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Method Article
这里描述的是一个协议,用于确定从液体色谱分析的癌细胞培养物中收集的介质中产生的四种不同的色氨酸代谢物(金黄素、3-羟基核素、Xanthurenic酸、3-羟基苯甲酸)。
基努雷宁通路和色氨酸卡塔博利特称为基努雷宁已经受到越来越多的关注,因为他们参与免疫调节和癌症生物学。 体外 细胞培养分析通常用于了解不同色氨酸卡托邦细胞在疾病机制中的贡献以及用于测试治疗策略。富含分泌代谢物和信号分子的细胞培养介质反映了色氨酸代谢和其他细胞事件的状态。需要在复杂的细胞培养介质中可靠量化多种基努他宁的新协议,以便对多个样本进行可靠和快速的分析。这可以通过液体色谱与质谱学相结合来完成。这种强大的技术用于许多临床和研究实验室的代谢物的定量,可用于测量基努他宁。
这里介绍的是使用液相色谱与单四足质谱(LC-SQ)同时确定四个基努他宁,即基努雷宁,3-羟基核素,3-羟基苯甲酸,和从 体外 培养癌细胞中收集的介质中的黄曲霉素酸。SQ探测器使用简单,与其他质谱仪相比更便宜。在 SQ-MS 分析中,根据样品的特定质量与电荷比(m/z)生成并分离多个离子,然后使用单离子监控 (SIM) 模式进行检测。
本文注重报告方法的优点,指出了一些薄弱环节。它侧重于LC-SQ分析的关键要素,包括样品准备以及色谱和质谱分析。还讨论了质量控制、方法校准条件和矩阵效应等问题。我们描述了一个简单的应用3硝基酪氨酸作为一个模拟标准的所有目标分析。经人类卵巢癌和乳腺癌细胞实验证实,建议的LC-SQ方法产生可靠的结果,并可进一步应用于其他 体外 细胞模型。
基努琳通路 (KP) 是人类细胞中色氨酸 (Trp) 催化的主要途径。在肝外细胞中,印度胺-2,3-二氧酶(IDO-1)是第一种限制KP酶,并将Trp转化为N-形成基核素1。KP 内的进一步步骤会生成其他次要代谢物,即具有各种生物特性的基努他宁。Kynurenine (Kyn) 是第一个稳定的 Trp 催化物, 显示有毒性质和调节细胞事件后, 结合到阿丽尔碳氢化合物受体 (AhR)2.随后,Kyn被自发地或在酶介质过程中转化为几个分子,产生诸如3-羟基核素(3HKyn)、炭酸(AA)、3-羟基苯甲酸(3-HAA)、基努雷尼酸(Kyna)和Xanthurenic酸(XA)等代谢物。另一种下游代谢物,2-氨基-3-卡博基霉素酸-6-半醛(ACMS),经历非酶循环奎诺利尼酸(QA)或野餐酸(PA)1.最后,QA被进一步转化为烟酰胺-腺苷二核苷酸(NAD+)3,KP端点代谢物,是一个重要的酶共同因子。一些基努肾上腺素具有神经保护特性,如Kyna和PA,而其他,即3HAA和3HKyn,是有毒的4。由3HKyn形成的Xanthurenic酸具有抗氧化和血管电离特性5。XA在老化的镜片中积累,导致上皮细胞6的凋亡。KP在20世纪中叶被描述,当它参与各种疾病被证明时,它得到了更多的关注。这种代谢途径的增加和一些kynurenine的积累调节免疫反应,并与不同的病理条件,如抑郁症,精神分裂症,脑病,艾滋病毒,痴呆症,肌萎缩性侧索硬化症,疟疾,阿尔茨海默氏症,亨廷顿舞蹈症和癌症4,7。在肿瘤微环境和癌细胞2,8中观察到Trp新陈代谢的一些变化。此外,基努雷宁被认为是有希望的疾病标记9。在癌症研究中,体外细胞培养模型已建立并广泛应用于抗癌药物10的药前评价。Trp代谢物由细胞分泌到培养基中,可以测量以评估基努艾琳通路的状态。因此,需要开发适当的方法,以简单、灵活和可靠的协议,在各种生物标本中同时检测尽可能多的KP代谢物。
在本文中,我们描述了一个协议,用于同时确定四个基努艾琳通路代谢物:Kyn、3HKyn、3HAA和XA,由LC-SQ在从癌细胞中收集的培养基中。在现代分析方法中,液相色谱13、14、15、16优先于同时检测和量化单个色氨酸催化物,而使用Erlich试剂11、12进行生化非特异性检测。目前,人类标本中有许多用于基努他宁测定的方法,主要基于带有紫外线或荧光检测仪13、17、18、19的液相色谱。液相色谱与质谱探测器 (LC-MS) 似乎更适合此类分析,因为其灵敏度较高(检测范围较低)、选择性和可重复性。
Trp代谢物已经确定在人类血清,血浆和尿液13,20,21,22,23,但是,其他生物标本的方法,如细胞培养介质也是需要的。此前,LC-MS用于培养人类胶质瘤细胞、单核细胞、支气管细胞或用干扰素伽马(IFN-γ)治疗的星形细胞(IFN-γ)24、25、26后收集的介质中的Trp衍生化合物。目前,需要新的验证协议,可以评估不同培养基、细胞和癌症模型中使用的治疗方法中的几个代谢物。
开发方法的目的是量化(在一次分析运行内)四个主要的基努雷宁,可以指示KP的异常。这里介绍的是我们最近出版的协议的关键步骤,定量LC-SQ分析选定的有意义的基努雷宁使用一个内部标准(3-硝基罗辛,3NT)在从 体外 培养的人类癌细胞27收集的介质。据我们所知,这是第一个LC-SQ协议,用于在从 体外 生长细胞获得的培养基中同时量化3HKyn、3HAA、Kyn和XA。经过一些修改后,该方法可以进一步应用于研究Trp代谢在更广泛的细胞培养模型中的变化。
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1. 准备标准 3NT、Kyn、3HKyn、3HAA、XA 标准库存解决方案
2. 木炭处理文化媒介的制备
3. 制作校准解决方案和校准曲线
4. 编制质量控制 (QC) 样品
5. 建立LC-MS系统
6. 构建校准曲线
7. 体外细胞培养和样本收集,供分析
8. 为LC-MS分析准备样品
9. 评估蛋白质含量和数据正常化
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LC-MS在生物活性分子的量化方面具有无可争辩的优势,尽管复杂标本的某些成分会导致所谓的基质效应,并损害分析物的电位化。它导致离子抑制或离子增强,严重降低精度,并影响LC-MS的检测/量化极限,这被认为是该方法的"弱"点。在我们的协议中,离子是由正模式下的电喷雾电离子化(ESI)产生的,这也用于Trp代谢物测定13的其他研究。然而,与大气压力化学电化
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本文提出了一个详细的LC-SQ协议,用于同时量化四个主要的Trp代谢物(3HKyn,Kyn,3HAA,XA),这些代谢物是用 体外 培养的人类癌细胞的介质测量的。特别注意样品的准备、色谱/质谱过程和数据解释,这是分析中最重要的一点。
一般来说,LC-MS 分析由于灵敏度高,需要对二手材料的严格性和纯度进行最高标准的协议。它是指在整个标准程序中应用整齐清洁和正确洗涤的?...
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作者没有什么可透露的。
这项工作得到欧洲联盟根据《2007-2013年波兰东部业务方案发展》获得欧洲联盟区域发展基金的支持(POPW.01.03.00-06-003/09-00),由卢布林约翰·保罗二世天主教大学生物技术和环境科学学院(波兰国家科学中心为伊洛娜·萨多克提供青年科学家赠款), OPUS13 (2017/25/B/NZ4/01198 马格达莱娜·斯塔尼谢夫斯卡,原则调查员)。 作者感谢JPY CUL跨学科研究中心氧化应激实验室的阿格涅什卡·奇比尔教授分享细胞培养和蛋白质定量设备。
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
3-hydroksy-DL-kynurenina | Sigma-Aldrich | H1771 | |
3-hydroxyanthranilic acid | Sigma-Aldrich | 148776 | 97% |
3-nitro-L-tyrosine | Sigma-Aldrich | N7389 | |
Acetonitrile | Supelco | 1.00029 | hypergrade for LC-MS LiChrosolv |
Activated charcoal | Supelco | 05105 | powder |
Analytical balance | Ohaus | ||
Analytical column | Agilent Technologies | 959764-902 | Zorbax Eclipse Plus C18 rapid resolution HT (2.1 x 100 mm, 1.8 µm) |
Ammonium formate | Supelco | 7022 | eluent additive for LC-MS, LiChropur, ≥99.0% |
Bovine Serum Albumin | Sigma | 1001887398 | |
Caps for chromatographic vials | Agilent Technologies | 5185-5820 | blue screw caps,PTFE/red sil sepa |
Cell culture dish | Nest | 704004 | polystyrene, non-pyrogenic, sterile |
Cell culture plate | Biologix | 07-6012 | 12-well, non-pyrogenic, non-cytoxic, sterille |
Cell incubator | Thermo Fisher Scientific | HERAcell 150i Cu | |
Centrifuge | Eppendorf | model 5415R | |
Centrifuge | Eppendorf | model 5428 | |
Centrifuge tubes | Bionovo | B-2278 | Eppendorf type, 1.5 mL |
Centrifuge tubes | Bionovo | B-3693 | Falcon type, 50 mL, PP |
Chromatographic data acqusition and analysis software | Agilent Technologies | LC/MSD ChemStation (B.04.03-S92) | |
Chromatographic insert vials | Agilent Technologies | 9301-1387 | 100 µL |
Chromatographic vials | Agilent Technologies | 5182-0714 | 2 mL, clear glass |
Dimethyl sulfoxide | Supelco | 1.02950 | Uvasol |
Dubelcco’s Modified Eagle’s Medium (DMEM) | PAN Biotech | P04-41450 | |
Dual meter pH/conductivity | Mettler Toledo | SevenMulti | |
Evaporator | Genevac | model EZ-2.3 Elite | |
Fetal bovine serum | Sigma-Aldrich | F9665 | |
Formic acid | Supelco | 5.33002 | for LC-MS LiChropur |
Glass bottle for reagents storage | Bionovo | S-2070 | 50 mL, clear glass |
Guard column | Agilent Technologies | 959757-902 | Zorbax Eclipse Plus-C18 Narrow Bore Guard Column (2.1 x 12.5 mm, 5 µm) |
Hydrochloric acid | Merck | 1.00317.1000 | |
L-kynurenine | Sigma-Aldrich | K8625 | ≥98% (HPLC) |
Magnetic stirrer | Wigo | ES 21 H | |
Microbalance | Mettler Toledo | model XP6 | |
Milli-Q system | Millipore | ZRQSVPO30 | Direct-Q 3 UV with Pump |
Quadrupole mass spectrometer | Agilent Technologies | G1948B | model 6120 |
Penicillin-Streptomycin | Sigma-Adrich | 048M4874V | |
Plate reader | Bio Tek | Synergy 2 operated by Gen5 | |
Potassium chloride | Merck | 1.04936.1000 | |
Potassium dihydrogen phosphate | Merck | 1.05108.0500 | |
Protein Assay Dye Reagent Concentrate | BioRad | 500-0006 | |
See-saw rocker | Stuart | SSL4 | |
Serological pipette | Nest | 326001 | 5 mL, polystyrene, non-pyrogenic, sterile |
Sodium chloride | Sigma-Aldrich | 7647-14-5 | |
Sodium phosphate dibasic | Merck | 1.06346.1000 | |
Solvent inlet filter | Agilent Technologies | 5041-2168 | glass filter, 20 μm pore size |
Solvent reservoir (for LC-MS) | Agilent Technologies | 9301-6524 | 1 L, clear glass |
Solvent reservoir (for LC-MS) | Agilent Technologies | 9301-6526 | 1 L, amber glass |
Spreadsheet program | Microsoft Office | Microsoft Office Excel | |
Stir bar | Bionovo | 6-2003 | teflon coated |
Syringe filters for culture medium filtration | Bionovo | 7-8803 | regenerated cellulose, Ø 30 mm, 0,45 µm |
Syringe filters for mobile phase components filtration | Bionovo | 6-0018 | nylon, Ø 30 mm, 0,22 µm |
Tissue culture plates | VWR | 10062-900 | 96-wells, sterille |
Trypsin-EDTA Solution | Sigma-Aldrih | T4049-100 mL | |
Ultra-High Performance Liquid Chromatography system | Agilent Technologies | G1367D, G1379B, G1312B, G1316C | 1200 Infinity system consisted of autosampler (G1367D), degasser (G1379B), binary pump (G1312B), column thermostat (G1316C) |
Ultrasound bath | Polsonic | 104533 | model 6D |
Vortex | Biosan | model V-1 plus | |
Xanthurenic acid | Sigma-Aldrich | D120804 | 96% |
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