 70 mM di saccarosio, 20 mM di HEPES, 20 mM di Tris-HCl, 1 mM di EDTA e 0,1% (p/v) di BSA privo di acidi grassi, pH 7,4 a 4 gradi; C, durerà 2 giorni in frigorifero
Consumo di ossigeno mitocondriale
Attrezzatura
Oxygraph Setup + Elettrodo di ossigeno tipo ClarkHansatech (PP Systems)OXY1
ADInstrumentsMLE2001
Elettrodo di ossigeno tipo ClarkNA
NA Autopipetta (1 mL)Cole ParmerSK-21600-70Incluso con Oxy1
Piccola ancoretta magnetica FisherScientific14-513-95
Micropipetta (10 μ L)Cole ParmerSK-21600-60
pHmetroVWR
Chemicals
KClSigma - AldrichP9333-1KG
HepesSigma - AldrichH3375-500G
KH2PO4Sigma - AldrichP5655-1KG
MgCl2Sigma - AldrichM1028-100ML
EGTASigma - AldrichE3889-100G
Utilizzare per produrre terreni di consumo di ossigeno mitocondriale: 120 mM KCL, 5 mM KH2PO4, 5 mM MgCl2, 5 mM Hepes e 1 mM EGTA,  pH 7,4 a 30 gradi; C con 0,3% sgrassato BSA
Rotenone (soluzione da 4 mM)Sigma - AldrichR8875-5G
Succinato (soluzione da 1 M)Sigma - AldrichS3674-250G
ADP (soluzione da 100 mM)Sigma - AldrichA5285-1G
Oligomicina (soluzione da 8 μ g/mL in etanolo)Sigma - Aldrich75351
FCCPSigma - AldrichC2920
Potenziale di membrana mitocondriale e forza motrice del protone
Equipment
TPMP elettrodoWorld Precision Instruments.DRIREF-2
non devono essere fresche, ma devono essere conservate in congelatore tra una tiratura e l'altra
Malonato (soluzione 0,1 mM)Sigma - AldrichM1296
Oligomicina (8 μ g/mL in etanolo), conservare in congelatoreSigma - Aldrich75351
Nigericin (80 ng/mL in etanolo), conservare in congelatoreSigma - AldrichN7143
FCCPSigma - AldrichC3920
TPMPSigma - AldrichT200
TPMP soluzione: 10 mM TPMP, 120 mM KCL, 5 mM Hepes e 1 mM EGTA,  pH 7,4 a 30 gradi; C con BSA
101966599Vaccino corporeo Pompa dell'acqua termoregolata Le soluzioni chimiche sgrassato allo 0,3%

Riferimenti

  1. Brand, M. D., Divakaruni, A. S. The regulation and physiology of mitochondrial proton leak. Physiology. 26, 192-205 (2011).
  2. Stephenson, E. J., Hawley, J. A. Mitochondrial function in metabolic health: A genetic and environmental tug of war. Biochimica ....

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Ristampe e permessi

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