Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Данный протокол описывает разработку колориметрического метода анализа для определения способности соединений ингибировать или активировать эластазную активность.
Эластаза, сериновая протеаза, играет важную роль в деградации эластина. Эластин — это внеклеточный белок, который помогает поддерживать эластичность тканей легких, кожи и кровеносных сосудов. Жесткая регуляция активности эластазы имеет решающее значение для тканевого гомеостаза, поскольку нарушение регуляции может способствовать таким патологиям, как эмфизема, морщины и атеросклероз. Некоторые соединения, такие как фитохимические вещества природного происхождения, продемонстрировали потенциал для терапевтического вмешательства и вызвали значительный интерес. Выяснение модулирующих эффектов различных соединений на эластазу, будь то ингибиторные или стимулирующие, имеет решающее значение для разработки новых терапевтических и косметических стратегий, направленных на эластаза-ассоциированные расстройства. Широко распространенным методом измерения активности эластазы является колориметрический анализ эластазы. В этом анализе специфический субстрат используется для расщепления эластазы, высвобождая обнаруживаемое желтое соединение,-нитроанилин (pNA). Количество вырабатываемой пНК отражает активность эластазы в образце и может быть измерено с помощью колориметрии. Этот анализ имеет ряд преимуществ, включая простоту, высокую чувствительность, быстрые результаты и адаптируемость к различным исследовательским потребностям. Колориметрический анализ эластазы остается ценным инструментом для изучения того, как соединения влияют на активность эластазы. Благодаря своей простоте использования и эффективности, этот анализ является краеугольным камнем исследований в этой области.
Эластаза — это фермент сериновой протеазы, который играет решающую роль в расщеплении эластина, белка, обеспечивающего эластичность различным тканям организма, включая легкие, кожу и кровеносные сосуды. Активность эластазы жестко регулируется для поддержания гомеостаза тканей, а нарушение регуляции может привести к патологическим и кожным заболеваниям, таким как эмфизема, атеросклероз и морщины на коже1.
Существует несколько видов эластаз, каждый из которых обладает определенными характеристиками и функциями. Нейтрофильные эластазы, продуцируемые нейтрофилами, играют важную роль в иммунном ответе и воспалении. Эти ферменты могут разрушать широкий спектр внеклеточных белков и участвуют в развитии хронических воспалительныхзаболеваний. Панкреатические эластазы, с другой стороны, играют роль в переваривании белка в тонком кишечнике3. Различие между этими эластазами имеет решающее значение для разработки специфических методов лечения различных заболеваний.
Здоровый уровень эластина и пути, регулирующие активность эластазы, помогают сохранить эластичность кожи и предотвратить преждевременное старение. Такие факторы, как старение, ультрафиолетовое излучение, воспаление, генетическая предрасположенность, загрязнители окружающей среды и питание, значительно влияют на активность и деградацию эластазы4. Новой областью интересов является изучение эластокинов, биологически активных фрагментов, образующихся в результате деградации эластина эластаза. Эти молекулы могут вызывать значительные биологические эффекты, включая усиление воспаления, кальцификацию эластичных волокон и отложение липидов, среди прочего5. Эластокины могут влиять на прогрессирование заболеваний, связанных с деградацией эластина, и представлять собой потенциальную мишень для новых терапевтических вмешательств (Рисунок 1).
Некоторые соединения, такие как фитохимические вещества природного происхождения, привлекли значительное внимание благодаря своим потенциальным терапевтическим и косметическим эффектам, включая их способность модулировать активность эластазы6. Например, было показано, что кверцетин, флавоноид, содержащийся в яблоках и луке, эффективно подавляет активность эластазы, что способствует его противовоспалительному и омолаживающему эффекту7. Куркумин, биологически активное соединение в куркуме, является еще одним хорошо изученным фитохимическим веществом, которое проявляет ингибирование эластазы, обеспечивая защитный эффект против старения кожи и воспаления8. Кроме того, галлат эпигаллокатехина (EGCG), основной катехин в зеленом чае, продемонстрировал мощную ингибиторную активность эластазы, что делает его ценным соединением для составов по уходу за кожей, направленных на сохранение эластичности кожи9. Эти примеры подчеркивают потенциал фитохимических веществ в качестве природных ингибиторов эластазы, обеспечивая основу для разработки новых терапевтических и косметических продуктов.
В настоящее время колориметрический анализ эластазы является широко используемым методом измерения активности эластазы 7,10,11,12,13. Этот анализ основан на способности фермента гидролизовать специфический субстрат, N-сукцинил-(Ala)3-нитроанилид (SANA), до сукциниламиновых кислот и-нитроанилина (pNA). pNA представляет собой хромофор желтого цвета, который можно легко обнаружить на длине волны 410 нм с помощью спектрофотометра (рис. 2). Скорость продукции пНК прямо пропорциональна активности эластазы в образце14.
Этот метод имеет широкий спектр применения в различных областях исследований. С помощью этого метода исследователи могут быстро определить способность соединений модулировать активность эластазы, исследовать механизмы действия ингибиторов эластазы и оценить эффективность этих ингибиторов в клеточных и животных моделях заболеваний, связанных с эластазой. Кроме того, анализ может быть использован для изучения различных механизмов ингибирования, таких как конкурентное или неконкурентное ингибирование, предоставляя ценную информацию о том, как природные или синтетические соединения модулируют активность эластазы.
Анализ модуляции активности эластазы имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами измерения активности эластазы. Он прост и удобен в выполнении, требует минимальных технических знаний и может проводиться в стандартных лабораторныхусловиях15. Кроме того, анализ обладает высокой чувствительностью и может обнаруживать небольшие изменения в активности эластазы. Анализ дает быстрые и количественные результаты, что позволяет эффективно анализировать данные. Кроме того, он может быть адаптирован к различным форматам, включая высокопроизводительный скрининг и кинетические исследования16.
Тем не менее, анализ также имеет несколько ограничений, таких как низкая субстратная специфичность (поскольку он специфичен для эластазы) и восприимчивость к интерференции других компонентов в образце, таких как окрашенные соединения или ингибиторы гидролиза pNA. Таким образом, исследователи должны учитывать эти ограничения и использовать дополнительные методы для всестороннего изучения механизмов, лежащих в основе действия ингибиторов эластазы.
Существуют альтернативные методы мониторинга активности эластазы, такие как зимография, которая предлагает отличный инструмент для идентификации и дифференциации различных изоформ эластазы, что имеет решающее значение при изучении специфического вклада различных подтипов эластазы в конкретный патологический процесс. Тем не менее, зимография является полуколичественным методом и требует дополнительных этапов для визуализации; Таким образом, по сравнению со спектрофотометрическим методом, зимография менее эффективна для высокопроизводительногоанализа18. Флуориметрические анализы обеспечивают повышенную чувствительность к спектрофотометрическому методу, обеспечивая более низкие пределы обнаружения. Это позволяет проводить более чувствительный анализ активности эластазы и модуляторных взаимодействий, обеспечивая более полную картину ферментативных процессов19. Тем не менее, флуориметрические анализы требуют специализированных приборов и могут быть чувствительны к помехам со стороны определенных соединений в биологических образцах. Радиометрические анализы достигают исключительной чувствительности, что делает их идеальными для обнаружения очень низких уровней активности эластазы. Однако использование радиоактивных материалов требует специализированного оборудования, строгих протоколов безопасности и надлежащих процедур захоронения отходов, что создает логистические проблемы и проблемы безопасности20. Иммунологические анализы отличаются своей универсальностью и могут использоваться для прямого измерения активности эластазы или количественного определения комплексов эластаза-ингибитор, что дает представление об эффективности ингибитора. Кроме того, иммунологические анализы могут быть адаптированы для работы со сложными биологическими образцами, такими как тканевые гомогенаты, в отличие от метода SANA. Тем не менее, разработка и валидация иммунологических тестов может занимать много времени и требовать специфических антител, что потенциально может привести к более высоким затратам по сравнению с более простыми спектрофотометрическими подходами.
Анализ модуляции активности колориметрической эластазы является ценным инструментом для исследования способности любого соединения изменять активность эластазы. Благодаря своей простоте, чувствительности и адаптивности, метод широко используется в различных исследовательских условиях. Тем не менее, исследователи должны учитывать ограничения анализа и использовать дополнительные методы для всестороннего определения механизмов, лежащих в основе активности ингибиторов эластазы.
Подробная информация о реагентах и оборудовании, использованном для этого исследования, приведена в Таблице материалов.
1. Приготовление 0,2 М М трис-основания реакционного буфера (RB)
2. Подготовка образцов
3. Получение фермента эластазы
4. Подготовка субстрата SANA
5. Приготовление стокового раствора фенилметилсульфонилфторида (PMSF)
6. Настройка пробы
7. Анализ данных
После завершения разработки протокола можно получить данные об абсорбции, необходимые для выполнения соответствующих расчетов и количественной оценки способности образцов модулировать активность эластазы. На рисунке 3 показано расположение скважи...
В настоящем методе модулирующие эффекты фитохимических веществ на ферменты эластазы исследуются с помощью колориметрического анализа. Эластаза, сериновая протеаза, имеющая решающее значение для деградации эластина, играет важную роль в поддержании эластичности тк...
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Это исследование финансировалось Министерством науки и инноваций Испании (MCIN/AEI/10.13039/501100011033/FEDER, UE; проекты: RTI2018-096724-B-C21, TED2021-129932B-C21 и PID2021-125188OB-C32) и Женералитатом Валенсианы (PROMETEO/2021/059). Эта работа также была поддержана Официальным агентством по финансированию биомедицинских исследований правительства Испании, Институтом здравоохранения Карлоса III (ISCIII) через CIBEROBN (CB12/03/30038), Agencia Valenciana de la Innovación: INNEST/2022/103; который софинансируется Европейским фондом регионального развития. Э.Б.-К и М.Х.-Л. были поддержаны грантом Переквалификации Испанской университетской системы на 2021/2023 год. Ф.Ж.Б.-М. был поддержан грантами Маргариты Салас на обучение молодых врачей 2021/2023. Мы хотели бы выразить сердечную благодарность административному и техническому вспомогательному персоналу, чья непоколебимая помощь была неоценима в разработке этого протокола.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
96 Well Cell Culture Plate | Corning Incorporated | 3599 | Flat bottom with lid, polystyrene |
Cell Imaging Multimode Reader | Agilent | BioTek Cytation 1 | Used with Gen5 software |
Elastase From Porcine Pancreas | Sigma-Aldrich | E7885 | CAS 39445-21-1; 25,9 kDa |
Isopropanol 99.5% | Fisher Scientific | AC184130010 | CAS 67-63-0; C3H8O; 60.10 g/mol |
N-Succinil-(Ala)3-nitroanilide | Sigma-Aldrich | S4760 | CAS 52299-14-6; C19H25N5O8 ; 451.43 g/mol |
pH Meter | Hach Lange | sensION+ PH31 | With magnetic stirrer and sensor holder |
Phenylmethanesulfonyl Fluoride | Sigma-Aldrich | P7626 | CAS 329-98-6; C7H7FO2S; 174,19 g/mol |
Tris For Molecular Biology | PanReac AppliChem | A2264 | CAS 77-86-1; C4H11NO3; 121,14 g/mol |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены