Measurement of Mitochondrial Membrane Potential and Proton Leak

Author(s):  
Gaetano Serviddio ◽  
Juan Sastre
2002 ◽  
Vol 282 (2) ◽  
pp. R372-R382 ◽  
Author(s):  
Tammie Bishop ◽  
Julie St-Pierre ◽  
Martin D. Brand

Cells isolated from the hepatopancreas of estivating snails ( Helix aspersa) have strongly depressed mitochondrial respiration compared with controls. Mitochondrial respiration was divided into substrate oxidation (which produces the mitochondrial membrane potential) and ATP turnover and proton leak (which consume it). The activity of substrate oxidation (and probably ATP turnover) decreased, whereas the activity of proton leak remained constant in estivation. These primary changes resulted in a lower mitochondrial membrane potential in hepatopancreas cells from estivating compared with active snails, leading to secondary decreases in respiration to drive ATP turnover and proton leak. The respiration to drive ATP turnover and proton leak decreased in proportion to the overall decrease in mitochondrial respiration, so that the amount of ATP turned over per O2 consumed remained relatively constant and aerobic efficiency was maintained in this hypometabolic state. At least 75% of the total response of mitochondrial respiration to estivation was caused by primary changes in the kinetics of substrate oxidation, with only 25% or less of the response occurring through primary effects on ATP turnover.


2004 ◽  
Vol 382 (2) ◽  
pp. 491-499 ◽  
Author(s):  
Damien ROUSSEL ◽  
Jean-François DUMAS ◽  
Gilles SIMARD ◽  
Yves MALTHIÈRY ◽  
Patrick RITZ

The present investigation was undertaken in order to evaluate the contributions of ATP synthesis and proton leak reactions to the rate of active respiration of liver mitochondria, which is altered following dexamethasone treatment (1.5 mg/kg per day for 5 days). We applied top-down metabolic control analysis and its extension, elasticity analysis, to gain insight into the mechanisms of glucocorticoid regulation of mitochondrial bioenergetics. Liver mitochondria were isolated from dexamethasone-treated, pair-fed and control rats when in a fed or overnight fasted state. Injection of dexamethasone for 5 days resulted in an increase in the fraction of the proton cycle of phosphorylating liver mitochondria, which was associated with a decrease in the efficiency of the mitochondrial oxidative phosphorylation process in liver. This increase in proton leak activity occurred with little change in the mitochondrial membrane potential, despite a significant decrease in the rate of oxidative phosphorylation. Regulation analysis indicates that mitochondrial membrane potential homoeostasis is achieved by equal inhibition of the mitochondrial substrate oxidation and phosphorylation reactions in rats given dexamethasone. Our results also suggest that active liver mitochondria from dexamethasone-treated rats are capable of maintaining phosphorylation flux for cellular purposes, despite an increase in the energetic cost of mitochondrial ATP production due to increased basal proton permeability of the inner membrane. They also provide a complete description of the effects of dexamethasone treatment on liver mitochondrial bioenergetics.


Author(s):  
А.А. Соколовская ◽  
Э.Д. Вирюс ◽  
В.В. Александрин ◽  
А.С. Роткина ◽  
К.А. Никифорова ◽  
...  

Цель исследования. Ишемические повреждения головного мозга, являются одной из наиболее частой причин инвалидности и смертности во всем мире. Недавно была установлена роль апоптоза тромбоцитов в патофизиологии инсульта, однако его механизмы до сих пор остаются невыясненными. Несмотря на различные экспериментальные модели, направленные на мониторинг апоптоза тромбоцитов, результаты, относительно изучения и выявления апоптоза тромбоцитов при ишемии головного мозга у крыс, весьма немногочисленны. Цель исследования - анализ апоптоза тромбоцитов с помощью метода проточной цитофлуориметрии на модели глобальной ишемии мозга у крыс. Методика. В экспериментах использовано 6 крыс-самцов Вистар в возрасте от 5 до 6 мес., разделенных на 2 группы: интактный контроль (К) и глобальная ишемия головного мозга. Модель глобальной ишемии головного мозга у крыс воспроизводилась путём билатеральной окклюзии общих сонных артерий на фоне гипотензии. Уровень системного артериального давления снижали посредством кровопотери до 40-45 мм рт. ст. Суспензию тромбоцитов крыс получали методом гельфильтрации с использованием сефарозы 2B. Для анализа экстернализации фосфатидилсерина (ФС) тромбоциты крыс инкубировали с Аннексином V-PE в связывающем буфере. Для оценки митохондриального мембранного потенциала (ММП) тромбоциты инкубировали с катионным красителем JC-1. После инкубации образцы немедленно анализировали на проточном цитофлуориметре FACSCalibur (Becton Dickinson, США). Результаты. Согласно полученным данным, экстернализация ФС на тромбоцитах крыс, перенесших инсульт, была значительно выше (53,45 ± 4,21%), чем в контрольной группе крыс (5,27 ± 2,40%). Данный эффект подтверждается выраженной деполяризацией митохондриальных мембран (DYm). После экспериментальной ишемии мозга почти 40% тромбоцитов было деполяризовано. Заключение. Использованный в работе подбор методов и маркеров обеспечивает понимание механизмов апоптоза тромбоцитов как в экспериментальных, так и в клинических условиях. Полученные данные позволяют сделать заключение, что апоптоз тромбоцитов является одним из факторов развития глобальной ишемии головного мозга у крыс. Результаты могут быть использованы для понимания механизмов, участвующих в развитии ишемического повреждения, что, в свою очередь, может быть использовано при разработке новых терапевтических стратегий. Aim. Stroke is one of the most common causes of disability and mortality worldwide. Multiple experimental models of stroke have focused on monitoring of platelet apoptosis. However, studies on and detection of platelet apoptosis in rats with ischemic stroke are very scarce. We investigated platelet apoptosis in rats with global brain ischemia using flow cytometry. Methods. Experiments were carried out on healthy, adult Wistar male rats weighing 300-350 g. The rats were divided into the following 2 groups: intact rats and rats with global brain ischemia. Global brain ischemia was induced by two-vessel (2-VO) carotid occlusion in combination with hypotension. Systemic blood pressure was reduced by 40-45 mm Hg by inducing haemorrhage. Platelets were isolated by gel filtration on Sepharose 2B. For evaluation of phosphatidylserine (PS) externalization, platelets were incubated with Annexin V-PE and analyzed on FACSCalibur (BD Biosciences). Mitochondrial membrane potential (DY) was measured during platelets apoptosis using JC-1, a mitochondrial membrane potential indicator. Platelets were analyzed by flow cytometry immediately after the incubation. Results. PS externalization on platelets was significantly greater after global brain ischemia (53.45 ± 4.21%) than in the control group (5.27 ± 2.40%). Pronounced depolarization of mitochondrial membrane potential (DYm) confirmed this finding. In the rat group with experimental brain ischemia, almost 40% (35.24 ± 5.21%) of platelets were depolarized. Conclusion. Our results provide insight into mechanisms involved in platelet apoptosis during ischemic stroke and can be used in further development of new therapeutic strategies.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document