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Artigo de método

Avaliação da oxidação do substrato de energia in vitro com 14armadilhas de CO2

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DOI:

10.3791/63568

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23 de março de 2022

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Neste artigo

Resumo

Este protocolo descreve um método fácil de usar para examinar a oxidação do substrato rastreando a produção de 14CO2 in vitro.

Resumo

Mitocôndrias hospedam o maquinário para o ciclo de ácido tricarboxílico (TCA) e cadeia de transporte de elétrons (ETC), que geram triptosfato de adenosina (ATP) para manter a homeostase energética. Glicose, ácidos graxos e aminoácidos são os principais substratos de energia que alimentam a respiração mitocondrial na maioria das células somáticas. Evidências mostram que diferentes tipos de células podem ter uma preferência distinta por certos substratos. No entanto, a utilização do substrato por várias células no esqueleto não foi estudada em detalhes. Além disso, como o metabolismo celular está sintonizado com alterações fisiológicas e fisiodicos, avaliações diretas da dependência de substratos em células esqueléticas podem fornecer insights importantes sobre a patogênese das doenças ósseas.

O protocolo a seguir baseia-se no princípio da liberação de dióxido de carbono de moléculas de substrato após a fosforilação oxidativa. Ao usar substratos contendo átomos de carbono radioativos rotulados (14C), o método fornece um ensaio sensível e fácil de usar para a taxa de oxidação de substrato na cultura celular. Um estudo de caso com preosteoblasts primários do calvário versus macrófagos derivados da medula óssea (MMC) demonstra diferente utilização dos principais substratos entre os dois tipos de células.

Introdução

A fosforilação oxidativa (OXPHOS) em eucariotes é o processo pelo qual os nutrientes são divididos dentro das mitocôndrias para liberar energia química na forma de ATP através do consumo de oxigênio.  O catabolismo de vários substratos dentro das mitocôndrias através do ciclo do ácido tricarboxílico (TCA) gera poucas moléculas de ATP diretamente, mas armazena energia através da redução dos portadores de nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+) e dinucleotídeo de adenina flavin (FAD+). Os portadores reduzidos são então oxidados por ETC localizados na membrana interna das mitocôndrias para gerar um gradiente de concentração de prótons através da m....

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Protocolo

O uso de materiais radioativos (RAM) requer aprovação prévia por um comitê de segurança designado em cada instituição. Os RAMs usados neste protocolo foram aprovados pela Environmental Health & Radiation Safety (EHRS) na Universidade da Pensilvânia. O uso de animais requer aprovação prévia do Comitê Institucional de Atenção e Uso de Animais (IACUC) na instituição de origem. O estudo seguinte foi aprovado pela IACUC no Hospital Infantil da Filadélfia.

1. Preparação de soluções de estoque para substratos rotulados em C

  1. Faça 4 mM de solução de estoque de soro bovino (BSA) misturando 11 g de BSA e 33,1 mL d....

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Resultados

Neste exemplo, o método de captura de CO2 é usado para comparar a oxidação do substrato por preosteoblasts pré-sísceros do calvário primário versus BMMs, que são frequentemente usados para a diferenciação de osteoblasto in vitro ou osteoclasta, respectivamente. Depois que as células primárias são passaged e cultivadas em cMEMα durante a noite, elas normalmente atingem 80-90% de confluência e exibem sua morfologia característica. Os preosteoblastas calvariais são notavelmente maiores que os BMMs (

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Discussão

O protocolo fornece um método fácil de usar para determinar a taxa de oxidação dos principais substratos de energia. É uma alternativa mais simples a outros protocolos que usam frascos contendo um poço central e tampados com rolhas de borracha 14,15,16. Embora o exemplo de estudo aqui seja realizado com cultura celular, o método pode ser facilmente adaptado para explantos teciduais ou homogeneizadores de tecidos contendo mitocôn.......

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Divulgações

Os autores não declaram conflitos de interesse.

Agradecimentos

O trabalho foi apoiado em parte pela concessão do NIH R01 AR060456 (FL). Agradecemos ao Dr. Michael Robinson e Elizabeth Krizman (Hospital Infantil da Filadélfia) por sua generosa ajuda com o contador de cintilação.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
0,22 µ m filtrosSigma-AldrichSLGVM33RSUsado para filtrar a solução BSA
0,25% Tripsina-EDTAGibco25200056Dissociar células de placas de cultura de células Tubos
Eppendorf de 1,5 mLPR1MAPR MCT17 RBUsado para incubação de reação
Placas de 10 cmTPP93100Usado para cultura de células
Seringa de 10 mLBD302995Usado para lavar a medula de ossos longos
10% FBSAtlanta biologicalsS11550Para preparação de meio de cultura de células
14C-GlucosePerkinElmerNEC042X050UCUsado para fazer meios
quentes14C-glutaminaPerkinElmerNEC451050UCUsado para fazer meios
quentes14C-oleatoPerkinElmerNEC317050UCUsado para fazer mídia quente
Agulha de 23 GBD305120Usado para lavar medula de ossos longos
Placas de 24 poçosTPP92024Usado para cultura de células
70 μ filtros de células mMIDSCI70CELLUsado para filtrar o sobrenadante durante a digestão cavarial
Corante Acridine Orange/Propidium Iodide (AO/PI)Nexcelom BiosciencesCS2-0106Cora células vivas para determinar a densidade da semente Soro
bovino AbluminProliant Biologicals68700Usado para conjugação de ácidos graxos
Celômetro Auto 2000Nexcelom BiosciencesDeterminar o número de células viáveis
CentrifugeThermo FisherLegend Micro 21RUsado para pellet células
Colagenase tipo IIWorthingtonLS004176Dissociar células do tecido
MEM alfa personalizadoGIBCOSKU: ME 18459P1Usado para criar meios quentes personalizados
Dulbecco's Phosphate-Buffered SalineGibco10010023Usado para dissolver e diluir reagentes, e lavar pratos de cultura
Papel de FiltroMillipore-SigmaWHA1001090Armadilhas CO2 com hidróxido de sódio
GlicoseSigma-Aldrichg7528Usado para fazer meios personalizados
HEPESGibco15630080Armadilhas CO2 durante a cultura de células
L-carnitinaSigma-AldrichC0283Suplementado para oxidação de ácidos graxos
L-GlutaminaSigma-Aldrichg3126Usado para fazer meios personalizados
MEM alphaThermoA10490Meio de cultura celular
ParafilmPecheney Plastic PackagingPM998Usado para selar placas de cultura
de células Penicilina-estreptomicinaThermo Fisher15140122Previne a contaminação em cultura de células
Ácido PerclóricoSigma-Aldrich244252Libera CO2 durante o ensaio metabólico
PyruvateSigma-Aldrichp5280Usado para fazer meios personalizados
Contador de CintilaçãoBeckman CoulterLS6500Determina a radioatividade do papel de filtro
Fluido de CintilaçãoMP Biomedicals882453Absorva a energia emitida pelas RAMs e reemite-a como flashes de luz
Frasco de cintilação FisherScientific03-337-1Recipientes de reação para fluido de cintilação
Carbonato de sódioSigma-AldrichS5761Tampão de equilíbrio para meio
Hidróxido de sódioSigma-Aldrich58045Retém CO2 durante o ensaio de metaboilização
Oleatode sódioSANTA CRUZSC-215879BSA preparação de ácidos graxos conjugados
Filtração a vácuo 1000TPP99950Filtro cMEMα

Referências

  1. Hargreaves, M., Spriet, L. L. Skeletal muscle energy metabolism during exercise. Nature Metabolism. 2 (9), 817-828 (2020).
  2. Jeukendrup, A. E. Regulation of fat metabolism in skeletal muscle. Annals of the New York Academy of Sciences. 967, 217-235 (2002).

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Reimpressões e permissões

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