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Method Article
과산화물 음이온의 생성은 혈소판의 자극에 필수적이며, 조절이 잘 되지 않는 경우 혈전성 질환에 매우 중요합니다. 여기에서는 과산화물 음이온의 선택적 검출과 산화 환원 의존성 혈소판 조절 연구를 위한 세 가지 프로토콜을 제시합니다.
활성 산소종(ROS)은 매우 불안정한 산소 함유 분자입니다. 화학적 불안정성으로 인해 반응성이 매우 높고 단백질, 핵산 및 지질과 같은 중요한 생물학적 분자와 반응할 수 있는 능력을 제공합니다. 과산화물 음이온은 분자 산소 환원의 감소(즉, 하나의 전자 획득)에 의해 생성되는 중요한 ROS입니다. 초기에는 노화, 퇴행성 및 병원성 과정에만 영향을 미쳤지만, 중요한 생리적 반응에 대한 참여가 최근에 명백해졌습니다. 혈관 시스템에서 과산화물 음이온은 혈관 평활근 세포의 분화 및 기능, 혈관 신생에서 혈관 내피 세포의 증식 및 이동, 면역 반응 및 지혈에서 혈소판의 활성화를 조절하는 것으로 나타났습니다. 과산화물 음이온의 역할은 혈소판의 조절 장애와 암, 감염, 염증, 당뇨병 및 비만을 포함한 다양한 상태와 관련된 심혈관 합병증에 특히 중요합니다. 따라서 인간 혈소판에 의한 과산화물 음이온의 생성을 효과적으로 측정하고, 지혈과 혈전증 사이의 균형을 조절하는 산화 환원 의존 메커니즘을 이해하고, 궁극적으로 혈전증 및 심혈관 합병증으로 이어지는 혈소판 반응의 조절을 위한 새로운 약리학적 도구를 식별할 수 있는 것이 심혈관 연구에서 매우 중요해졌습니다. 이 연구는 혈소판에서 과산화물 음이온을 검출하고 지혈 및 혈전증을 조절하는 산화 환원 의존성 메커니즘에 대한 연구를 위해 성공적으로 채택된 세 가지 실험 프로토콜을 제시합니다: 1) 유세포 분석에 의한 디하이드로에티듐(DHE) 기반 과산화물 음이온 검출; 2) 단일 혈소판 이미징에 의한 DHE 기반 과산화물 음이온 시각화 및 분석; 3) 전자 상자성 공명(EPR)에 의한 혈소판의 과산화물 음이온 출력의 스핀 프로브 기반 정량화.
과산화물 음이온(O2•-)은 혈소판1에서 생성된 가장 기능적으로 관련성이 높은 ROS이다. O2 • -는 분자 산소의 환원의 산물이며 많은 다른 ROS 2 의 전구체입니다. O2 • -의 변이는 수용액에서의 자발적 반응 또는 과산화물 이산 효소 (SOD3 )에 의해 촉매 된 반응을 통해 과산화수소 (H2O2 )의 생성으로 이어집니다. 다양한 효소 공급원이 제안되었지만(예: 크산틴 산화효소4, 리폭시게나제5, 사이클로옥시게나제6 및 산화질소 합성효소7), 미토콘드리아 호흡 8,9 및 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 인산 산화효소(NOX)10가 진핵 세포에서 과산화물 음이온의 가장 두드러진 공급원입니다. 이것은 또한 미토콘드리아 호흡(11,12)으로부터의 전자 누출과 NOX(13,14)의 효소 활성이 과산화물 음이온 출력의 주요 원인으로 설명 된 혈소판의 경우로 보입니다.
여러 연구가 O2 • -에 의한 혈소판의 조절에 초점을 맞추었지만 책임이있는 분자 메커니즘에 대해서는 합의가 이루어지지 않았습니다. 직접 산화 및 이황화물 결합 형성을 통한 표면 수용체 활성의 조절은 다양한 혈소판 수용체에 대해 제안되었습니다. 시스테인 잔기의 직접 산화를 통한 ROS에 의한 인테그린 αIIbβ3의 양성 조절이 제안되었습니다 15,16,17. 마찬가지로, 콜라겐에 대한 혈소판 반응은 이황화물 의존성 이량체화와 그에 따른 당단백질 VI(GPVI)18의 이량체화에 의존하기 때문에, ROS 의존성 산화에 의한 수용체 활성 강화가 제안되었지만, 실험적으로 완전히 입증되지는 않았지만19. 마지막으로, 당단백질 Ib(GPIb)의 sulfhydryl 그룹의 ROS 유도 산화는 염증 중 혈소판 접착 및 혈소판-백혈구 상호 작용을 촉진하는 것으로 나타났습니다20. 반대로, sulfhydryl 그룹 산화 및 수용체 활성화 감소의 가능한 결과로서, GPVI 및 GPIb 모두의 ectodomain의 흘림은 조건21을 감소시킴으로써 감소된다.
혈소판 표면 수용체의 직접적인 산화와 독립적인 작용 방식도 제안되었습니다. O2 • -를 포함한 ROS는이 수용체(22)의 신호 캐스케이드를 부정적으로 조절하는 Src 상동 영역 2 함유 단백질 티로신 인산 효소 2 (SHP-2)의 활성을 약화시킴으로써 콜라겐 수용체 GPVI를 긍정적으로 조절하는 것으로 나타났습니다. 또한,O2•-는 일반적으로 NO-민감성 구아닐릴 사이클라아제(NO-GC)를 통해 혈소판을 억제하는 산화질소(NO)와 빠른 반응에 의해 ONOO-(퍼옥시아질산염)를 생성할 수 있으며, 음극 혈소판 조절제 고리형 GMP(cGMP)23,24의 생성을 억제합니다. 그 결과 NO 수치가 감소하면 혈소판 강화가 발생할 수 있습니다. 대안적으로, NOX2에 의한O2•-의 생성은 혈소판 활성화 및 접착에 필수적인 지질 과산화 및 이소프로스테인 형성에 기여하는 것으로 제안되었습니다25. 마지막으로, 혈소판(26)에서 산화 환원 스트레스 센서로 제안된 단백질 키나아제인 미토겐 활성화 단백질 키나아제(MAPK) 세포외 신호 조절 키나아제 5(ERK5)는O2•-에 의해 활성화되고 혈소판에서 응고제 표현형을 유도합니다(포스파티딜세린 외부화의 유세포 측정 기반 측정에 의해 추정됨)27.
혈소판에서O2•- 및 기타 ROS 생성의 조절 장애는 죽상동맥경화증, 진성 당뇨병, 고혈압, 비만 및 암과 관련된 혈전성 심혈관 합병증을 유발하는 과장된 지혈 반응과 관련이 있습니다28,29. 이러한 병리학적 환경에서 혈소판에 의한 ROS 출력이 증가하여 혈소판의 접착 및 응집 반응이 강화됩니다. 혈소판 반응에 미치는 영향 외에도, 혈소판의 활성산소 분비는 다른 혈액 세포 및 혈관 구조에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 심혈관 건강의 잘 이해되지 않고 충분히 연구되지 않은 영역이다30. 산화 스트레스와 혈전 상태를 연결하는 분자 메커니즘에 대한 이해가 제한적임에도 불구하고 심혈관 질환에 대한 보호를 위한 항산화제의 임상적 관련성은 상당한 주목을 받았습니다. 혈장 항산화제 수치는 심혈관 질환 발병 위험과 반비례하는 것으로 나타났으며, 식이 항산화제 섭취는 관상 동맥 질환을 예방하는 것으로 나타났습니다31,32. 결과적으로, 식이 항산화제의 사용은 심혈관 질환 예방을 위한 유망한 접근법으로 옹호되어 왔습니다 33,34,35. 혈소판에서 ROS 생성의 영향 중에서, 세포사멸의 증가는 중요한 병태생리학적 영향을 미칠 수 있다36,37. 전반적으로, 혈소판에 의한 O2•- 출력을 검출하고 정량화하기 위한 신뢰할 수 있는 프로토콜은 심혈관 연구에서 점점 더 관련성이 높아지고 있습니다.
현재 ROS 검출에 사용 가능한 기술은 특이성(즉, 검출된 산화제 분자의 화학적 특성은 알려지지 않음) 및 신뢰성(즉, 생물학적 분자 및 실험 시약과의 원치 않는 상호 작용이 편향된 비생리학적 결과로 이어짐)의 중요한 한계가 있습니다38,39. 혈소판에서 ROS를 검출하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 접근법은 디클로로디하이드로플루오레세인 디아세테이트(DCFDA)의 사용을 기반으로 하며, 이는 세포 내 에스테라아제에 의해 디클로로디하이드로플루오레세인(DCFH)으로 전환되고 결과적으로 하이드록실 라디칼 및 과산화효소-H2O2중간체를 포함한 세포 산화제에 의해 고형광 디클로로플루오레세인(DCF)으로 전환됩니다(40,41). 광범위한 사용에도 불구하고 세포 내 ROS38 측정을 위한 이 접근법의 신뢰성에 대해 심각한 의문이 제기되었습니다. DCFH에서 DCF로의 산화는 실제로 ROS42 대신 전이 금속 이온(예: Fe2+) 또는 헴 함유 효소(예: 시토크롬)에 의해 유도될 수 있습니다. 더욱이, DCFDA는 세포 과산화효소에 의해 세미퀴논 자유 라디칼 형태(DCF•-)로 전환되고, 이는 다시 분자 산소(O2)와O2•-의 방출과 함께 DCF로 산화되어 산화 반응의 인위적 증폭으로 이어진다 41,43,44. 따라서, DCFDA에 의한 세포내 ROS의 검출은 초기 통찰력을 얻는 데 유용하지만, 신중한 고려와 광범위한 실험적 통제가 필요하다38,39.
이 연구는 혈소판 기능 O2 • -1의 주요 조절자의 검출 및 측정을위한 세 가지 대체 기술을 제시합니다. 첫 번째 기법은 DHE와 유세포 분석을 사용한 검출로, DCFDA에 비해 신뢰성과 특이성의 이점을 제공합니다. 여기에서 제안하는 두 번째 기술도 DHE를 사용하지만 검출 방법은 실시간 혈소판 형광 이미징으로, 빠른 역학 및 단일 세포 분해능으로 혈소판 신호 전달 시 O2•-의 생성을 연구할 수 있습니다. 마지막으로, EPR 공명 실험에서 하이드록실아민 스핀 프로브 1-하이드록시-3-메톡시카르보닐-2,2,5,5-테트라메틸피롤리딘(CMH)의 사용을 기반으로 하는 프로토콜은 혈소판에 의한O2•- 생성 속도를 정량화하고 다른 조건에서 비교할 수 있는 가능성을 제공합니다.
동의한 지원자의 말초 혈액 수집은 지역 윤리 위원회와 National Health Service Health Research Authority의 승인을 받습니다(REC 참조: 21/SC/0215; IRAS ID: 283854).
1. 방법 1: 유세포 분석에 의한 DHE를 사용한 과산화물 음이온 검출
2. 방법 2: 단일 혈소판 형광 이미징에 의한 DHE를 사용한 과산화물 음이온 검출
3. 방법 3: 전자 상자성 공명(EPR)을 이용한 혈소판에 의한 과산화물 음이온 검출
DHE 형광의 유세포 분석 검출을 위해 휴지 상태(그림 3A) 또는 0.1 unit/mL 트롬빈으로 자극된 혈소판(그림 3B)에 대한 대표적인 결과를 보여줍니다. O2•- 출력은 0.1 unit/mL 트롬빈(그림 3C) 또는 3μg/mL 콜라겐 관련 펩타이드(CRP)를 사용한 자극에 대해 표시된 바와 같이 혈소판 평균 형광 ?...
이 원고에서는 O2•-의 선택적 검출을 통해 혈소판 기능의 산화 환원 의존성 조절을 조사할 수 있는 능력을 향상시킬 수 있는 세 가지 다른 기술을 제시합니다. 처음 두 가지 방법은 산화 환원 프로브가 사용되었기 때문에 기존 기술을 개선한 것입니다(더 일반적이지만 덜 신뢰할 수 있는 DCFDA 대신 DHE). 따라서 이러한 기술은 쉽게 접근할 수 있으며...
저자는 밝힐 것이 없습니다.
이 연구는 영국 심장 재단(PG/15/40/31522), 영국 알츠하이머 연구(ARUK-PG2017A-3) 및 유럽 연구 위원회(#10102507)의 지원으로 G. Pula에 지원되었습니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1-hydroxy-3-methoxycarbonyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolidine (CMH) | Noxygen Science trasfer and Diagnostics GmbH | NOX-02.1-50mg | Reagent for EPR (spin probe) |
BD FACSAria III | BD Biosciences | NA | Flow cytometer |
Bovine Serum Albumin | Merck/Sigma | A7030 | For μ-slide coating |
Bruker E-scan M (Noxyscan) | Noxygen Science trasfer and Diagnostics GmbH | NOX-E.11-BES | EPR spectrometer |
Catalase–polyethylene glycol (PEG-Cat.) | Merck/Sigma | C4963 | Hydrogen peroxide scavenger (specificity control) |
ChronoLog Model 490+4 | Labmedics/Chronolog | NA | Aggregometer |
CM radical | Noxygen Science trasfer and Diagnostics GmbH | NOX-20.1-100mg | Reagent for EPR (calibration control) |
deferoxamine | Noxygen Science trasfer and Diagnostics GmbH | NOX-09.1-100mg | Reagent for EPR |
diethyldithiocarbamate (DETC) | Noxygen Science trasfer and Diagnostics GmbH | NOX-10.1-1g | Reagent for EPR |
Dihydroethidium | Thermo Fisher Scientifics | D11347 | Superoxide anion probe |
Dimethyl sulfoxide | Merck/Sigma | 34869 | For stock solution preparation |
EPR sealing wax plates | Noxygen Science trasfer and Diagnostics GmbH | NOX-A.3-VPM | Consumable for EPR |
EPR-grade water | Noxygen Science trasfer and Diagnostics GmbH | NOX-07.7.1-0.5L | Reagent for EPR |
Fibrinogen from human plasma | Merck/Sigma | F4883 | For μ-slide coating |
FITC anti-human CD41 Antibody | BioLegend | 303704 | Platelet-specific staining for flow cytometry |
Glass cuvettes | Labmedics/Chronolog | P/N 312 | Consumable for incubation in aggregometer |
Horm Collagen | Labmedics/Chronolog | P/N 385 | For platelet stimulation |
ImageJ | National Institutes of Health (NIH) | NA | ImageJ 1.53t (Wayne Rasband) |
Indomethacin | Merck/Sigma | I7378 | For platelet isolation |
Micropipettes DURAN 50µl | Noxygen Science trasfer and Diagnostics GmbH | NOX-G.6.1-50µL | Consumable for EPR |
Poly-L-lysine hydrochloride | Merck/Sigma | P2658 | For μ-slide coating |
Prostaglandin E1 (PGE1) | Merck/Sigma | P5515 | For platelet isolation |
Sodium citrate (4% w/v solution) | Merck/Sigma | S5770 | For platelet isolation |
Stirring bars (Teflon-coated) | Labmedics/Chronolog | P/N 313 | Consumable for incubation in aggregometer |
Superoxide dismutase–polyethylene glycol (PEG-SOD) | Merck/Sigma | S9549 | Superoxide anion scavenger (specificity control) |
Thrombin from human plasma | Merck/Sigma | T6884 | For platelet stimulation and μ-slide coating |
VAS2870 | Enzo Life Science | BML-EI395 | NOX inhibitor |
Zeiss 510 LSM confocal microscope | Zeiss | NA | Confocal microscope |
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