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Method Article
* Estos autores han contribuido por igual
La β oxidación de ácidos grasos es una vía metabólica esencial responsable de generar energía en muchos tipos de células diferentes, incluidos los hepatocitos. Aquí, describimos un método para medir la β oxidación de ácidos grasos en hepatocitos primarios recién aislados utilizando ácido palmítico marcado con 14C.
La β oxidación de ácidos grasos es una vía metabólica clave para satisfacer las demandas de energía del hígado y proporcionar sustratos y cofactores para procesos adicionales, como la cetogénesis y la gluconeogénesis, que son esenciales para mantener la homeostasis de la glucosa de todo el cuerpo y apoyar la función de los órganos extrahepáticos en el estado de ayuno. La β oxidación de ácidos grasos ocurre dentro de las mitocondrias y los peroxisomas y se regula a través de múltiples mecanismos, incluida la absorción y activación de ácidos grasos, los niveles de expresión enzimática y la disponibilidad de cofactores como la coenzima A y NAD +. En los ensayos que miden la β oxidación de ácidos grasos en homogeneizados hepáticos, la lisis celular y la adición común de niveles suprafisiológicos de cofactores enmascaran los efectos de estos mecanismos reguladores. Además, la integridad de los orgánulos en los homogeneizados es difícil de controlar y puede variar significativamente entre preparaciones. La medición de la β oxidación de ácidos grasos en hepatocitos primarios intactos supera las trampas anteriores. Este protocolo describe un método para la medición de la β oxidación de ácidos grasos en una suspensión de hepatocitos primarios de ratón recién aislados incubados con ácido palmítico marcado con 14C. Al evitar horas o días de cultivo, este método tiene la ventaja de preservar mejor los niveles de expresión de proteínas y la actividad de la vía metabólica del hígado original, incluida la activación de la β oxidación de ácidos grasos observada en hepatocitos aislados de ratones en ayunas en comparación con ratones alimentados.
La β-oxidación de ácidos grasos es un proceso esencial en el metabolismo de los lípidos, proporcionando una vía catabólica para equilibrar la síntesis de ácidos grasos y la ingesta de la dieta. Este proceso genera energía para múltiples órganos, incluidos el músculo cardíaco, la corteza renal y el hígado en ayunas, y utiliza ácidos grasos obtenidos de la dieta, la lipólisis del tejido adiposo y las reservas internas de triglicéridos 1,2.
La oxidación de los ácidos grasos a través de la vía de β-oxidación da como resultado el acortamiento secuencial de la cadena de acilo graso por dos carbonos a la vez, liberados como acetil-CoA, y este proceso ocurre tanto en las mitocondrias como en los peroxisomas. Mientras que la mayoría de los ácidos grasos sufren sólo β-oxidación, algunos se oxidan en diferentes carbonos antes de entrar en esta vía. Por ejemplo, los ácidos grasos sustituidos por 3-metilo, como el ácido fitánico, se someten a la eliminación de un carbono por α-oxidación en los peroxisomas antes de entrar en la vía de β-oxidación. Del mismo modo, algunos ácidos grasos se convierten primero en ácidos grasos dicarboxílicos por oxidación del grupo metilo terminal (ω-oxidación) en el retículo endoplásmico antes de ser oxidados preferentemente en los peroxisomas por β-oxidación3.
Independientemente del orgánulo específico, un ácido graso primero debe convertirse en un tioéster de coenzima A (CoA), o acil-CoA, para oxidarse a través de la vía de β oxidación. β-Oxidación de acil-CoAs de cadena larga en la matriz mitocondrial requiere el transbordador de carnitina para su translocación, donde la carnitina palmitoiltransferasa 1 (CPT1) cataliza la conversión de acil-CoAs en acilcarnitinas y es la enzima limitante de velocidad en este proceso4. Una vez translocados a la matriz mitocondrial, los acil-CoAs se vuelven a formar y sirven como sustratos para la maquinaria mitocondrial de β-oxidación. En el estado de ayuno, el acetil-CoA producido a través de la β-oxidación en las mitocondrias hepáticas se canaliza principalmente a la cetogénesis. Los peroxisomas sirven como el sitio principal para la β-oxidación de los ácidos grasos de cadena muy larga, cadena ramificada y dicarboxílicos. Los peroxisomas no requieren el transbordador de carnitina para importar sustratos de ácidos grasos, sino que importan los correspondientes acilo-CoAs a través de la actividad de los transportadores de casete de unión a ATP (ABC) ABCD1-35. Dentro de los peroxisomas, los acil-CoAs son oxidados por un conjunto dedicado de enzimas, distintas de la maquinaria de β oxidación de ácidos grasos mitocondriales. Tanto las mitocondrias como los peroxisomas también requieren un suministro de NAD + y CoA libre para oxidar las cadenas de acilo graso. Se ha demostrado que los niveles de CoA en el hígado aumentan en respuesta al ayuno, lo que respalda el aumento de la tasa de oxidación de ácidos grasos que ocurre en este estado6. Además, el aumento de la degradación de CoA en los peroxisomas resulta en una disminución selectiva de la oxidación de ácidos grasos peroxisomales7. Por lo tanto, el proceso de oxidación de ácidos grasos dentro de la célula está regulado por los niveles de expresión y las actividades de las enzimas involucradas en la activación, transporte y oxidación de los ácidos grasos, así como las concentraciones de cofactores y otros metabolitos a través de múltiples compartimentos subcelulares.
Los procedimientos que utilizan homogeneizados de tejidos para medir la oxidación de ácidos grasos destruyen la arquitectura celular que regula y apoya este proceso, lo que lleva a una recopilación de datos que no reflejan con precisión el metabolismo in vivo. Si bien las técnicas que utilizan hepatocitos primarios chapados preservan este sistema, el cultivo de células aisladas durante largos períodos de tiempo resulta en una pérdida del perfil de expresión génica in vivo que estaba presente en las células cuando todavía vivían dentro del animal 8,9. El siguiente protocolo describe un método para aislar los hepatocitos primarios y evaluar su capacidad de β-oxidación de ácidos grasos inmediatamente después del aislamiento y en suspensión, utilizando [1-14C]ácido palmítico. El ensayo se basa en la medición de la radiactividad asociada con los metabolitos solubles en ácido (MAPE) o productos, como el acetil-CoA, producidos por la β-oxidación del ácido palmítico [1-14C]10,11.
Todos los procedimientos experimentales en ratones (C57BL / 6J, machos, 9-11 semanas de edad) fueron aprobados por los Comités Institucionales de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de la Universidad de Virginia Occidental.
1. Aislamiento de hepatocitos
Figura 1: Aparato de perfusión e hígado perfundido. (A) Bomba peristáltica con línea de salida conectada a la aguja utilizada para cannular y perfundir el hígado. (B) La canulación exitosa está indicada por el blanqueamiento inmediato y homogéneo del hígado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
2. Ensayo de β oxidación de ácidos grasos
NOTA: El ensayo se realiza por triplicado, y cada mezcla de reacción contiene 750.000 células, 1,35 mg/ml de albúmina sérica bovina (BSA), 100 μM de ácido palmítico y 0,4 μCi [1-14C]de ácido palmítico en un volumen final de 2 ml.
PRECAUCIÓN: Los compuestos radiactivos son peligrosos. Comprar, manipular, almacenar y desechar material radiactivo de acuerdo con las regulaciones institucionales, estatales y federales.
Búferes/componentes multimedia | Importe | Concentración final | Instrucciones |
Solución C | |||
Kcl | 1,79 g | 480 metros | Añadir agua a 50 ml. Conservar a 4 °C |
MgSO4 heptahidrato | 1,48 g | 120 metros | |
KH2PO4 | 0,81 g | 119 metros | |
Krebs-Henseleit Buffer (KHB), libre de calcio | |||
NaCl | 7,0 g | 120 metros | Agregue agua a 900 ml, ajuste el pH a 7.4 y lleve el volumen final a 1 L. Almacene a 4 ° C |
NaHCO3 | 2,0 g | 24 metros | |
1 M HEPES pH 7,45 | 5 ml | 5 mM | |
Glucosa | 1 o 2 g | 5,6 o 11 mM | |
Solución C | 10 ml | ||
Búfer 1 | |||
KHB | 500 ml | Mezcle los componentes y esterilice el filtro. Conservar a 4 °C | |
EGTA de 50 mM | 1,0 ml | 0,1 mM | |
Búfer 2 | |||
KHB | 500 ml | Mezcle los componentes y esterilice el filtro. Conservar a 4 °C | |
1 M CaCl2 dihidratado | 686 μL | 1,4 mM | |
Solución de gentamicina | |||
Sulfato de gentamicina | 0,5 g | 50 mg/ml | Agregue agua a 10 ml y esterilice con filtro. Alícuota y conservación a -20 °C |
Solución de colagenasa | |||
Mezcla de colagenasa I y II | 10 mg | 7 mg/ml | Disolver todo el contenido del vial en 1,43 ml de agua. Alícuota y conservación a -20 °C |
M199 | |||
M199 | 1 bolsa | Agregue agua a 900 ml y ajuste el pH a 7.2-7.4. Llevar el volumen final a 1 L y esterilizar con filtro. Conservar a 4 °C | |
NaHCO3 | 2,2 g | 26 mM | |
1 M HEPES (grado de cultivo celular) | 25 ml | 25 mM | |
Glucosa extra (solo para ratones alimentados) | 1 g | 11 metros | |
Solución BSA | |||
BSA libre de ácidos grasos | 400 mg | 20% (p/v) | Disolver en 2 mL de agua. Alícuota y conservación a -20 °C |
Solución de ácido palmítico no radiactivo | |||
Ácido palmítico | 103 mg | 200 mM | Disolver en 2 ml de etanol, conservar a -20 °C |
1 M Ácido perclórico | |||
70% ácido perclórico | 3,5 ml | 1 M | Diluir a 40 ml con agua. Conservar a temperatura ambiente |
Tabla 1: Tampones, medios y otras soluciones necesarias para el aislamiento de hepatocitos y el ensayo de β oxidación de ácidos grasos
Número de reacción | Inhibidores de la ± M199 | Suspensión de hepatocitos (μL) | Mezcla de sustrato (μL) | ||||
Volumen (μL) | Etomoxir | ||||||
1 | 750 | - | Precalentamiento a 37 °C | 750 | Preincubar a 37 °C durante 15 min | 500 | Incubar a 37 °C durante 15 min |
2 | |||||||
3 | |||||||
4 | + | ||||||
5 | |||||||
6 | |||||||
7 | + | Deténgase inmediatamente | |||||
8 | |||||||
9 |
Tabla 2: Ejemplo de la configuración experimental para una suspensión de hepatocitos ensayada por triplicado en presencia y ausencia de etomoxir.
La perfusión hepática descrita aquí típicamente produce 30-40 millones de células / hígado con una viabilidad promedio del 80%, según lo estimado por la exclusión del azul de tripano (Figura 2). La concentración típica de glucosa en el tampón Krebs-Henseleit (KHB), que se utiliza para preparar los tampones de perfusión 1 y 2, es de 11 mM. Al medir la β oxidación de ácidos grasos en hepatocitos aislados de ratones en ayunas, la concentración de glucosa en el KHB se puede reduc...
Durante la perfusión hepática, es fundamental evitar la introducción de burbujas de aire, ya que bloquean los microcapilarios en el hígado, impidiendo o restringiendo la circulación tampón y disminuyendo en general el rendimiento y la viabilidad de los hepatocitos20,21. Las precauciones, como inspeccionar de cerca la línea de entrada llena de tampón antes de la canulación del IVC y evitar levantar la línea de entrada del tubo que contiene el tampón 1 p...
Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar.
Este trabajo fue apoyado por la subvención R35GM119528 de los Institutos Nacionales de Salud a Roberta Leonardi.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
(R)-(+)-Etomoxir sodium salt | Tocris Bioscience | 4539/10 | |
[1-14C]-Palmitic acid, 50–60 mCi/mmol, 0.5 mCi/mL | American Radiolabeled Chemicals | ARC 0172A | |
1 M HEPES, sterile | Corning | 25060CI | |
10 µL disposable capillaries/pistons for positive displacement pipette | Mettler Toledo | 17008604 | |
1000 µL, 200 µL, and 10 µL pipettes and tips | |||
5 mL, 10 mL, and 25 mL serological pipettes | |||
50 mL sterile centrifuge tubes | CellTreat | 229421 | |
70% Perchloric acid | Fisher Scientific | A2296-1LB | |
BSA, fatty acid-free | Fisher Scientific | BP9704100 | |
CaCl2 dihydrate | MilliporeSigma | 223506 | |
D-(+)-Glucose | MilliporeSigma | G7021 | |
EGTA | Gold Biotechnology | E-217 | |
Ethanol | Pharmco | 111000200CSPP | |
Filter System, 0.22 μm PES Filter, 500 mL, Sterile | CellTreat | 229707 | |
Gentamicin sulphate | Gold Biotechnology | G-400-25 | |
HDPE, 6.5 mL scintillation vials | Fisher Scientific | 03-342-3 | |
Hemocytometer | |||
Hypodermic needles 22 G, 1.5 in | BD Biosciences | 305156 | |
Isoflurane | VetOne | 502017 | |
KCl | Fisher Scientific | BP366-1 | |
KH2PO4 | MilliporeSigma | P5655 | |
Liberase TM Research Grade | MilliporeSigma | 5401119001 | Defined blend of purified collagenase I and II with a medium concentration of thermolysin |
M199 medium | MilliporeSigma | M5017 | |
MgSO4 heptahydrate | MilliporeSigma | M1880 | |
Microcentrifuge | Fisher Scientific | accuSpin Micro 17 | |
Microdissecting Scissors | Roboz Surgical Instrument Co | RS-5980 | |
NaCl | Chem-Impex International | 30070 | |
NaHCO3 | Acros Organics | 424270010 | |
Palmitic acid | MilliporeSigma | P0500 | |
Penicillin/streptomycin (100x) | Gibco | 15140122 | |
Phosphate buffered saline (PBS) | Cytiva Life Sciences | SH30256.01 | |
Positive displacement pipette MR-10, 10 µL | Mettler Toledo | 17008575 | |
Refrigerated centrifuge with inserts for 50 mL conical tubes | Eppendorf | 5810 R | |
Round-bottom, 14 mL, polypropylene culture test tubes | Fisher Scientific | 14-956-9A | |
Scintillation counter | Perkin Elmer | TriCarb 4810 TR | |
ScintiVerse BD cocktail | Fisher Scientific | SX18-4 | |
Shaking water bath, 30 L capacity | New Brunswick Scientific | Model G76 | |
Sterile cell strainers, 100 µm | Fisher Scientific | 22363549 | |
Thumb Dressing Forceps | Roboz Surgical Instrument Co | RS-8120 | |
Trypan Blue | Corning | 25900CI | |
Variable-flow peristaltic pump | Fisher Scientific | 138762 | |
Water baths, 2–2.5 L capacity |
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