Bioenergetic analysis of isolated cerebrocortical nerve terminals on a microgram scale: spare respiratory capacity and stochastic mitochondrial failure

doi:10.1111/j.1471-4159.2009.06055.x

.2009年5月；109(4):1179-91.

doi:10.1111/j.1471-4159.2009.06055.x。 Epub 2009年3月23日。

微克级分离大脑皮层神经末梢的生物能量分析：剩余呼吸能力和随机线粒体衰竭

宋伟才¹, Akos A Gerenceser公司, 大卫·G·尼科尔斯

附属公司

PMID： 19519782
预防性维修识别码： PMC2696043型
内政部： 10.1111/j.1471-4159.2009.06055.x

微克级分离大脑皮层神经末梢的生物能量分析：剩余呼吸能力和随机线粒体衰竭

宋伟才等。神经化学杂志. 2009年5月.

.2009年5月；109(4):1179-91.

doi:10.1111/j.1471-4159.2009.06055.x。 Epub 2009年3月23日。

作者

宋华彩¹, Akos A Gerenceser公司, 大卫·G·尼科尔斯

附属

¹巴克年龄研究所，美国加利福尼亚州诺瓦托94945。

PMID： 19519782
预防性维修识别码： PMC2696043型
内政部： 10.1111/j.1471-4159.2009.06055.x

摘要

突触前神经终末（突触体）需要ATP来促进神经递质的胞吐和恢复以及离子内稳态，因此大量存在线粒体。突触前线粒体功能障碍与各种神经退行性疾病有关，尽管“功能障碍”一词没有确切的定义。在本研究中，我们验证了这样一种假设，即在质子电流利用增强的条件下，通过突触体复合体I和II部分限制电子传递以模拟与帕金森氏病和亨廷顿氏病相关的可能缺陷，使个别终末对线粒体去极化敏感，即使这些压力在整个人群的平均值中处于突触体的呼吸能力范围内。我们结合了两种新技术，首先使用一种改进的基于平板的呼吸和糖酵解分析方法，该方法只需要微克数量的突触体蛋白，然后开发一种改进方法，用于单突触体的荧光成像和统计分析。确定了向小鼠大脑皮层突触体内原位线粒体提供最佳底物的条件，并进一步确定了离子循环和质膜动作电位放电的能量需求。

PubMed免责声明

数字

图1
用50nM TMRM平衡突触体的共焦成像。成像前，允许“离子介质”中的突触体在单位重力（a）下沉积，或在3400g（b）下离心60分钟。（c）平行离心蔗糖培养基中的突触体。场尺寸为115×115μm。（d） “c”的放大区域。代表性粒子的密度分布（箭头）给出了1.8μm的直径，这是典型的突触体。

图2
皮质突触体的基本呼吸参数：ATP合成酶抑制和呼吸控制的FCCP释放。最初出现的底物为（A）、15mM葡萄糖、（B）10mM丙酮酸或（C）15mM葡萄糖+10mM丙酮酸酯。进一步添加4μg/ml寡霉素（oligomycin）和4μM FCCP。表1给出了时间点（i）至（iii）的费率。（D）细胞外酸化速率与呼吸同时测定；结果标准化为添加寡霉素之前葡萄糖培养基中的酸化率。

图3
Δψ随时间变化_米在单个突触体中：丙酮酸导致线粒体普遍超极化，而不是选择性超极化用10nM TMRM平衡蔗糖突触体⁺.（A-C）颜色代表Δψ变化的直方图_米在指定时间取样的单个突触体中，相对于t=0。负毫伏表示相对去极化。在A和B中，突触体分别与葡萄糖和葡萄糖+丙酮酸介质平衡，而在C中，在t=0时间点后，将10mM丙酮酸添加到纯葡萄糖介质中的突触体中。（D-E）将丙酮酸添加到纯葡萄糖介质中的突触体区域之前（D）和之后38分钟的假彩色强度图像。比例尺5μm，强度标度以12位数字化仪的任意单位显示。

图4
α-氰基肉桂酸和氨基氧乙酸对FCCP刺激呼吸的抑制作用。（A）最初以15mM葡萄糖作为底物。如有指示，添加0-100μMα-氰氰菊酯（CCIN），然后添加4μg/ml寡霉素（oligomycin）和4μM FCCP。（B）在指定位置添加0-100μM氨基氧乙酸盐（AOAA）。在这些实验和随后的实验中，呼吸是相对于葡萄糖培养基中的基础呼吸进行计算的。

图5
Veratridine增强线粒体ATP转换，抑制FCCP刺激的呼吸（A）（在有寡霉素的情况下）（B）。在15mM葡萄糖+10mM丙酮酸存在下培养突触体。如有指示，添加veratridine（Vt，0-5μM）、寡霉素（oligomycin，4μg/ml）和FCCP（4μM）。在含有葡萄糖但不含丙酮酸的培养基中，速率与基础呼吸有关。（C，D）介质中相应的相对酸化率。

图6
哇巴因和4-氨基吡啶增强寡粘菌素敏感性呼吸。在15mM葡萄糖+10mM丙酮酸存在下培养突触体。（A）在指定位置添加哇巴因（0.3mM，开放符号），然后添加寡霉素（4μg/ml）。（B）在指定位置添加4-氨基吡啶（50μM，方形或1mM，圆形），然后添加寡霉素（4μg/ml）。在含有葡萄糖但不含丙酮酸的培养基中，速率与基础呼吸有关。

图7
用（A）鱼藤酮和（B）3-NPA滴定基础、寡霉素不敏感和FCCP刺激的呼吸。在15mM葡萄糖+10mM丙酮酸存在下培养突触体，并在实验期间添加指示浓度的抑制剂。在含有葡萄糖但不含丙酮酸的培养基中，速率与基础呼吸有关。

图8
通过部分抑制复合物I或复合物II而降低的剩余呼吸容量加速了随机线粒体去极化。Δψ的分布_米在单个突触体中。（A）控制；（B）加上150nM FCCP；（C）再加上10nM鱼藤酮，（D）10nM鱼藤酮再加上150nM催化裂化装置，（E）200μM 3NPA（F）200μM 3NPA再加上150mm催化裂化装置。如图所示，添加抑制剂后，颜色会标记不同的时间点。负毫伏表示与同一时间点未处理对照组的平均值相比的相对去极化。−30mV去极化时的线代表了线粒体在热力学上无法产生ATP的任意阈值。

请参阅PMC中的此图像和版权信息

类似文章

纹状体和大脑皮层突触线粒体的功能差异。
Petersen MH、Willert CW、Andersen JV、Waagepetersen HS、Skotte NH、Nörremölle A。 Petersen MH等人。神经科学。2019年5月15日；406:432-443. doi:10.1016/j.neuroscience.2019.02.033。Epub 2019年3月13日。神经科学。2019 PMID：30876983
从阿尔茨海默病小鼠模型分离出的突触前神经末梢没有一致的生物能量缺陷。
Choi SW、Gerenceser AA、Ng R、Flynn JM、Melov S、Danielson SR、Gibson BW、Nicholls DG、Bredeson DE、Brand MD。 Choi SW等人。神经科学杂志。2012年11月21日；32(47):16775-84. doi:10.1523/JNEUROSCI.2414-12.2012。神经科学杂志。2012 PMID：23175831 免费PMC文章。
多巴胺能突触体的内在生物能量特性和应激敏感性。
Choi SW、Gerensser AA、Lee DW、Rajagopalan S、Nicholls DG、Andersen JK、Brand MD。 Choi SW等人。神经科学杂志。2011年3月23日；31(12):4524-34. doi:10.1523/JNEUROSCI.5817-10.2011。神经科学杂志。2011 PMID：21430153 免费PMC文章。
孤立神经末梢中递质释放和生物能量功能障碍的随机方面。
Nicholls总经理。 Nicholls总经理。生物化学Soc Trans。2010年4月；38(2):457-9. doi:10.1042/BST0380457。生物化学Soc Trans。2010 PMID：20298202 审查。
在原代神经元培养和分离的神经末梢中模拟线粒体生物能量学和神经元存活。
Nicholls DG、Brand MD、Gerenceser AA。 Nicholls DG等人。生物能生物膜杂志。2015年4月；47(1-2):63-74. doi:10.1007/s10863-014-9573-9。Epub 2014年8月30日。生物能生物膜杂志。2015 PMID：25172197 审查。

查看所有类似文章

引用人

有氧糖酵解是神经元胞体中葡萄糖代谢的主要方式，可以防止氧化损伤。
魏Y、苗Q、张Q、毛S、李M、徐X、夏X、魏K、范Y、郑X、方Y、梅M、张Q、丁J、范Y、卢M、胡G。魏毅等。自然神经科学。2023年12月；26(12):2081-2089. doi:10.1038/s41593-023-01476-4。Epub 2023年11月23日。自然神经科学。2023 PMID：37996529
使用Seahorse XF分析仪计算ATP生产率。
Desousa BR、Kim KK、Jones AE、Ball AB、Hsieh WY、Swain P、Morrow DH、Brownstein AJ、Ferrick DA、Shirihai OS、Neilson A、Nathanson DA、Rogers GW、Dranka BP、Murphy AN、Affourtit C、Bensinger SJ、Stiles L、Romero N、Divakaruni AS。 Desousa BR等人。 EMBO代表2023年10月9日；24（10）：e56380。doi:10.15252/embr.202256380。Epub 2023年8月7日。 EMBO代表2023年。 PMID：37548091 免费PMC文章。
光子以功率依赖的方式诱导谷氨酸的囊泡胞外释放。
Cervetto C、Amaroli A、Amato S、Gatta E、Diaspro A、Maura G、Signore A、Benedicenti S、Marcoli M。 Cervetto C等人。国际分子科学杂志。2023年7月1日；24(13):10977. doi:10.3390/ijms24131977。国际分子科学杂志。2023 PMID：37446155 免费PMC文章。
阿尔茨海默病机制中的系统代谢和线粒体：寻找潜在的治疗靶点。
宋M、范X。 Song M等人。国际分子科学杂志。2023年5月7日；24(9):8398. doi:10.3390/ijms24098398。国际分子科学杂志。2023 PMID：37176104 免费PMC文章。审查。
SB2301介导的脂滴膜成分的扰动可诱导脂吞噬和脂滴泛素化。
Jung J、Park J、Kim M、Ha J、Cho H、Park SB。 Jung J等人。公共生物。2023年3月21日；6(1):300. doi:10.1038/s42003-023-04682-9。公共生物。2023 PMID：36944894 免费PMC文章。

查看所有“被引用”文章

工具书类

1. Bambrick LL、Chandrasekaran K、Mehrabian Z、Wright C、Krueger BK、Fiskum G.环孢菌素A增加皮质星形胶质细胞的线粒体钙吸收能力，但不增加小脑颗粒神经元的线粒体钙摄取能力。生物能源杂志。生物膜。2006;38:43–47.-项目管理咨询公司-公共医学
1. Beal MF。线粒体在衰老和神经退行性变中处于中心阶段。安。神经。2005;58:495–505.-公共医学
1. Betarbet R、Canet-Aviles RM、Sherer TB、Mastroberardino PG、McLendon C、Kim JH、Lund S、Na HM、Taylor G、Bence NF、Kopito R、Seo BB、八木T、八木A、Klinefelter G、Cookson MR、Greenamire JT。帕金森病神经退行性变的交叉途径：杀虫剂鱼藤酮对DJ-1、α-突触核蛋白和泛素-蛋白酶体系统的影响。神经生物学。数字化信息系统。2006;22:404–420.-公共医学
1. 线粒体能量转导的效率和可塑性。生物化学。Soc.变速器。2005;33:897–904.-公共医学
1. Browne SE，Beal MF。亨廷顿病的能量学。神经化学。2004年决议；29:531–546.-公共医学

出版物类型

行动
行动

MeSH术语

行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动

物质

行动
行动
行动

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源
其他文献来源
- H1连接
- 镜片-专利引文

[1] Bambrick LL、Chandrasekaran K、Mehrabian Z、Wright C、Krueger BK、Fiskum G.环孢菌素A增加皮质星形胶质细胞的线粒体钙吸收能力，但不增加小脑颗粒神经元的线粒体钙摄取能力。生物能源杂志。生物膜。2006;38:43–47.-项目管理咨询公司-公共医学

[2] Bambrick LL、Chandrasekaran K、Mehrabian Z、Wright C、Krueger BK、Fiskum G.环孢菌素A增加皮质星形胶质细胞的线粒体钙吸收能力，但不增加小脑颗粒神经元的线粒体钙摄取能力。生物能源杂志。生物膜。2006;38:43–47.-项目管理咨询公司-公共医学

[3] Beal MF。线粒体在衰老和神经退行性变中处于中心阶段。安。神经。2005;58:495–505.-公共医学

[4] Beal MF。线粒体在衰老和神经退行性变中处于中心阶段。安。神经。2005;58:495–505.-公共医学

[5] Betarbet R、Canet-Aviles RM、Sherer TB、Mastroberardino PG、McLendon C、Kim JH、Lund S、Na HM、Taylor G、Bence NF、Kopito R、Seo BB、八木T、八木A、Klinefelter G、Cookson MR、Greenamire JT。帕金森病神经退行性变的交叉途径：杀虫剂鱼藤酮对DJ-1、α-突触核蛋白和泛素-蛋白酶体系统的影响。神经生物学。数字化信息系统。2006;22:404–420.-公共医学

[6] Betarbet R、Canet-Aviles RM、Sherer TB、Mastroberardino PG、McLendon C、Kim JH、Lund S、Na HM、Taylor G、Bence NF、Kopito R、Seo BB、八木T、八木A、Klinefelter G、Cookson MR、Greenamire JT。帕金森病神经退行性变的交叉途径：杀虫剂鱼藤酮对DJ-1、α-突触核蛋白和泛素-蛋白酶体系统的影响。神经生物学。数字化信息系统。2006;22:404–420.-公共医学

[7] 线粒体能量转导的效率和可塑性。生物化学。Soc.变速器。2005;33:897–904.-公共医学

[8] 线粒体能量转导的效率和可塑性。生物化学。Soc.变速器。2005;33:897–904.-公共医学

[9] Browne SE，Beal MF。亨廷顿病的能量学。神经化学。2004年决议；29:531–546.-公共医学

[10] Browne SE，Beal MF。亨廷顿病的能量学。神经化学。2004年决议；29:531–546.-公共医学

将引文保存到文件

电子邮件引文

添加到集合

添加到我的书目

您保存的搜索

为外部引文管理软件创建文件

您的RSS源

微克级分离大脑皮层神经末梢的生物能量分析：剩余呼吸能力和随机线粒体衰竭

附属

微克级分离大脑皮层神经末梢的生物能量分析：剩余呼吸能力和随机线粒体衰竭

作者

附属

摘要

数字

类似文章

引用人

工具书类

出版物类型

MeSH术语

物质

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源

其他文献来源

摘要

数字

类似文章

引用人

工具书类

出版物类型

MeSH术语

物质

相关信息

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源

其他文献来源