脳組織からのシナプスミトコンドリアを分離するための分画しのミトコンドリア磁気分離

ミトコンドリアは、エネルギー生産、カルシウム恒常性、プログラムされた細胞死などの必須の細胞機能を維持していますが、多くの神経障害の病態生理学にも大きな役割を果たします。さらに、いくつかの神経変性疾患は、シナプス損傷とシナプスミトコンドリア機能障害と密接に関連しています。残念ながら、神経変性疾患およびCNS損傷の実験モデルにおけるミトコンドリア標的療法のミトコンドリア機能障害とミトコンドリア標的療法の有効性を評価する能力は、現在のミトコンドリア分離技術によって制限されています。密度勾配超遠心分離（UC）は現在、ミトコンドリアの収量が低いために小さな脳領域を分離することはできませんが、シナプスおよび非シナプスのミトコンドリア亜集団を分離できる唯一の手法です。この制限に対処するために、磁気抗TOM22抗体を使用して分別化されたミトコンドリア磁気分離（FMMS）を使用して、UCの使用なしにマウス皮質と海馬から機能性シナプスおよび非シナプスミトコンドリアの分離のための新しい戦略を開発しました。FMMを使用して導出されたミトコンドリアの収量と機能を、UCによって導出されたものと比較しました。FMMは、同じ量の組織であるマウス海馬からのUCと比較して、3倍のシナプスミトコンドリアタンパク質収量を生成しました。また、FMMSは、軽度の閉鎖性頭部損傷のパラダイムで実証されたミトコンドリア呼吸の減少を測定するために、UC分離と比較して感度が向上しています。総合すると、FMMSは、ミトコンドリア評価のために脳由来のミトコンドリア収量を改善し、CNS損傷および神経変性疾患におけるミトコンドリア障害のより良い検出を可能にします。

While mitochondria maintain essential cellular functions, such as energy production, calcium homeostasis, and regulating programmed cellular death, they also play a major role in pathophysiology of many neurological disorders. Furthermore, several neurodegenerative diseases are closely linked with synaptic damage and synaptic mitochondrial dysfunction. Unfortunately, the ability to assess mitochondrial dysfunction and the efficacy of mitochondrial-targeted therapies in experimental models of neurodegenerative disease and CNS injury is limited by current mitochondrial isolation techniques. Density gradient ultracentrifugation (UC) is currently the only technique that can separate synaptic and non-synaptic mitochondrial sub-populations, though small brain regions cannot be assayed due to low mitochondrial yield. To address this limitation, we used fractionated mitochondrial magnetic separation (FMMS), employing magnetic anti-Tom22 antibodies, to develop a novel strategy for isolation of functional synaptic and non-synaptic mitochondria from mouse cortex and hippocampus without the usage of UC. We compared the yield and functionality of mitochondria derived using FMMS to those derived by UC. FMMS produced 3x more synaptic mitochondrial protein yield compared to UC from the same amount of tissue, a mouse hippocampus. FMMS also has increased sensitivity, compared to UC separation, to measure decreased mitochondrial respiration, demonstrated in a paradigm of mild closed head injury. Taken together, FMMS enables improved brain-derived mitochondrial yield for mitochondrial assessments and better detection of mitochondrial impairment in CNS injury and neurodegenerative disease.