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Method Article
ここで説明するキヌレニン経路で生成される4種類のトリプトファン代謝産物(キヌレニン、3−ヒドロキシキヌレニン、キサンチュレン酸、3−ヒドロキシアントラニル酸)を、液体クロマトグラフィーによって分析した培養液から採取した培地中の単一の四重極質量分析法を用いて説明する。
キヌレニン経路とキヌレニンと呼ばれるトリプトファンのカマボリテは、免疫調節と癌生物学への関与に対する注目度が高まっています。 インビトロ 細胞培養アッセイは、疾患メカニズムにおける異なるトリプトファンカマボリテの寄与について学び、治療戦略をテストするためにしばしば使用される。分泌代謝物およびシグナル伝達分子が豊富な細胞培養培地は、トリプトファン代謝および他の細胞事象の状況を反映する。複雑な細胞培養培地における複数のキヌレニンの信頼性の高い定量のための新しいプロトコルは、複数のサンプルの信頼性と迅速な分析を可能にするために望まれる。これは、質量分析と結合された液体クロマトグラフィーで達成することができる。この強力な技術は、代謝産物の定量のために多くの臨床および研究機関で使用され、キヌレニンの測定に使用することができます。
ここでは、4つのキヌレニン、すなわちキヌレニン、3-ヒドロキシキヌレニン、3-ヒドロキシキヌレニン、3-ヒドロキシアントラニル、およびキサンスレン酸を 、インビトロ 培養癌細胞から採取した培地において、単四重極質量分析(LC-SQ)と結合した液体クロマトグラフィーの使用を示す。SQ検出器は、他の質量分析計に比べて使いやすく、安価です。SQ-MS分析では、サンプルから複数のイオンが生成され、特定の質量電荷比(m/z)に従って分離され、その後に単一イオン監視(SIM)モードを使用して検出されます。
本稿では、報告された方法の利点を取り上げ、いくつかの弱点を示す。これは、クロマトグラフィーおよび質量分析と共にサンプル調製を含むLC-SQ分析の重要な要素に焦点を当てています。品質管理、方法キャリブレーション条件、マトリックス効果の問題についても説明します。我々は、すべての標的検体のための1つのアナログ標準として3-ニトロチロシンの簡単な適用を記述した。ヒト卵巣および乳癌細胞の実験によって確認されるように、提案されたLC-SQ法は信頼できる結果を生成し、さらに他 のインビトロ 細胞モデルに適用することができる。
キヌレニン経路(KP)は、ヒト細胞におけるトリプトファン(Trp)の変性の主要な経路である。インドールアミン-2,3-ジオキシゲナーゼ(IDO-1)は、KPの第1及び制限酵素であり、TrpをN-フォルミルカヌレニン1に変換する。KP内のさらなるステップは、他の二次代謝産物、すなわち種々の生物学的特性を示すキヌレニンを生成する。キヌレニン(Kyn)は、アリル炭化水素受容体(AhR)2に結合した後に、毒性特性および細胞イベントを調節する第1の安定したTrpカタボライトである。その後、Kynは自発的にまたは酵素媒介プロセス内のいくつかの分子に変換され、3-ヒドロキシキヌレニン(3HKyn)、アントラニル酸(AA)、3-ヒドロキシアントラニル酸(3-HAA)、キヌレン酸(Kyna)、キナンテレン酸(XA)などの代謝産物を生成する。別の下流代謝産物は、2-アミノ-3-カルボキシムコン酸-6-セミアルデヒド(ACMS)、キノリン酸(QA)またはピコリン酸(PA)1に非酵素的なサイクライゼーションを行う。最後に、QAは、さらにニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)3、重要な酵素補因子であるKP終点代謝産物に変換される。キヌレニンには、キナやPAなどの神経保護特性があるものもあれば、3HAAや3HKynの他の人は有毒である4.3HKynから形成されるキサンスレン酸は抗酸化作用と血管弛緩性5を提示する。XAは、老化したレンズに蓄積し、上皮細胞のアポトーシスを導く6.KPは、20世紀半ばに記述され、様々な障害への関与が実証されたときに、より注目を集めました。この代謝経路の活性の増加およびいくつかのキヌレニンの蓄積は、免疫応答を調節し、うつ病、統合失調症、脳症、HIV、認知症、筋萎縮性側索硬化症、マラリア、アルツハイマー病、ハンチントン病、癌4、7などの異なる病理学的状態に関連している。Trp代謝のいくつかの変化は、腫瘍微小環境および癌細胞2,8で観察される。また、キヌレニンは有望な疾患マーカー9と考えられている。がん研究において、in vitro細胞培養モデルは、抗癌剤10に対する応答の前臨床評価のために十分に確立され、広く使用されている。Trp代謝産物は、細胞によって培養培地中に分泌され、キヌレニン経路の状態を評価するために測定することができる。そのため、容易で柔軟で信頼性の高いプロトコルを備えた様々な生物学的標本において、できるだけ多くのKP代謝産物を同時に検出するための適切な方法を開発する必要があります。
本論文では、がん細胞から採取した培養後の培地において、キヌレニン経路代謝産物であるKyn,3HKyn,3HAA,XAをLC-SQで同時に決定するためのプロトコルについて述べた。現代の分析的アプローチにおいて、液体クロマトグラフィー13、14、15、16は、個々のトリプトファン・カマボリトの同時検出および定量化に好ましく、エーリッヒ試薬11,12を利用した生化学的非特異的アッセイとは対照的である。現在のところ、ヒト検体におけるキヌレニンの測定には、主に紫外線または蛍光検出器13、17、18、19による液体クロマトグラフィーに基づく多くの方法がある。液体クロマトグラフィーと質量分析検出器(LC-MS)を組み合わせると、感度が高く(検出の下限)、選択性、再現性が高いため、このタイプの分析に適しているようです。
Trp代謝産物は、ヒト血清、血漿および尿13、20、21、22、23において既に決定されているが、細胞培養培地のような他の生物学的標本に対する方法も望まれている。以前、LC-MSは、ヒトグリオーマ細胞の培養後に採取した培地中のTrp由来化合物、単球、樹状細胞、またはインターフェロンガンマ(IFN-γ)24、25、26で処理されたアストロサイトに使用した。現在、がんモデルで使用される異なる培養培地、細胞、および治療における複数の代謝産物の評価を可能にする新しい検証済みプロトコルが必要です。
開発された方法の目的は、KPの異常を示すことができる4つの主要なキヌレニンを(1つの分析実行内で)定量することです。ここに提示される、 インビトロ 培養ヒト癌細胞27から採取した培地において、1つの内部標準(3-ニトロチロシン、3NT)を用いて選択された有意義なキヌレニンの定量的LC-SQ分析のための我々の最近発表されたプロトコルの重要なステップが示される。我々の知る限りでは、 インビトロ で増殖した細胞から得られた培養培地中で3HKyn、3HAA、KynおよびXAを同時に定量する初のLC-SQプロトコルです。いくつかの変更では、この方法は、より広い範囲の細胞培養モデルにおけるTrp代謝の変化を研究するためにさらに適用される可能性がある。
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1. 標準3NT、キエン、3HKyn、3HAA、XA標準ストックソリューションの調製
2. 炭処理培地の製造
3. キャリブレーションソリューションとキャリブレーションカーブの作成
4. 品質管理(QC)サンプルの調製
5. LC-MS システムの設定
6. キャリブレーションカーブの構築
7. インビトロ細胞培養と分析用サンプル採取
8. LC-MS 分析用のサンプルの準備
9. タンパク質の含有量とデータの正規化の評価
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LC-MSは、複雑な標本の一部の成分がいわゆるマトリックス効果を引き起こし、分析物のイオン化を損なうにもかかわらず、生物学的に活性な分子の定量化において紛れもない利点を提示する。それはイオン抑制またはイオン増強をもたらし、精度を強く低下させ、LC-MSの検出/定量の限界に影響を及ぼし、これは方法の「弱い」点と考えられる。我々のプロトコルでは、イオンは正のモードで?...
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本論文では、 インビトロ 培養ヒト癌細胞から培地で測定される4つの主要Trp代謝物(3HKyn、Kyn、3HAA、XA)の同時定量化のための詳細なLC-SQプロトコルを提示する。分析の中で最も重要な点であるサンプル調製、クロマトグラフィー/質量分析法、データ解釈に特に注意が払われます。
一般に、LC-MS分析は、高感度のため、使用材料のプロトコルの厳密さと純度の最高水?...
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著者らは開示するものは何もない。
この研究は、東ポーランド2007-2013(POPW.01.03.00-06-003/09-00)、ルブリンのジョン・ポール2世カトリック大学(イロナ・サドクのための若い科学者助成金)のバイオテクノロジーと環境科学の学部によって、東ポーランドの運用プログラム開発の下で欧州地域開発基金から欧州連合によって支援されました OPUS13(2017/25/B/NZ4/01198マグダレーナ・スタニシェフスカ、原則調査官)。 著者らは、細胞培養およびタンパク質定量のための装置を共有してくれたJPII CULの学際研究センター、酸化ストレス研究所のアニエスカ・シシビオール教授に感謝する。
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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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