تفعيل الالتهام الذاتي هو مفيد في الوقاية من عدد من الأمراض. واحدة من الطرق الفسيولوجية للحث على الالتهام الذاتي في الجسم الحي هو ممارسة الرياضة البدنية. نحن هنا تظهر كيفية تفعيل الالتهام الذاتي عن طريق التمارين الرياضية وقياس مستويات الالتهام الذاتي في الفئران.
Autophagy is a lysosomal degradation pathway essential for cell homeostasis, function and differentiation. Under stress conditions, autophagy is induced and targets various cargos, such as bulk cytosol, damaged organelles and misfolded proteins, for degradation in lysosomes. Resulting nutrient molecules are recycled back to the cytosol for new protein synthesis and ATP production. Upregulation of autophagy has beneficial effects against the pathogenesis of many diseases, and pharmacological and physiological strategies to activate autophagy have been reported. Aerobic exercise is recently identified as an efficient autophagy inducer in multiple organs in mice, including muscle, liver, heart and brain. Here we show procedures to induce autophagy in vivo by either forced treadmill exercise or voluntary wheel running. We also demonstrate microscopic and biochemical methods to quantitatively analyze autophagy levels in mouse tissues, using the marker proteins LC3 and p62 that are transported to and degraded in lysosomes along with autophagosomes.
الالتهام الذاتي هو مسار تدهور الحفاظ تطويريا، والذي يتسبب في استجابة لمختلف ظروف الإجهاد مثل الجوع ونقص الأكسجة 1 و 2. خلال الالتهام الذاتي، حويصلات المزدوج غشاء، ودعا autophagosomes، دمج المكونات التحت خلوية غير الضرورية أو التالفة ونقلها إلى الجسيمات الحالة لتدهور 3. الالتهام الذاتي القاعدية أمر ضروري من أجل وظيفة الخلوية وتطوير الحي، وضعف الالتهام الذاتي القاعدية هو متورط في العديد من الاضطرابات، بما في ذلك تنكس عصبي، تكون الأورام والسكري من النوع 2 4، 5، 6.
والالتهام الذاتي محفز الفسيولوجية المعروفة هو الجوع. ومع ذلك، فقد اثنين من القيود الرئيسية. أولا، يأخذ الجوع لفترة طويلة للحث على الالتهام الذاتي بشكل فعال في الحيوانات، على سبيل المثال، 48 ساعة من تقييد الغذاء في الفئرانفي معظم الأجهزة. ثانيا، المجاعة بالكاد يدفع الالتهام الذاتي الدماغ، نظرا لتوريد المواد الغذائية مستقرة نسبيا في الدماغ. في الواقع، فإنه من الصعب أيضا للكشف عن الالتهام الذاتي تحريض من قبل محرضات جزيء صغير، والعديد من الأدوية لا يمكن ان تمر حاجز الدم في الدماغ. وبالتالي، لتحليل أفضل وظيفة تفعيل الالتهام الذاتي في التسبب بالمرض، اكتشفنا مؤخرا أن ممارسة هي طريقة الفسيولوجية أكثر قوة للحث على الالتهام الذاتي في فترة قصيرة من الزمن 7، 8، 9. مقارنة مع الجوع، والناجم عن الالتهام الذاتي على نحو فعال عن طريق تشغيل حلقة مفرغة بأسرع 30 دقيقة. وهكذا، وممارسة هو نهج الفسيولوجية مريحة وقوية لدراسة آلية الالتهام الذاتي في التوسط الفوائد الصحية والوقاية من الأمراض.
هناك العديد من علامات البروتين للكشف عن النشاط الالتهام الذاتي، بما في ذلك LC3 وP62. LC3 (المرتبطة أنيبيب البروتين 1A / 1B-الخفيفة جهين 3) هو بروتين عصاري خلوي (LC3-I تشكيل) الذي يضاف إلى PE (فسفاتيديل إيثانولامين) على تحريض الالتهام الذاتي. وجندت LC3 lipidated PE (شكل LC3-II) على الأغشية autophagosomal، ويمكن استخدامها لتصور autophagosomes عندما المسمى مع GFP. النبات في الفترة من العصارة الخلوية إلى منقط هياكل autophagosomes تحت المجهر وهذا مؤشر على تحريض الالتهام الذاتي. P62 هو مستقبلات البضائع لركائز الالتهام الذاتي (مثل البروتينات ubiquitination)، وأدرج في autophagosomes كذلك. منذ تتحلل البروتين في الجسيمات الحالة جنبا إلى جنب مع autophagosomes، مستوياته يمكن استخدامها لقياس تدفق الالتهام الذاتي. نحن هنا تظهر كيفية استخدام هذه العلامات لتحديد الالتهام الذاتي في أنسجة مختلفة الماوس الناجم عن التمارين الرياضية، بما في ذلك ممارسة القسري (مفرغة) وممارسة طوعية (تشغيل العجلات). ويمكن أيضا أن تطبق نفس الإجراءات لفي الجسم الحي قياس الالتهام الذاتي بعد العلاج من محرضات أخرى.
الالتهام الذاتي هو عملية الهدم التي توفر الطاقة ويقلل من السمية الخلوية بسبب تدهور الليزوزومية من مكونات السيتوبلازم أو العضيات التالفة. دراسة الالتهام الذاتي مهم لفهم تنظيم التوازن الخلوي وآليات الاستجابة للضغط النفسي. النماذج والمنهجيات الجديدة والناشئة في مجا?…
The authors have nothing to disclose.
We thank the Northwestern University Mouse Histology and Phenotyping Laboratoryfor technical support and assistance, and Noboru Mizushima (University of Tokyo) for providing GFP-LC3 transgenic mice. A. R. and C. H. were supported by the startup funds from Northwestern University and the grant from National Institutes of Health (DK094980).
Treadmill | Columbus Instruments | 150-RM Exer 3/6 | |
Mouse running wheel | Super Pet | 100079365 | diameter 11.4 cm |
Odometer | Bell | DASHBOARD 100 | |
Syringe pump | KD Scientific | KDS100 | |
Fluorescence microscope | Nikon | Model: inverted microscope ECLIPSE | |
Cryostat | Leica | CM 1850UV | |
Homogenizer | IKA | 003737001 / Model: T10 Basic S1 | |
Chloroquine | CAYMAN CHEMICAL COMPANY | 14194 | |
Parafolmaldehye | SIGMA-ALDRICH | P6148 | Personal protection equipment required. This product may release formaldehyde gas, a chemical known to cause cancer |
Mounting media | Vector Laboratories | H-1200 | |
p62 antibody | BD Biosciences | 610833 | |
LC3 antibody | Novus Biologicals | NB100-2220 | |
2X Laemmli Sample Buffer | Bio-Rad Laboratories | 161-0737 | |
ImageJ | NIH |