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Method Article
Apresenta-se aqui um protocolo para medir a cinética do tecido adiposo in vivo em humanos usando o método de marcação com deutério (2H).
O tecido adiposo branco é um órgão altamente plástico necessário para manter a homeostase energética de todo o corpo. A massa do tecido adiposo e as mudanças na massa ou distribuição de gordura são reguladas por mudanças na síntese e quebra (ou seja, renovação) de células adiposas e triacilgliceróis. As evidências sugerem que a maneira e a magnitude da expansão do tecido adiposo subcutâneo (ou seja, hipertrofia vs. hiperplasia) e a renovação podem influenciar a saúde metabólica, pois a adipogênese tem sido implicada na patogênese da obesidade e doenças relacionadas. Apesar do papel potencial do turnover adiposo na saúde humana, há uma falta de conhecimento sobre a cinética in vivo das células adiposas. Isso se deve, em parte, à lenta taxa de renovação das células no tecido adiposo e à complexidade prática de rotular diretamente seus precursores metabólicos in vivo. Aqui, descrevemos métodos para medir a cinética adiposa in vivo e as taxas de renovação em humanos por meio do consumo de água marcada com deutério (2H). A incorporação de 2H nas porções de desoxirribonucleotídeos do DNA em pré-adipócitos e adipócitos fornece uma medida precisa da formação e morte celular (renovação adiposa). No geral, esta é uma abordagem inovadora para medir a cinética adiposa in vivo e representa um afastamento substantivo de outras avaliações in vitro .
A obesidade é uma doença caracterizada pelo excesso de tecido adiposo branco (TA) e é um fator de risco significativo para o desenvolvimento de diabetes tipo II e doença cardiovascular1. O TA branco é um órgão altamente plástico que armazena energia na forma de triacilgliceróis (TGs) e é essencial para a homeostase metabólica2. O TA branco retém a capacidade de expandir, reduzir e remodelar durante a idade adulta3, e a massa de TA é determinada por mudanças dinâmicas no volume dos adipócitos (via síntese e quebra de TG), formação contínua de adipócitos por meio da proliferação e diferenciação de pré-adipócitos (ou seja, hiperplasia ou adipogênese) e morte celular adiposa4.
As evidências sugerem que existe uma ligação importante entre a renovação subcutânea do TA (por exemplo, formação e morte de adipócitos) e a saúde cardiometabólica 5,6,7,8, e o papel da adipogênese na patogênese dos distúrbios relacionados à obesidade permanece discutível4. No entanto, pouco se sabe sobre a renovação in vivo do AT em humanos devido, em parte, à lenta taxa de renovação dos componentes celulares do AT e à complexidade de rotular diretamente seus precursores metabólicos in vivo. Embora os métodos in vitro tenham fornecido algumas informações, essas abordagens não fornecem uma avaliação abrangente in vivo dentro do ambiente natural do TA.
Um método foi desenvolvido pelo laboratório Hellerstein9 para avaliar in vivo o turnover do TA usando a incorporação do isótopo estável deutério (2H) da água pesada (2H2O) no TA (Figura 1)10. O protocolo, que foi validado em camundongos e humanos, inclui um aumento inicial de 2H2O para aumentar o enriquecimento de 2H da água corporal, seguido de ingestão diária adequada para manter valores de enriquecimento estáveis e próximos ao platô. O 2H do 2H2O (ou seja, água pesada) é incorporado à porção desoxirribose (dR) de desoxirribonucleotídeos no DNA das células adiposas, e o enriquecimento isotópico é medido no DNA por espectrometria de massa e aplicação de análise de distribuição de isotômeros de massa (MIDA) 9 , 10 , 11. A marcação da porção desoxirribose de desoxirribonucleotídeos de purina no DNA com precursores de isótopos estáveis tem várias vantagens em relação aos métodos anteriores, como aqueles que envolviam a marcação com porções de base de nucleotídeos de pirimidina (por exemplo, de 3H-timidina ou bromo-desoxiuridina). É importante notar que a reincorporação endógena de bases, especialmente para pirimidinas, mas não dR, no DNA replicante confundiu anteriormente a interpretação da incorporação do rótulo12. Além disso, a incorporação de um marcador de isótopo estável em dR não causa genotoxicidade, em contraste com a incorporação de agentes radioativos ou genotóxicos, como 3H (trítio) ou bromo-desoxiuridina. Portanto, o uso a longo prazo dessa técnica em modelos animais e humanos é seguro.
A medição da síntese de DNA marcado com 2H denota a passagem de uma célula pela fase S da divisão celular e identifica pré-adipócitos e adipócitos recém-formados (via diferenciação pré-adipócitos) ou adipogênese13. As células que sofrem renovação rápida (por exemplo, monócitos) substituem seu DNA rapidamente e atingem um platô no enriquecimento de 2H, fornecendo assim uma referência interna para o ensaio. A razão entre o enriquecimento de 2H do DNA das células adiposas e o dos monócitos (células de referência) ou a medição de 2H2O do corpo integrado permite o cálculo da fração de células adiposas recém-sintetizadas. Aqui, este protocolo descreve métodos para medir as taxas de renovação de células adiposas in vivo (adipogênese) em humanos por meio do protocolo de marcação metabólica 2H, incluindo técnicas refinadas para purificar os adipócitos por meio de seleção imunológica negativa e enriquecer a população de pré-adipócitos14.
O Conselho de Revisão Institucional (IRB) do Pennington Biomedical Research Center aprovou todos os procedimentos (# 10039-PBRC) e todos os seres humanos deram consentimento informado por escrito.
1. Período de rotulagem de oito semanas 2H2O
NOTA : O protocolode marcação 2 H2O mantém o enriquecimento próximo ao platô de 2H na água corporal dentro da faixa de 1,0% a 2,5% durante o período de rotulagem de 8 semanas (Figura 2)10.
2. Coletas de biópsia de tecido adiposo de seres humanos
3. Isolamento de adipócitos purificados
4. Isolamento de pré-adipócitos
5. Isolamento de monócitos sanguíneos
NOTA: Os monócitos são analisados para representar uma população celular (quase) completamente virada, e a medição do enriquecimento de 2H nos monócitos pode ser usada como um marcador de referência de exposição a 2H2Oem cada indivíduo. Alternativamente, o enriquecimento corporal de 2H2O pode ser medido e usado para calcular a exposição de 2H2O.
6. Preparação de DNA (isolamento, hidrólise e derivatização)
7. Análise de cromatografia gasosa acoplada ao DNA (GC-MS)
8. Cálculo da fração de células recém-sintetizadas ou adipogênese in vivo
O protocolo de rotulagem 2H2O (seção 1) mantém o enriquecimento próximo ao platô de 2H na água corporal dentro da faixa de 1,0% a 2,5% durante o período de rotulagem de 8 semanas10, conforme mostrado na Figura 2. Um estudo anterior utilizou o protocolo de marcação 2H2O para avaliar a cinética adiposa por meio da incorporação de 2H no DNA das célula...
Avaliações in vivo são necessárias para fornecer novos conhecimentos sobre a dinâmica da renovação do TA branco e seu papel na obesidade e doenças metabólicas relacionadas, já que as avaliações in vitro não abrangem o ambiente natural do TA. Embora o uso de datação retrospectiva por radiocarbono para avaliar a dinâmica adiposa tenha sido informativo 7,25, essa abordagem não é adequada para capt...
Os autores não têm conflitos de interesse a declarar.
Os autores agradecem ao Núcleo de Espectrometria de Massa do Pennington Biomedical Research Center.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1-methylimidazole | MilliporeSigma | 336092 | |
2H2O | Sigma Aldrich | ||
Acetic anhydride | Aldridge | 539996 | |
ACK Lysing Buffer (erythrocyte lysis buffer) | Quality Biological Inc (VWR) | 10128-802 | |
Agilent 6890/5973 GC/MS | Agilent | ||
Anti-human CD31 (PECAM-1) Biotin | Invitrogen | 13-0319-82 | |
Anti-human CD34 Biotin | Invitrogen | 13-0349-82 | |
Anti-human CD45 | BioLegend | 304004 | |
Antibiotic Antimycotic Solution | MilliporeSigma | A5955 | |
Collagenase type 1 | Worthington Biochemical Corporation | LS004196 | |
Deoxyribose (2-deoxy d-ribose) | MilliporeSigma | 31170 | |
Deuterium Oxide | MilliporeSigma | 756822 | |
DB-225 column (30m, 0.25mm, 0.25um) | J&W Scientific | 122-2232 | |
Dichloromethane (DCM) | MilliporeSigma | 34856 | |
DNA standard (calf thymus DNA) | MilliporeSigma | D4764 | |
Dneasy Blood and Tissue Kit (DNA extraction kit) | Qiagen | 69504 | |
Easy Sep Human Biotin kit | Stem Cell Technologies | 17663 | |
EasySep Human CD14 Positive Selection Cocktail | Stem Cell Technologies | 18058C | |
Ethyl acetate | Fisher | EX0241-1 | |
Falcon 5 mL Round Bottom Polystyrene Test Tube | VWR | 60819-295 | |
Ficoll-Paque Plus | MilliporeSigma | GE17-1440-02 | |
GC vials (2 mL) | Fisher | C-4011-1W | |
GC vial inserts | Fisher | C-4011-631; C-4012-530 | |
Glacial acetic acid | Fisher | AC14893-0010 | |
Glass tubes (for hydrolysis) | Fisher | 14-959-35AA | |
HEPES buffer | ThermoFisher | 15630080 | |
Hyclone Water, molecular biology grade | Thomas Scientific | SH30538.02 | |
MEM alpha | Fisher Scientific | 32561-037 | |
PFBHA (o-(2, 3, 4, 5, 6)-penatfluorobenzylhydroxylamin hydrochloride) | MilliporeSigma | 194484 | |
pH indicator strips | Fisher | 987618 | |
Phosphatase acid | Calbiochem (VWR) | 80602-592 | |
S1 nuclease (from Aspergillus oryzae) | MilliporeSigma | N5661 | |
Sodium sulfate | MilliporeSigma | 23913 |
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