Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Внеклеточное истощение флуоресцентно меченой глюкозы коррелирует с поглощением глюкозы и может быть использовано для высокопроизводительного скрининга поглощения глюкозы в иссеченных органах и клеточных культурах.
Продолжающаяся во всем мире эпидемия диабета увеличивает спрос на выявление экологических, пищевых, эндокринных, генетических и эпигенетических факторов, влияющих на поглощение глюкозы. Измерение внутриклеточной флуоресценции является широко используемым методом для проверки поглощения флуоресцентно меченой глюкозы (FD-глюкозы) в клетках in vitro или для визуализации тканей, потребляющих глюкозу in vivo. Этот анализ оценивает поглощение глюкозы в выбранный момент времени. Внутриклеточный анализ предполагает, что метаболизм FD-глюкозы медленнее, чем метаболизм эндогенной глюкозы, которая участвует в катаболических и анаболических реакциях и передаче сигналов. Однако динамический метаболизм глюкозы также изменяет механизмы поглощения, что потребует кинетических измерений поглощения глюкозы в ответ на различные факторы. В данной статье описан метод измерения внеклеточного истощения FD-глюкозы и подтверждена его корреляция с внутриклеточным поглощением FD-глюкозы в клетках и тканях ex vivo. Внеклеточное истощение глюкозы может быть потенциально применимо для высокопроизводительных кинетических и дозозависимых исследований, а также для выявления соединений с гликемической активностью и их тканеспецифическими эффектами.
Спрос на измерение поглощения глюкозы растет вместе с острой необходимостью борьбы с эпидемическим ростом множества заболеваний, зависящих от метаболизма глюкозы. Основные механизмы дегенеративных метаболических заболеваний, неврологических и когнитивных расстройств1, воспалительных2 и инфекционных заболеваний3, рака 4,5, а также старения6 зависят от метаболизма глюкозы для получения энергии и ее хранения, анаболических процессов, модификации белка и генов, передачи сигналов, регуляции генов и синтеза и репликации нуклеиновых кислот 7,8,9 . Сахарный диабет (СД) напрямую связан с нарушением регуляции поглощения глюкозы. СД представляет собой спектр хронических заболеваний, таких как сахарный диабет 1 типа, -2 и -3, гестационный диабет, диабет зрелости молодых людей и другие типы этого заболевания, вызванные экологическими и / или генетическими факторами. В 2016 году первый Глобальный доклад ВОЗ о диабете продемонстрировал, что число взрослых, живущих с наиболее распространенным СД, увеличилось почти в четыре раза с 1980 года до 422 миллионов взрослых10, и это число пациентов с СД растет экспоненциально в течение последних нескольких десятилетий. Только в 2019 году, по оценкам, 1,5 миллиона смертей были непосредственно вызваны СД10. Этот резкий всплеск связан с ростом СД 2 типа и условиями, приводящими к нему, включая избыточный вес и ожирение10. Пандемия COVID-19 выявила двукратное увеличение смертности у пациентов с СД по сравнению с населением в целом, что свидетельствует о глубокой, но плохо изученной роли метаболизма глюкозы в иммуннойзащите 3. Профилактика, ранняя диагностика и лечение СД, ожирения и других заболеваний требуют оптимизации измерений поглощения глюкозы различными тканями и выявления факторов окружающей среды11, питания12, эндокриннойсистемы 13, генетической14 и эпигенетической15 факторов, влияющих на поглощение глюкозы.
В исследованиях внутриклеточное и/или тканевое поглощение глюкозы обычно измеряется флуоресцентно меченой глюкозой (FD-глюкоза) in vitro 16,17,18 и in vivo19. FD-глюкоза стала предпочтительным методом по сравнению с более точными методами с использованием радиоактивно меченой глюкозы20, аналитического масс-спектроскопического анализа21, метаболомики22, методов ядерного магнитного резонанса23 и позитронно-эмиссионной томографии / компьютерной томографии (ПЭТ / КТ) 5,24. В отличие от поглощения глюкозы FD, аналитические методы, требующие большего количества биологического материала, могут включать многоступенчатую подготовку образцов, дорогостоящие инструменты и сложный анализ данных. Эффективные и недорогие измерения поглощения FD-глюкозы в клеточных культурах использовались в экспериментах по доказательству концепции и могут потребовать подтверждения другими методами.
Основой применения FD-глюкозы для исследований поглощения глюкозы является сниженный метаболизм FD-глюкозы по сравнению с эндогенной глюкозой25. Тем не менее, как эндогенная глюкоза, так и FD-глюкоза динамически распределяются между всеми клеточными компартментами для использования в анаболических, катаболических и сигнальных процессах. Компартментализация и зависящая от времени обработка25 FD-глюкозы вмешиваются в измерения флуоресценции и представляют собой основные ограничивающие факторы для использования этого анализа в высокопроизводительных скрининговых экспериментах, кинетическом анализе, 3D-культуре клеток, ко-культурах и экспериментах с тканевым эксплантом. Здесь мы приводим данные, демонстрирующие высокую корреляцию между внеклеточным истощением FD-глюкозы и ее внутриклеточным поглощением, предполагая внеклеточное истощение FD-глюкозы в качестве суррогатного измерения внутриклеточного поглощения глюкозы. Измерение внеклеточного истощения глюкозы было применено для подтверждения тканеспецифических различий в поглощении глюкозы у мышей, получавших инсулин и экспериментальный препарат18 , чтобы обеспечить доказательство принципа этого метода.
Текущий протокол описывает внутриклеточные и внеклеточные (рисунок 1) измерения поглощения глюкозы FD в клетках 3T3-L1. Разделы протокола 1-7 объясняют культуру и рост клеток в течение 48 ч; клеточное голодание, стимуляция и базовые внеклеточные измерения; и постстимуляционные измерения внеклеточной FD-глюкозы и внутриклеточные измерения FD-глюкозы и белка. Раздел 8 протокола описывает измерение ex vivo внеклеточного поглощения FD-глюкозы в тканях, рассеченных у мышей ob/ob в присутствии и отсутствии инсулина и аминокислотного соединения 2 (AAC2), описанного в другом месте18.
Исследования на животных были одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию Университета штата Огайо (OSU, протокол 2007A0262-R4).
ПРИМЕЧАНИЕ: Все процедуры должны проводиться в шкафу биобезопасности класса II с включенным воздуходувкой и выключенным светом.
1. Подготовка материалов
ПРИМЕЧАНИЕ: Все материалы перечислены в Таблице материалов.
2. 3T3-L1 клеточная культура и поддержание
3. Голодание клеток 3T3-L1
4. Приготовление растворов FD-глюкозы с различными концентрациями
ПРИМЕЧАНИЕ: Эксперимент на рисунке 2 исследует внеклеточные и межклеточные среды со стимуляцией инсулином и без нее.
5. Лечение голодающих клеток 3T3-L1
6. Внеклеточные и межклеточные измерения для стимулированных клеток 3T3-L1
7. Нормализация внутриклеточного поглощения глюкозы на белковой основе
ПРИМЕЧАНИЕ: Внутриклеточное поглощение глюкозы FD зависит от количества клеток. Уровни белка в клеточных лизатах пропорциональны количеству клеток, что позволяет нормализовать внутриклеточные уровни FD-глюкозы до количества клеток в каждой лунке.
8. Ex vivo измерение внеклеточного истощения глюкозы FD в органах
Внутриклеточное потребление и внеклеточное истощение глюкозы измеряли в преадипоцитах 3T3-L1 в ответ на различные концентрации FD-глюкозы (рисунок 2) с стимуляцией инсулина и без нее. Рисунок 2А демонстрирует дозозависимое увеличение внутриклеточного погл...
Прямое сравнение внеклеточного истощения FD-глюкозы с нормализованным внутриклеточным поглощением глюкозы в культуре клеток показало высокую корреляцию, предполагая, что внеклеточное истощение глюкозы может быть суррогатным измерением для оценки поглощения глюкозы. Измерение внекл...
У авторов нет проблем с раскрытием и нет конфликта интересов.
Проект был поддержан Ralph and Marian Falk Medical Research Catalyst Award и Kathleen Kelly Award. Другие виды поддержки включали Национальный центр исследовательских ресурсов UL1RR025755 и NCI P30CA16058 (OSUCCC), Дорожную карту NIH для медицинских исследований. Содержание является исключительной ответственностью авторов и не отражает официальную точку зрения Национального центра исследовательских ресурсов или NIH.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3T3-L1 mouse fibroblasts | ATCC | CL-173 | Cell line |
96-well plates | Falcon | 353227 | Plastic ware |
B6.V-Lepob/J male mice | Jackson Laboratory | stock number 000632 | Mice |
BioTek Synergy H1 modular multimode microplate reader (Fisher Scientific, US) | Fisher Scientific, US | B-SHT | Device |
Bovine serum | Gibco/ThermoFisher | 161790-060 | Cell culture |
Calf serum | Gibco/ThermoFisher | 26010-066 | Cell culture |
Cell incubator | Forma | Series II Water Jacket | Device |
Diet (mouse/rat diet, irradiated) | Envigo | Teklad LM-485 | Diet |
Dimethylsulfoxide (DMSO) | Sigma LifeScience | D2650-100mL | Reagent |
Dulbecco's Modified Eagle Medium | Gibco/ThermoFisher | 11965-092 | Cell culture |
Ethanol | Sigma Aldrich | E7023-500mL | Reagent |
Fluorescent 2-deoxy-2-[(7-nitro-2,1,3-benzoxadiazol-4-yl) amino]-D-glucose) | Sigma | 72987-1MG | Assay |
Glucose-free and phenol red-free DMEM | Gibco/ThermoFisher | A14430-01 | Cell culture |
Human insulin 10 mg/mL | MilliporeSigma, Cat N 91077C | Cat N 91077C | Reagent |
Isoflurane, 5% | Henry Schein | NDC 11695-6776-2 | Anestaetic |
Penicillin/streptomycin (P/S) | Gibco/ThermoFisher | 15140-122 | Cell culture |
Phosphate buffered solution | Sigma-Aldrich | DA537-500 mL | Cell culture |
Pierce bicinchoninic acid (BCA) protein assay | ThermoFisher | Cat N23225 | Assay |
Radioimmunoprecipitation assay lysis buffer | Santa Cruz Biotechnology | sc-24948 | Assay |
Trypsin-EDTA (0.05%) | Gibco/ThermoFisher | 25300-054 | Cell culture |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеСмотреть дополнительные статьи
This article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены