A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
تحلل الدهون الثلاثية في الخلايا الشحمية هو عملية التمثيل الغذائي الهامة التي تؤدي إلى تحرير الأحماض الدهنية الحرة والجلسرين. هنا ، نقدم بروتوكولا مفصلا لقياس تحلل الدهون القاعدي والمحفز في الخلايا الشحمية والأنسجة الدهنية خارج الجسم الحي من الفئران.
تخزن الخلايا الشحمية الطاقة في شكل دهون ثلاثية في قطرات الدهون. يمكن تعبئة هذه الطاقة عن طريق تحلل الدهون ، حيث يتم شق السلاسل الجانبية للأحماض الدهنية بالتتابع من العمود الفقري للجلسرين ، مما يؤدي إلى إطلاق الأحماض الدهنية الحرة والجلسرين. نظرا لانخفاض تعبير كيناز الجلسرين في الخلايا الشحمية البيضاء ، فإن معدلات إعادة امتصاص الجلسرين لا تكاد تذكر ، في حين أن إعادة امتصاص الأحماض الدهنية تمليها قدرة ربط الأحماض الدهنية لمكونات الوسائط مثل الألبومين. يمكن قياس كل من إطلاق الجلسرين والأحماض الدهنية في الوسائط عن طريق المقايسات اللونية لتحديد معدل تحلل الدهون. من خلال قياس هذه العوامل في نقاط زمنية متعددة ، يمكن للمرء تحديد المعدل الخطي لتحلل الدهون بثقة عالية. هنا ، نقدم بروتوكولا مفصلا لقياس تحلل الدهون في الخلايا الشحمية المتمايزة في المختبر والأنسجة الدهنية خارج الجسم الحي من الفئران. يمكن أيضا تحسين هذا البروتوكول لخطوط خلايا preadipocyte الأخرى أو الأنسجة الدهنية من الكائنات الحية الأخرى. تتم مناقشة الاعتبارات ومعلمات التحسين. تم تصميم هذا البروتوكول ليكون مفيدا في تحديد ومقارنة معدل تحلل الدهون الشحمية بين نماذج الفئران والعلاجات.
يتم تخزين العناصر الغذائية الزائدة في الأنسجة الدهنية البيضاء في شكل الدهون الثلاثية في قلب الدهون المحايدة لقطرات الدهون. يتم تعبئة مخازن الدهون الثلاثية عن طريق تحلل الدهون ، وهي عملية يتم من خلالها شق السلاسل الجانبية للأحماض الدهنية بالتتابع بواسطة ليباز الأنسجة الدهنية الثلاثية (ATGL) ، والليباز الحساس للهرمونات (HSL) ، والليباز أحادي الجليسريد (MGL) ، مما يؤدي إلى إطلاق الأحماض الدهنية الحرة (FFAs) والعمود الفقري للجلسرين 1,2. يتم تنشيط تحلل الدهون عن طريق إشارات الكاتيكولامين في الأنسجة الدهنية. تطلق المحطات العصبية الودية محليا الكاتيكولامينات ، التي ترتبط بمستقبلات β الأدرينالية على غشاء البلازما الشحمية. عند ربط الرباط ، تعمل مستقبلات البروتين G المقترنة (GPCRs) على تنشيط سيكلاز الأدينيل عبر Gαs. يؤدي التنشيط اللاحق لبروتين كيناز A (PKA) بواسطة cAMP إلى زيادة تنظيم كل من ATGL و HSL. تتسبب فسفرة perilipin-1 بواسطة PKA في تفكك ABHD5 (المعروف أيضا باسم CGI-58) ، والذي يربط وينشط ATGL3. PKA يفسفر مباشرة HSL ، وتعزيز انتقاله من السيتوسول إلى قطرة الدهون ، حيث التفاعل مع perilipin-1 المفسفر يعزز نشاط الليباز4،5،6،7. لا يبدو أن الليباز الثالث المتورط في تحلل الدهون ، MGL ، يتم تنظيمه بواسطة إشارات الكاتيكولامين8. الأهم من ذلك ، يتم التوسط في تخليق الدهون الثلاثية في الخلايا الشحمية عن طريق مسار تخليق الدهون الجلسرين ، والذي لا ينطوي على تكوين أحادي الجليسريد كوسيط. بدلا من ذلك ، تحفز ترانسفيراز أسيل الجلسرين -3 فوسفات تكوين حمض الليسوفوسفاتيديك ، والذي يتم دمجه مع أسيل دهني آخر لتشكيل حمض الفوسفاتيديك ، ثم يتم إيزوميره إلى ثنائي الجليسريد قبل التوليف النهائي للدهون الثلاثية (الشكل 1)9،10،11.
الشكل 1: مسارات تخليق تحلل الدهون وشحوم الجليسرول. أعلى: مسار تحلل الدهون. الإنزيمات الموضحة باللون الأحمر: ليباز الأنسجة الدهنية الثلاثية (ATGL) ، الليباز الحساس للهرمونات (HSL) ، والليباز أحادي الجليسريد (MGL). أسفل: مسار تخليق الدهون الجلسرين. الإنزيمات الموضحة باللون الأخضر: ديجليسريد أسيلترانسفيراز (DGAT) ، فوسفاتيز حمض الفوسفاتيديك (PAP) ، حمض الليسوفوسفاتيديك أسيلترانسفيراز (LPAT ، المعروف أيضا باسم LPAATs) ، والجلسرين -3-فوسفات أسيلترانسفيراز (GPAT). الدهون: الدهون الثلاثية (TG) ، ثنائي الجليسريد (DG) ، أحادي الجليسريد (MG) ، الأحماض الدهنية الحرة (FFA) ، الأسيل الدهني CoA (FA-CoA) ، حمض الليسوفوسفاتيديك (LPA) ، وحمض الفوسفاتيديك (PA). المستقلبات الأخرى: الفوسفات غير العضوي (Pi) والجلسرين 3-فوسفات (G3P). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الأدينوزين خارج الخلية هو منظم مهم آخر لتحلل الدهون ، يعمل من خلال GPCRs المقترنة ب Gs و Gi للتأثير على نشاط أدينيل سيكلاز. مستقبلات الأدينوزين السائدة في الخلايا الشحمية ، ADORA1 ، تمنع سيكلاز الأدينيل ، وبالتالي تحلل الدهون من خلال تنشيط Gi12. يتم التعبير عن ADORA2A عند مستويات أقل ، وفي المقام الأول في الخلايا الشحمية البنية ، وينشط تحلل الدهون عبر إشارات Gs 13. يؤثر ADORA1 على كل من تحلل الدهون القاعدي والاستجابة للمنبهات الأدرينالية. يمكن التحكم في تأثير الأدينوزين على تحلل الدهون عن طريق إضافة أدينوزين دياميناز لتحييد الأدينوزين ، بالإضافة إلى ناهض فينيل إيزوبروبيل أدينوزين الخاص ب ADORA114,15. يمكن أن يؤثر التنشيط الهرموني ل GPCRs المقترنة ب Gq أيضا على تحلل الدهون عن طريق تنشيط الفوسفوليباز C وبروتين كيناز C16،17،18،19. تؤثر الإشارات الالتهابية أيضا على معدلات تحلل الدهون. يزيد تنشيط TLR4 بواسطة LPS (والسموم الداخلية الأخرى) من معدل تحلل الدهون عن طريق تنشيط ERK ، الذي يفسفر perilipin-1 و HSL20. ينشط TNF-α أيضا تحلل الدهون عبر تنشيط ERK و NF-κB ، بالإضافة إلى تقليل التنظيم النسخي ل phosphodiesterase PDE-3B و CIDEC21،22،23. ارتبط IL-6 أيضا بزيادة تحلل الدهون في الخلايا الشحمية ، خاصة في الأنسجة الدهنية المساريقية ، التي يؤثر إطلاقها FFA على التنكس الدهني الكبدي وتكوين الجلوكوز24،25،26.
يتم قمع تحلل الدهون أثناء حالة التغذية بواسطة الأنسولين. AKT يفسفر وينشط PDE-3B لقمع إشارات cAMP ومنع تنشيط PKA27. الأنسولين أيضا يقلل من النسخ ينظم ATGL28. تعزز السمنة مقاومة الكاتيكولامين من خلال مجموعة متنوعة من الآليات ، بما في ذلك خفض تنظيم مستقبلات β الأدرينالية في الخلايا الشحمية29،30،31،32،33. تعبر الخلايا الشحمية عن المستقبلات β الأدرينالية الثلاثة (β-1 و β-2 و β-3). بينما يتم التعبير عن المستقبلات الأدرينالية β-1 و β-2 في كل مكان ، يتم التعبير عن مستقبلات الأدرينالية β-3 في الغالب في الخلايا الشحمية في الفئران34,35. يتم تحفيز تعبير Adrb3 بواسطة C / EBPα أثناء تكوين الدهون36. يتم التعبير عن مستقبلات الأدرينالية β-3 بشكل كبير في الخلايا الشحمية الناضجة. تنشيط مستقبلات β-1 و β-2 الأدرينالية محدود ذاتيا بسبب تثبيط التغذية المرتدة بواسطة β-arrestin37. يتم تثبيط التغذية المرتدة للمستقبلات الأدرينالية β-3 بواسطة مسارات إشارات أخرى ، مما يقلل من تعبير Adrb3 33،38،39.
يمكن استخدام العديد من المركبات لتنشيط تحلل الدهون في الخلايا الشحمية. الكاتيكولامينات هي المنشطات الفسيولوجية الرئيسية لتحلل الدهون. يقوم النورإبينفرين (أو النورادرينالين) والإبينفرين (أو الأدرينالين) بتنشيط جميع مستقبلات β الأدرينالية الثلاثة40. يؤثر النورإبينفرين والإبينفرين أيضا على تحلل الدهون عن طريق تنشيط إشارات مستقبلات α الأدرينالية41. تشمل ناهضات مستقبلات β الأدرينالية شائعة الاستخدام الأيزوبروتيرينول ، وهو ناهض غير انتقائي لمستقبلات β الأدرينالية ، ومنبهات مستقبلات الأدرينالية β-3 CL-316,243 و mirabegron42. بالنظر إلى أن الخلايا الشحمية تعبر في الغالب عن مستقبلات الأدرينالية β-3 ، فإننا نستخدم CL-316,243 كمثال هنا. كما أن خصوصيته للمستقبلات الأدرينالية β-3 تجعله منشطا محددا نسبيا لإشارات الكاتيكولامين الشحمية ، والتي يمكن استخدامها أيضا بأمان في الجسم الحي. لاحظ أن التركيز الشائع الاستخدام البالغ 10 ميكرومتر CL-316,243 في زراعة الخلايا هو أوامر من حيث الحجم أعلى من جرعة ~ 0.1 ميكرومتر المطلوبة لتحقيق أقصى استجابة33. يتجاوز Forskolin مستقبلات الأدرينالية ، وينشط مباشرة سيكلاز adenylyl وإشارات تحلل الدهون النهائية. هناك العديد من المنشطات ، وكذلك مثبطات تحلل الدهون. عند اختيار مركب لتحفيز تحلل الدهون ، يجب مراعاة خصوصية المستقبلات ومسارات إشارات المصب بعناية في التصميم التجريبي.
يعد معدل تحلل الدهون في الأنسجة الدهنية البيضاء عاملا استقلابيا مهما يؤثر على تحمل البرد وتوافر المغذيات أثناء الصيام أو ممارسةالرياضة 43،44،45،46. الغرض من هذا البروتوكول هو قياس معدل تحلل الدهون في الخلايا الشحمية والأنسجة الدهنية ، مما يسهل فهم استقلاب الخلايا الشحمية وكيف يمكن أن يؤثر على النمط الظاهري الأيضي لنماذج الفئران المختلفة. لتحديد معدل تحلل الدهون ، نقيس مظهر المنتجات المحللة للدهون في الوسائط (مثل FFAs والجلسرين). تعتمد الطريقة على إطلاق منتجات تحلل الدهون من الخلايا الشحمية إلى الوسائط. نظرا لأن الخلايا الشحمية البيضاء تعبر عن مستويات منخفضة من كيناز الجلسرين ، فإن معدلات امتصاص الجلسرين منخفضة47. على العكس من ذلك ، ينبغي أيضا النظر في إنتاج FFAs والجلسرين عن طريق مسارات التمثيل الغذائي بخلاف تحلل الدهون. يبدو أن الخلايا الشحمية تعبر عن الفوسفاتيز مع نشاط ضد فوسفات الجلسرين -3 ، مما يتيح إنتاج الجلسرين من الجلسرين -3 فوسفات المشتق من الجلوكوز48،49،50. تحلل السكر هو مصدر للجلسرين -3 فوسفات المستخدم لإعادة أسترة FFA في الخلايا الشحمية البيضاء. عندما تكون مستويات الجلوكوز محدودة ، يتطلب تكوين الجليسرون مصادر 3 كربون أخرى ، مثل اللاكتات والبيروفات51. إن توجيه FFAs الصادر عن تحلل الدهون داخل الخلية ومصيرها الأيضي غير مفهوم بشكل جيد ؛ يجب تحويل FFAs المنبعثة عن تحلل الدهون إلى أسيل CoA دهني ، قبل إعادة أسترة أو الخضوع للأكسدة β. يبدو أن FFAs التي يطلقها تحلل الدهون من المحتمل أن تخرج من الخلية قبل أن يتم أخذها مرة أخرى وتحويلها إلى أسيل دهني CoA 52،53،54،55،56،57،58،59،60،61،62. يمكن عزل FFAs خارج الخلية بواسطة الألبومين. الأهم من ذلك ، من المعروف أن FFAs طويلة السلسلة تمنع تحلل الدهون إذا لم يتم عزلها بواسطة الألبومين63،64،65،66،67. وبالتالي ، فإن تحسين قدرة التخزين المؤقت FFA للوسائط أثناء مقايسة تحلل الدهون أمر بالغ الأهمية. يشبه الإجراء الموصوف هنا الطرق المنشورة سابقا لقياس معدل تحلل الدهون في الخلايا الشحمية والأنسجة الدهنية خارج الجسم الحي من الفئران والبشر15،68،69،70،71. يختلف هذا البروتوكول من خلال استخدام أخذ العينات التسلسلية. من خلال إجراء أخذ العينات التسلسلية ، يمكننا التحقق داخليا من أن تحلل الدهون يتم قياسه في الطور الخطي واستخدام قياسات متعددة لحساب معدل تحلل الدهون ، وبالتالي تقليل خطأ القياس لزيادة الثقة في القيمة النهائية المحسوبة. عيب أخذ العينات التسلسلية هو أن الفحص يتطلب المزيد من الوقت والكواشف. ومع ذلك ، فإن الإطار الزمني الأطول يقلل من تأثير خطأ القياس على الخطأ المعياري لتقديرات المعدل. بالإضافة إلى ذلك ، يقيس هذا البروتوكول كلا من FFA وإطلاق الجلسرين ، ويأخذ في الاعتبار نسبة FFA: إطلاق الجلسرين بهدف تحقيق نسبة 3: 1 ، كما هو متوقع من تحلل الدهون الكامل وإطلاق المنتجات المحللة للدهون في الوسائط72.
تمت الموافقة على استخدام جميع الحيوانات من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام الحيوانات (IACUC) في كلية طب وايل كورنيل بجامعة كورنيل.
1. إعداد المخازن المؤقتة ولوحات التجميع
2. إعداد عينة
3. مقايسة تحلل الدهون
4. مقايسة القياس اللوني FFA
5. مقايسة الجلسرين اللوني
6. حساب معدل تحلل الدهون
قمنا بقياس معدل تحلل الدهون القاعدي والمحفز للخلايا الشحمية المتمايزة في المختبر. تم تمييز الخلايا preadipocytes الأولية من الأنسجة الدهنية البيضاء الأربية إلى الخلايا الشحمية عن طريق علاج الخلايا المتقاربة مع 5 ميكرومتر ديكساميثازون ، 0.5 mM IBMX ، 1 ميكروغرام / مل الأنسولين ، و 1 ميكرومتر تروغ...
هنا ، نقدم بروتوكولا أساسيا لقياس معدل تحلل الدهون في الخلايا الشحمية والأنسجة الدهنية خارج الجسم الحي . لتحديد تحلل الدهون ، من المهم قياس معدل تحلل الدهون في المرحلة الخطية. نحن نستخدم تقنية أخذ العينات التسلسلية ، حيث يتم جمع جزء كبير من الوسائط واستبدالها بوسائط جديدة على فترات م?...
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
تم دعم هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية الأمريكية للصحة منحة R01DK126944 إلى SMR
Name | Company | Catalog Number | Comments |
24-Well tissue culture treated plate | Corning Inc | 3527 | Must be tissue culture treated for adipocyte differntiation |
48-Well flat bottom plate with lid | Corning Inc | 353078 | Can be tissue culture treated |
6-Well flat bottom plate with lid | Corning Inc | 353046 | Can be tissue culture treated |
96-Well PCR Plate | USA sceintific | 1402-9100 | Any conical 0.2 mL PCR plate will be convenient |
Bovine Serum Albumin | Sigma Aldrich | A9418 | FFA free BSA such as A8806, is also commonly used. The BSA should not have detectable FFA, also lot to lot variations in BSA can impact the observed rate of lipolysis |
CL-316,243 | Sigma Aldrich | C5976 | CAS #: 138908-40-4 availaible from other suppliers |
CO2 incubator | PHCBI | MCO-170AICUVH | CO2 should ideally be set to 10% for adipose tissue, however 5% CO2 will also work |
DMEM, low glucose, no phenol red | Thermofischer | 11054020 | Any phenol red free media should work, DMEM/F12, RPMI, but should contain volatile buffering capacity, i.e. biocarbonate |
FFA-free Bovine serum albumin | Equitech-Bio, Inc, | BAH66 | |
Free Glycerol Reagent | Sigma Aldrich | F6428 | |
Glycerol Standard Solution | Sigma Aldrich | G7793 | This can also be made by diluting glycerol to the desired concentration |
HR Series NEFA Standard Solution | Fujifilm | 276-76491 | |
HR Series NEFA-HR (2) Color Reagent A | Fujifilm | 999-34691 | |
HR Series NEFA-HR (2) Color Reagent B | Fujifilm | 991-34891 | |
HR Series NEFA-HR (2) Solvent A | Fujifilm | 995-34791 | |
HR Series NEFA-HR (2) Solvent B | Fujifilm | 993-35191 | |
Microbiological Incubator | Fischer Scientific | S28668 | Any incubator at 37C can be used |
Nunc MicroWell 96-Well Plates | Thermo Scientific | 269620 | Any optically clear, flat bottom 96-well plate works |
Silicone Laboratory Benchtop Mat | VWR | 76045-300 | Glass plate can also be used. Absorbant surfaces are not recommended |
Spectrophotometer/Microplate Reader | Molecular devices | SpectraMax i3x | Any plate reader that can read at 540, 550 and 660 mm will work |
V Bovine serum albumin | Sigma-Aldrich | 810531 | |
WypAll X70 Wipers | Kimberly-Clark | 41200 | Any high quality paper towel will work |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved