文摘
背景。线粒体NADH脱氢酶亚基2 (MT-ND2) m。5178 c >一个基因突变对各种疾病有保护效应,但分子机制仍不清楚。在以前的研究中,我们发现了一个heteroplasmy MT-ND2 m。5178 c >突变血压正常的控制。外周血样本来自原发性高血压个人携带突变和健康对照组没有基因突变建立无限增殖淋巴细胞线。调查的影响MT-ND2 m。5178 c >一个基因突变,比较分析两组的细胞系进行,包括测量细胞增殖、生存能力,ATP合成、线粒体氧化应激和氧化磷酸化。结果。的细胞增殖率和可行性MT-ND2 m。5178 c >突变体淋巴细胞线高于对照组。线粒体的功能MT-ND2 m。5178 c >突变体淋巴细胞增加,包括增加ATP合成,降低ROS生产,增加线粒体膜电位和bcl - 2基因转录和蛋白质翻译、半胱天冬酶减少3/7的活动,减少早期细胞凋亡和细胞凋亡。耗氧速率(OCR)突变体淋巴细胞线高于对照组,包括基底OCR, ATP-linked OCR,最大OCR,质子漏OCR和储备OCR, nonmitochondrial OCR中没有显著差异。线粒体的活性突变的复杂我组比对照组增加。结论。MT-ND2 m。5178 c >突变是一种保护性的突变,可能与改善线粒体功能和减少细胞凋亡。
1。背景
线粒体DNA突变(mtDNA)已报告在许多疾病,如伯世袭视神经病变(1],母体遗传来的耳聋,aminoglycoside-induced耳聋[2),线粒体encephalomyopathy、乳酸酸中毒和类似中风发作(3]。线粒体氧化磷酸化的主要网站(OXPHOS)在真核细胞。每个单元包含线粒体100年到1000年,每个包含一个独立编码的DNA双链循环。人类(哺乳动物)mtDNA 16 569个碱基对37编码基因,包括22个线粒体运输RNA (tRNA)基因,两个核糖体RNA (12 RNA RNA和16 r)基因,和13肽与OXPHOS呼吸链复合体(4]。线粒体功能障碍已被证明是相关的许多常见的人类疾病,包括糖尿病、冠心病、癌症;神经退行性变化;和老化5]OXPHOS包含大约90个蛋白质,有密切关联基因转录和翻译OXPHOS-related蛋白质,包括核和线粒体基因,维持和调节代谢过程6]。进一步的研究发现,基因缺陷编码OXPHOS蛋白质直接导致OXPHOS功能受损,进一步导致一系列代谢紊乱等问题,和各种疾病的重要原因之一(7]。在我们之前的研究中,我们发现有一个heteroplasmy m。5178 c >之间的突变原发性高血压(EH)和血压正常的控制。heteroplasmy水平MT-ND2 m。5178 c >在EH患者远低于对照组。MT-ND2 m。5178 c > NADH脱氢酶亚基2的多态性(阐述)237低浓缩铀/首次报道了与长寿有关(8]。最近,MT-ND2 m。5178 c >突变被发现有保护作用在各种各样的疾病,如心肌梗死9),脑血管疾病(10),2型糖尿病11),和动脉粥样硬化12]。然而,机制如何MT-ND2 m。5178 c >与很多疾病相关变异尚未阐明。因此,我们招收了5例EH组没有MT-ND2 m。5178 c >基因突变和对照组m。5178 c >一个基因突变。性别、年龄、身体质量指数和实验室指标在两组匹配。Lymphoblastoid细胞系被转换与永生的巴尔病毒从每个参与者的末梢全血。然后,我们调查的机制MT-ND2 m。5178 c >一个基因突变细胞和淋巴细胞的线粒体功能保护作用的解释MT-ND2 m。5178 c >对EH基因突变的机制。
2。结果
2.1。临床特点
基本临床特征比较突变和对照组之间。甘油三酯、SBP,菲律宾突变组低于对照组(表1)。
2.2。淋巴细胞生存和增殖
线粒体基因序列分析表明,突变组进行MT-ND2 m。5178 c >一个基因突变(图1(一))。先前的研究表明,这个网站ND2-encoding基因的突变导致氨基酸替换从亮氨酸(亮氨酸)蛋氨酸(遇到)8]。
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进一步调查阐述基因突变是否影响细胞增殖,我们使用了巴尔病毒感染淋巴细胞。图1 (b)显示了两组感染后的扩散。突变体淋巴细胞的细胞核更明显的在高放大倍数下,和细胞膜的界限被模糊(图1 (b))。扩散的突变组明显高于对照组( vs。 , ,图1 (c))。
2.3。行淋巴细胞增殖
CCK-8被用来比较突变的细胞生存能力和不变异淋巴细胞线。nonluminescent肽荧光素,被转移到发光荧光素酶和ATP半胱天冬酶的作用下3/7,和半胱天冬酶3/7的价值是记录Centro LB90微型板块光度计。突变细胞的活动和对照组细胞的数量呈线性相关。在同一手机号,突变体的活动组高于对照组( ,图1 (d))。
2.4。淋巴细胞ATP合成线
线粒体是细胞的能量工厂。确定的线粒体基因突变影响氧化磷酸化的能力(OXPHOS)合成ATP,我们测量通过荧光素/荧光素酶的发光测定ATP生产。有一个线性相关性ATP生产和细胞突变和控制细胞行数。ATP生产的突变细胞明显高于对照组( ,图2(一个))。
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2.5。淋巴细胞ROS合成线
线粒体氧化应激损伤的线粒体是最重要的机制调节细胞凋亡。在我们的研究中,我们通过荧光探针测量细胞内ROS生产DCFH-DA。突变细胞系的活性氧产量明显低于在控制细胞系( vs。 , ,图2 (b))。
2.6。线粒体膜电位
线粒体膜电位(ΔΨ米)意味着线粒体膜的质子电化学梯度,也就是反映线粒体的功能代谢状态(13]。本试验使用的比率JC-10红/绿色荧光 和490/525 nm (FL590 / FL525)来反映ΔΨ米。的ΔΨ米突变细胞系的价值明显高于对照组( vs。 , ,图2 (c))。
2.7。细胞凋亡蛋白半胱天冬酶活动的3/7
线粒体的另一个重要的功能是调节细胞凋亡(14]。半胱天冬酶是一种特定分子标记的细胞凋亡(3/715]。半胱天冬酶3/7有一个线性相关性表达和细胞突变和控制细胞数量。在同一手机号,半胱天冬酶的表达水平3/7突变组显著低于对照组( ,图3(一个))。
(一)
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2.8。增殖和凋亡基因的表达和蛋白质
评价机制与MT-ND2 m。5178 c >基因突变细胞凋亡的减少,我们测量了凋亡信号通路的基因通过转录和蛋白表达。突变组显示bcl - 2基因转录与对照组相比增加( vs。 %, )(图3 (b))。和突变细胞也显示增加bcl - 2蛋白水平比对照组(图3 (c))。
2.9。细胞凋亡检测
通过检测细胞凋亡率FITC膜联蛋白V凋亡检测设备。细胞早期凋亡的FITC膜联蛋白V积极和π-,和细胞凋亡后期都是膜联蛋白V和π积极。的活细胞率突变组高于对照组( 9% vs。 %, ,图3 (d)当总细胞数几乎是相同的。凋亡早期和晚期凋亡突变组比对照组显著降低( % vs。 %, ; % vs。 %, ,图3 (d))。
2.10。线粒体OCR化验
评估是否MT-ND2 m。5178 c >一个基因突变影响线粒体呼吸功能,我们计算OCR曲线的突变体和控制细胞系经过政府的各种抑制剂。基底OCR指OCR的差异与鱼藤酮治疗后抗霉素A寡霉素治疗前,基本反映了OCR的线粒体。突变体的基底OCR组与对照组相比增加42.3% ( vs。 , ,图4)。
(一)
(b)
ATP-linked OCR的OCR指的是区别寡霉素治疗和治疗后,反映线粒体的OCR OXPHOS耦合。ATP-linked OCR的突变组与对照组相比增加了37.7% ( vs。 , ,图4)。
最大OCR值指的是区别OCR当接受FCCP和nonmitochondrial OCR鱼藤酮和抗霉素处理时,反映线粒体氧利用率的缓冲能力。最大的OCR突变组与对照组相比增加了50.38% ( vs。 , ,图4)。
质子漏OCR指在治疗后剩下的OCR鱼藤酮和抗霉素A,反映线粒体的耗氧速率不习惯。质子漏OCR的突变组与对照组相比增加78% ( vs。 , ,图4)。
储备OCR的区别是最大和基地OCR,反映线粒体氧利用率的缓冲能力。的储备容量突变组与对照组相比增加57.2% ( vs。 , ,图4)。
Nonmitochondrial OCR指在治疗后剩下的OCR鱼藤酮和抗霉素A,反映出氧气的消耗速度所不习惯的线粒体。nonmitochondrial OCR的突变组与对照组相比增加28.2% ( vs。 , ,图4)。
2.11。线粒体复杂我活动
调查是否C5178A线粒体基因突变影响复杂的函数,我们计算线粒体活动的复杂我通过测量NADH的氧化率。线粒体的活性突变的复杂我组比对照组增加( vs。 , ,图5)。
(一)
(b)
3所示。讨论
线粒体是真核细胞的重要细胞器,为细胞提供超过90%的能量通过电子传递链,能源的主要来源(16]。OXPHOS复杂包括五个multisubunit复合物(电流-电压)位于内线粒体膜。复杂的我包含七mtDNA-encoded多肽,复合物III-V包含1,3,分别和2 mtDNA-encoded多肽。在前面的研究中,我们发现了一个MT-ND2 m。5178 c >一个基因突变的遗传筛查817呃病例和821控制在中国一般人群(17]。阐述是复杂我的亚基18]。MT-ND2 m。5178 c >突变导致更换亮氨酸(亮氨酸)与蛋氨酸(满足)。1998年,田中et al。8首次报道,MT-ND2 m。5178 c >一个基因突变更频繁的在健康对照组和百岁老人,这表明MT-ND2 m。5178 c >一个基因突变与长寿有关。这结论进一步验证在一个更大的样本数量。后来,Raule et al。19)进行全线粒体测序分析2200 ultranonagenarians和控制和证明mtDNA的突变可以导致OXPHOS复杂的合成障碍。他们发现的突变子单元OXPHOS复杂的我有一个对长寿有益的影响。替换的研究表明,蛋氨酸具有内源性抗氧化作用在保护线粒体(20.]。然而,MT-ND2 m。5178 c >的具体影响OXPHOS变异,细胞凋亡是不清楚。
MT-ND2 m。5178 c >也被报道对各种疾病与保护作用有关。alloxan-resistant老鼠,MT-ND2 m。4738 c >突变与人类同源站点MT-ND2 m。5178 c >突变,这也是导致更换的低浓缩铀见面(21),这表明MT-ND2 m。5178 c >突变是1型糖尿病的保护性因素。在我们之前的研究中,MT-ND2 m的突变率。5178 c >高血压患者明显低于正常对照组。本研究表明,ATP生产MT-ND2 m。5178 c >突变组明显高于对照组。推测,这种突变导致电子传递系统的复合物的稳定性,减少易受攻击由内部和外部因素,和改善OXPHOS和ATP的合成。ROS产生的突变细胞系明显低于对照组。改善线粒体复杂我活动可能与预防线粒体活性氧诱导的损害和其他细胞器。阐述亚基的线粒体呼吸链复合体I复杂我是线粒体呼吸链的起始。呼吸链的作用复杂表单一定质子电子梯度(线粒体膜电位)在线粒体内外膜之间。正是由于这种梯度驱动F0F1 ATP合酶,促进ATP的合成(22]。增加ATP的合成可以进一步促进细胞活性。
OCR是线粒体功能的另一个基本指标(23]。在这项研究中,线粒体压力测试都使用了海马线粒体OCR XF能量分析仪来测量。增加基底OCR, ATP-linked OCR、最大OCR和备用容量OCR反映突变细胞的线粒体OCR高于对照组,与改善OXPHOS有关。线粒体膜电位中扮演一个重要的角色在维持线粒体功能和结构和参与各种疾病(24,25]。线粒体功能障碍常常首先显示线粒体膜电位下降(26]。我们先前的研究发现,在缺乏ATP或钙超载的情况下,线粒体肿胀会导致线粒体渗透性转换孔开放注射(mPTP药物),导致细胞色素C和凋亡因子从线粒体释放到细胞质中,等激活细胞凋亡级联反应的激活半胱天冬酶(3/727,28]。这个研究表明,半胱天冬酶3/7由突变细胞系明显低于对照组。细胞凋亡早期和晚期凋亡突变组比对照组显著减少。线粒体膜电位是由复杂的V(保证ATP合成22,29日]。这项研究表明,MT-ND2 m。5178 c >维护细胞基因突变稳定性通过维护细胞内线粒体膜电位的稳定性,减少细胞凋亡,合成ATP。
4所示。结论
总之,MT-ND2 m。5178 c >基因突变提高线粒体呼吸链的功能复杂的我,减少活性氧的生产,抑制活性氧的损伤诱导线粒体等细胞器,并维持细胞内稳态的线粒体膜电位。它还增加OCR OXPHOS期间,产生更多的ATP,增加细胞增殖率,减少细胞凋亡(图6)。MT-ND2 m。这些发现可能机制5178 c >一个基因突变的发生率减少呃,并提供一个新的目标探索呃的发病机制。
5。材料和方法
5.1。研究人口和细胞系
本研究阐明MT-ND2 m的影响。5178 c >细胞和线粒体功能的基因突变。在中国的线粒体基因筛查研究项目(30.],知情同意、血液样本和临床评估从所有参与家庭成员获得伦理委员会批准的协议下,中国人民解放军总医院的机构审查委员会。书面知情同意和同意出版了从所有参与者。根据测序结果,五个人MT-ND2 m。5178 c >一个基因突变和控制选择建立无限增殖淋巴细胞线(更多细节,请参见文献[4])。
5.2。细胞增殖和活动测量
细胞悬浊液(100μ信用证)被播种在96孔板在2000,4000,6000,8000细胞/。CCK-8解决方案(CCK8检测组件、日本)添加到每个根据制造商的指示。盘子在细胞培养孵化器孵化4 h,然后分析了使用微型板块在450 nm读者(BioTek,美国)。
5.3。增殖和凋亡基因的表达和蛋白质
细胞被播种在2000、4000、6000和8000个细胞/,然后,100μL Caspase-Glo®3/7试剂(Caspase-Glo®3/7化验,Promega公司(美国)被添加到每个。样本混合在室温下轻轻和孵化3 h。发光量的测量在Centro LB960 XS3光度计(离开卢森堡,德国)。
收集的总RNA试剂盒试剂(豆类、日本)根据制造商的指示。然后,RNA是反向转录cDNA利用逆转录酶(Promega GoTaq qPCR大师,中国)。细胞周期蛋白D1引物的序列向前:5 - - - - - -CCCACTCCTACGATACGC-3 ;反向:5 - - - - - -AGCCTC CCAAACACCC-3 。向前bcl - 2引物的序列是:5 - - - - - -GATTGT GGCCTTCTTTGAGTT-3 ;反向:5 - - - - - -AGTTCCACAAAGGCATCCCA-3 。伯灵顿引物的序列向前:5 - - - - - -GGGTTGTCGCCCTTTTC TACTT-3 ;反向:5 - - - - - -TGTCCAGCCCATGATGGTTCT-3 。存在分析来Bio-Rad CFX96实时PCR检测系统(Bio-Rad,美国)。
细胞resuspended裂解缓冲(20毫米三pH值7.5,2毫米EDTA, EGTA 3毫米,2毫米二硫苏糖醇,250毫米蔗糖,0.1毫米phenylmethylsulfonyl氟化物,和1% Triton x - 100)和蛋白酶抑制剂鸡尾酒在4°C 1 h。然后,细胞被离心机在4°C 13000 rpm 30分钟。上层清液煮和SDS-polyacrylamide凝胶上分离,然后转移到硝化纤维膜。膜与反coincubated bcl - 2抗体(圣克鲁斯生物技术,美国)在一夜之间在4°C。洗4次后,细胞膜被孵化与二次抗体结合辣根过氧化物酶(合)。抗原抗体复合物被增强化学发光可视化。分析了光密度测量用ImageJ软件。
5.4。细胞凋亡率测定
细胞凋亡率计算通过FITC膜联蛋白V凋亡检测设备(BD Pharmingen,美国)根据制造商的指示。的数量 细胞被收集和清洗与PBS resuspended 100 ul 1膜联蛋白V绑定缓冲。然后,5μL FITC膜联蛋白V和5μL propidium碘被添加和15分钟在黑暗中孵化环境。然后,另一个400年μL 1膜联蛋白V绑定缓冲了之前被流式细胞术分析(Becton Dickinson,美国)。
5.5。ATP合成检测
细胞被播种在2000、4000、6000和8000细胞/好,在室温下培养30分钟。相同数量的试剂(CellTiter-Glo细胞ATP检测装备,Promega公司、美国)添加到每口井的媒介。细胞被动摇在瓶2分钟诱导裂解。这些细胞被孵化10分钟在室温下稳定荧光信号,和发光被记录。
5.6。ROS合成分析
荧光探针DCFH-DA稀释在1:1000年的RPMI 1640中等到10μm .对数生长细胞收集和调整 /毫升。细胞系是孵化为30分钟37°C公司为5%2然后混合为3分钟。无血清培养基的细胞被洗了三次删除DCFH-DA。ROS的细胞系是收集和分析流式细胞仪(美国),正欲在488 nm兴奋和525海里排放。
5.7。线粒体膜电位(ΔΨ米)检测
准备JC-10染料加载解决方案,50μ100 L×JC-10加入5毫升分析缓冲a .负对照组中只有和阳性对照组2毫米FCCP或挺。细胞系resuspended在50μL / JC-10染料加载解决方案和孵化在37°C公司为5%2同时为30分钟免受光。细胞系的荧光强度被发现。
5.8。线粒体OCR化验
细胞悬浊液(80μL)被添加到Cell-Tak板。然后,25μL不同的试剂添加到模拟而面临传感器盒:一:寡霉素(2μ米);哦:FCCP (1μ米);C:鱼藤酮/抗霉素A (0.5μ最终浓度为1米)μ由XF96 m细胞耗氧量检测细胞能量代谢实时分析仪(海马,美国)31日]。
5.9。线粒体复杂我活动
线粒体复杂我也称为NADH脱氢酶是最大的在内心的线粒体膜蛋白复合物。复杂我可以催化的NADH脱氢生成NAD +。NADH的氧化速率是衡量使用标在340海里(BioTek,美国)来计算酶活性的大小。线粒体复杂我活动检测设备(线粒体呼吸链复杂我活动检测装备,Abcam,美国)被添加到每个根据制造商的指示。
5.10。统计分析
连续变量表示为 。非参数检验被用于两组之间的比较。统计分析软件使用社会科学统计软件包(SPSS 18.0版)。测试标准是具有统计学意义 。
缩写
| 阐述: | NADH脱氢酶亚基2 |
| 光学字符识别: | 耗氧速率 |
| mtDNA: | 线粒体DNA |
| OXPHOS: | 氧化磷酸化 |
| 核糖体rna: | 核糖体核糖核酸 |
| 低浓缩铀: | 亮氨酸 |
| 满足: | 蛋氨酸 |
| ΔΨ米: | 线粒体膜电位 |
| 伯灵顿: | Bcl-2-associated X蛋白 |
| bcl - 2: | B细胞淋巴瘤2蛋白质。 |
数据可用性
使用的数据材料和分析在此研究可从相应的作者以合理的要求。
伦理批准
本研究已通过中国人民解放军总医院伦理委员会的机构审查委员会。
同意
书面知情同意和书面同意出版了从所有参与者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
田L进行线粒体基因组的分析,ROS和ATP的合成。朱C进行数据收集。杨H做了统计分析。李Y参与研究设计。刘Y参与的设计研究中,结果的解释,草案的手稿。所有作者阅读和批准最终的手稿。浏阳田和李阳了同样的工作。浏阳田和杨莉co-first作者。
确认
这项工作是由美国国家科学基金会支持中国赠款82070434 / H0214和82070434 / H0214和北京市科技新星计划交叉合作项目Z191100001119020 (y .问:刘)。