Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Yağ asidi β-oksidasyonu, hepatositler de dahil olmak üzere birçok farklı hücre tipinde enerji üretmekten sorumlu önemli bir metabolik yoldur. Burada, 14C etiketli palmitik asit kullanarak taze izole edilmiş primer hepatositlerde yağ asidi β-oksidasyonunu ölçmek için bir yöntem açıklıyoruz.
Yağ asidi β-oksidasyonu, karaciğerin enerji taleplerini karşılamak ve tüm vücut glikoz homeostazını korumak ve açlık durumunda ekstra-hepatik organ fonksiyonunu desteklemek için gerekli olan ketogenez ve glukoneogenez gibi ek işlemler için substratlar ve kofaktörler sağlamak için önemli bir metabolik yoldur. Yağ asidi β-oksidasyonu, mitokondri ve peroksizomlarda meydana gelir ve yağ asitlerinin alımı ve aktivasyonu, enzim ekspresyon seviyeleri ve koenzim A ve NAD + gibi kofaktörlerin mevcudiyeti dahil olmak üzere çoklu mekanizmalarla düzenlenir. Karaciğer homojenatlarında yağ asidi β-oksidasyonunu ölçen tahlillerde, hücre lizisi ve kofaktörlerin suprafizyolojik seviyelerinin yaygın olarak eklenmesi, bu düzenleyici mekanizmaların etkilerini maskelemektedir. Ayrıca, homojenatlardaki organellerin bütünlüğünün kontrol edilmesi zordur ve preparatlar arasında önemli ölçüde değişebilir. Bozulmamış primer hepatositlerde yağ asidi β-oksidasyonunun ölçümü yukarıdaki tuzakların üstesinden gelir. Bu protokol, 14C etiketli palmitik asit ile inkübe edilmiş taze izole edilmiş birincil fare hepatositlerinin bir süspansiyonunda yağ asidi β-oksidasyonunun ölçülmesi için bir yöntemi açıklamaktadır. Saatlerce kültürden kaçınarak, bu yöntem, beslenen farelere kıyasla oruç tutan farelerden izole edilen hepatositlerde gözlenen yağ asidi β-oksidasyonunun aktivasyonu da dahil olmak üzere, orijinal karaciğerin protein ekspresyon seviyelerini ve metabolik yol aktivitesini daha iyi koruma avantajına sahiptir.
Yağ asidi β-oksidasyonu, lipid metabolizmasında önemli bir süreçtir ve yağ asidi sentezini ve diyetten alımını dengelemek için katabolik bir yol sağlar. Bu süreç, kalp kası, böbrek korteksi ve oruç tutmuş karaciğer dahil olmak üzere birçok organ için enerji üretir ve diyet, yağ dokusu lipolizi ve iç trigliserit depolarından elde edilen yağ asitlerini kullanır 1,2.
Yağ asidinin β-oksidasyon yolundan oksidasyonu, yağ açil zincirinin bir seferde iki karbon tarafından sırayla kısalmasına neden olur, asetil-CoA olarak salınır ve bu işlem hem mitokondride hem de peroksizomlarda gerçekleşir. Çoğu yağ asidi sadece β oksidasyona uğrarken, bazıları bu yola girmeden önce farklı karbonlarda oksitlenir. Örneğin, fitanik asit gibi 3-metil ikame edilmiş yağ asitleri, α-oksidasyon yoluna girmeden önce peroksizomlarda β-oksidasyon ile bir karbonun uzaklaştırılmasına uğrar. Benzer şekilde, bazı yağ asitleri ilk önce endoplazmik retikulumdaki terminal metil grubunun (ω-oksidasyon) oksidasyonu ile dikarboksilik yağ asitlerine dönüştürülür ve tercihen peroksizomlarda β-oksidasyon3 ile oksitlenir.
Spesifik organelden bağımsız olarak, bir yağ asidi önce β-oksidasyon yolundan oksitlenmek üzere bir koenzim A (CoA) tiyoesterine veya açil-CoA'ya dönüştürülmelidir. β-Mitokondriyal matriksteki uzun zincirli açil-CoAs'ın oksidasyonu, translokasyonları için karnitin mekiğine ihtiyaç duyar, burada karnitin palmitoyltransferaz 1 (CPT1), açil-CoAs'ın asilkarnitinlere dönüşümünü katalize eder ve bu işlemde hız sınırlayıcı enzimdir4. Mitokondriyal matrise aktarıldıktan sonra, açil-CoAs yeniden oluşturulur ve mitokondriyal β-oksidasyon makineleri için substratlar olarak işlev görür. Oruç tutulan durumda, hepatik mitokondride β-oksidasyon yoluyla üretilen asetil-CoA öncelikle ketogeneze kanalize edilir. Peroksizomlar, çok uzun zincirli, dallı zincirli ve dikarboksilik yağ asitlerinin β oksidasyonu için birincil bölge olarak işlev görür. Peroksizomlar, karnitin mekiğinin yağ asidi substratlarını ithal etmesini gerektirmez, bunun yerine ATP bağlayıcı kaset (ABC) taşıyıcıları ABCD1-35'in aktivitesi yoluyla karşılık gelen açil-CoAs'ı ithal eder. Peroksizomlar içinde, açil-CoA'lar daha sonra mitokondriyal yağ asidi β-oksidasyon makinesinden farklı olarak özel bir enzim seti tarafından oksitlenir. Hem mitokondri hem de peroksizomlar, yağlı açil zincirlerini oksitlemek için NAD + ve serbest CoA tedariki gerektirir. Karaciğerdeki CoA seviyelerinin, açlığa yanıt olarak arttığı ve bu durumda meydana gelen yağ asidi oksidasyon oranının artmasını desteklediği gösterilmiştir6. Ayrıca, peroksizomlarda artan CoA bozunumu, peroksizomal yağ asidi oksidasyonunda seçici bir azalmaya nedenolur 7. Bu nedenle, hücre içindeki yağ asidi oksidasyon süreci, yağ asitlerinin aktivasyonu, taşınması ve oksidasyonunda yer alan enzimlerin ekspresyon seviyeleri ve aktivitelerinin yanı sıra çoklu hücre altı bölmeler boyunca kofaktörlerin ve diğer metabolitlerin konsantrasyonları ile düzenlenir.
Yağ asidi oksidasyonunu ölçmek için doku homojenatları kullanan prosedürler, bu süreci düzenleyen ve destekleyen hücresel mimariyi tahrip eder ve bu da in vivo metabolizmayı doğru bir şekilde yansıtmayan bir veri toplanmasına yol açar. Kaplanmış primer hepatositleri kullanan teknikler bu sistemi korurken, izole hücrelerin uzun süre kültürlenmesi, hala hayvan içinde yaşarken hücrelerde bulunan in vivo gen ekspresyon profilinin kaybına neden olur 8,9. Aşağıdaki protokol, primer hepatositleri izole etmek ve [1-14C] palmitik asit kullanarak, izolasyondan hemen sonra ve süspansiyonda yağ asidi β-oksidasyon kapasitelerini test etmek için bir yöntemi açıklamaktadır. Tahlil, asitte çözünür metabolitler (ASM) veya [1-14 C] palmitik asit10,11'in β-oksidasyonu ile üretilen asetil-CoA gibi ürünlerle ilişkili radyoaktivitenin ölçümüne dayanmaktadır.
Fareler (C57BL / 6J, erkekler, 9-11 haftalık) üzerindeki tüm deneysel prosedürler, Batı Virginia Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komiteleri (IACUC) tarafından onaylanmıştır.
1. Hepatosit izolasyonu
Şekil 1: Perfüzyon aparatı ve perfüze karaciğer. (A) Karaciğeri kanüle etmek ve perfüze etmek için kullanılan iğneye bağlı çıkış hattına sahip peristaltik pompa. (B) Başarılı kanülasyon, karaciğerin derhal ve homojen bir şekilde ağartılması ile gösterilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
2. Yağ asidi β-oksidasyon testi
NOT: Tahlil üçlü olarak gerçekleştirilir ve her reaksiyon karışımı 750.000 hücre, 1.35 mg / mL sığır serum albümini (BSA), 100 μM palmitik asit ve 2 mL'lik son hacimde 0.4 μCi [1-14C] palmitik asit içerir.
DİKKAT: Radyoaktif bileşikler tehlikelidir. Radyoaktif malzemenin Kurumsal, Eyalet ve Federal düzenlemelere uygun olarak satın alınması, taşınması, depolanması ve bertaraf edilmesi.
Arabellekler/Medya Bileşenleri | Miktar | Son Konsantrasyon | Talimat -ları |
Çözüm C | |||
Kartal | 1.79 gr | 480 mM | 50 mL'ye su ekleyin. 4 °C'de depolayın |
MgSOİ4 heptahidrat | 1.48 gr | 120 mM | |
KH2PO4 | 0.81 gr | 119 mM | |
Krebs-Henseleit Tamponu (KHB), kalsiyum içermez | |||
Arjantin | 7.0 gr | 120 mM | 900 mL'ye su ekleyin, pH'ı 7,4'e ayarlayın ve son hacmi 1 L'ye getirin. |
NaHCO3 | 2.0 gr | 24 mM | |
1 M HEPES pH 7.45 | 5 mL | 5 mM | |
Glikoz | 1 veya 2 g | 5,6 veya 11 mM | |
Çözüm C | 10 mL | ||
Arabellek 1 | |||
cesaret | 500 mL | Bileşenleri karıştırın ve filtreleyin. 4 °C'de depolayın | |
50 mM EGTA | 1,0 mL | 0,1 mM | |
Arabellek 2 | |||
cesaret | 500 mL | Bileşenleri karıştırın ve filtreleyin. 4 °C'de depolayın | |
1 M CaCl2 dihidrat | 686 μL | 1,4 mM | |
Gentamisin çözeltisi | |||
Gentamisin sülfat | 0.5 gr | 50 mg/mL | 10 mL'ye su ekleyin ve sterilize edin. Aliquot ve -20 °C'de saklayın |
Kollajenaz çözeltisi | |||
Kollajenaz I ve II karışımı | 10 mg | 7 mg/mL | Şişenin tüm içeriğini 1.43 mL su içinde çözün. Aliquot ve -20 °C'de saklayın |
M199 Serisi | |||
M199 Serisi | 1 kese | 900 mL'ye su ekleyin ve pH'ı 7.2-7.4'e ayarlayın. Son hacmi 1 L'ye getirin ve sterilize edin. 4 °C'de depolayın | |
NaHCO3 | 2.2 gr | 26 mM | |
1 M HEPES (hücre kültürü sınıfı) | 25 mL | 25 mM | |
Ekstra glikoz (sadece beslenen fareler için) | 1 gr | 11 mM | |
BSA çözümü | |||
Yağ asidi içermeyen BSA | 400 mg | %20 (w/d) | 2 mL suda çözün. Aliquot ve -20 °C'de saklayın |
Radyoaktif olmayan palmitik asit çözeltisi | |||
Palmitik asit | 103 mg | 200 mM | 2 mL etanol içinde çözün, -20 °C'de saklayın |
1 M Perklorik asit | |||
%70 Perklorik asit | 3,5 mL | 1 milyon | Su ile 40 mL'ye kadar seyreltin. Oda sıcaklığında saklayın |
Tablo 1: Hepatosit izolasyonu ve yağ asidi β-oksidasyon testi için gerekli tamponlar, ortamlar ve diğer çözeltiler
Reaksiyon numarası | M199 ± İnhibitörleri | Hepatosit süspansiyonu (μL) | Substrat karışımı (μL) | ||||
Ses seviyesi (μL) | Etomoksir | ||||||
1 | 750 | - | 37 °C'de ön ısıtma | 750 | 15 dakika boyunca 37 °C'de ön inkübasyon | 500 | 15 dakika boyunca 37 °C'de inkübe edin |
2 | |||||||
3 | |||||||
4 | + | ||||||
5 | |||||||
6 | |||||||
7 | + | Hemen durdurun | |||||
8 | |||||||
9 |
Tablo 2: Etomoksir varlığında ve yokluğunda üçlü olarak test edilen hepatosit süspansiyonu için deney düzeneği örneği.
Burada tarif edilen karaciğer perfüzyonu tipik olarak, tripan mavisi dışlaması ile tahmin edildiği gibi, ortalama% 80 canlılığa sahip 30-40 milyon hücre / karaciğer verir (Şekil 2). Perfüzyon Tamponları 1 ve 2'yi hazırlamak için kullanılan Krebs-Henseleit tamponundaki (KHB) tipik glikoz konsantrasyonu 11 mM'dir. Oruç tutan farelerden izole edilen hepatositlerde yağ asidi β-oksidasyonunu ölçerken, KHB'deki glikoz konsantrasyonu, açlık durumunu daha iyi temsil etmek iç...
Karaciğer perfüzyonu sırasında, karaciğerdeki mikrokılcal damarları bloke ettiklerinden, tampon dolaşımını önledikleri veya kısıtladıkları ve genel olarak hepatosit verimini ve canlılığını azalttıkları için hava kabarcıklarının girmesini önlemek çok önemlidir20,21. IVC'nin kanülasyonundan önce tampon dolu giriş hattının yakından incelenmesi ve burada açıklandığı gibi Tampon 2'ye geçmek için Tampon 1'i içeren tüpten gir...
Yazarların açıklayacağı bir çıkar çatışması yoktur.
Bu çalışma, Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından Roberta Leonardi'ye R35GM119528 hibesi ile desteklenmiştir.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
(R)-(+)-Etomoxir sodium salt | Tocris Bioscience | 4539/10 | |
[1-14C]-Palmitic acid, 50–60 mCi/mmol, 0.5 mCi/mL | American Radiolabeled Chemicals | ARC 0172A | |
1 M HEPES, sterile | Corning | 25060CI | |
10 µL disposable capillaries/pistons for positive displacement pipette | Mettler Toledo | 17008604 | |
1000 µL, 200 µL, and 10 µL pipettes and tips | |||
5 mL, 10 mL, and 25 mL serological pipettes | |||
50 mL sterile centrifuge tubes | CellTreat | 229421 | |
70% Perchloric acid | Fisher Scientific | A2296-1LB | |
BSA, fatty acid-free | Fisher Scientific | BP9704100 | |
CaCl2 dihydrate | MilliporeSigma | 223506 | |
D-(+)-Glucose | MilliporeSigma | G7021 | |
EGTA | Gold Biotechnology | E-217 | |
Ethanol | Pharmco | 111000200CSPP | |
Filter System, 0.22 μm PES Filter, 500 mL, Sterile | CellTreat | 229707 | |
Gentamicin sulphate | Gold Biotechnology | G-400-25 | |
HDPE, 6.5 mL scintillation vials | Fisher Scientific | 03-342-3 | |
Hemocytometer | |||
Hypodermic needles 22 G, 1.5 in | BD Biosciences | 305156 | |
Isoflurane | VetOne | 502017 | |
KCl | Fisher Scientific | BP366-1 | |
KH2PO4 | MilliporeSigma | P5655 | |
Liberase TM Research Grade | MilliporeSigma | 5401119001 | Defined blend of purified collagenase I and II with a medium concentration of thermolysin |
M199 medium | MilliporeSigma | M5017 | |
MgSO4 heptahydrate | MilliporeSigma | M1880 | |
Microcentrifuge | Fisher Scientific | accuSpin Micro 17 | |
Microdissecting Scissors | Roboz Surgical Instrument Co | RS-5980 | |
NaCl | Chem-Impex International | 30070 | |
NaHCO3 | Acros Organics | 424270010 | |
Palmitic acid | MilliporeSigma | P0500 | |
Penicillin/streptomycin (100x) | Gibco | 15140122 | |
Phosphate buffered saline (PBS) | Cytiva Life Sciences | SH30256.01 | |
Positive displacement pipette MR-10, 10 µL | Mettler Toledo | 17008575 | |
Refrigerated centrifuge with inserts for 50 mL conical tubes | Eppendorf | 5810 R | |
Round-bottom, 14 mL, polypropylene culture test tubes | Fisher Scientific | 14-956-9A | |
Scintillation counter | Perkin Elmer | TriCarb 4810 TR | |
ScintiVerse BD cocktail | Fisher Scientific | SX18-4 | |
Shaking water bath, 30 L capacity | New Brunswick Scientific | Model G76 | |
Sterile cell strainers, 100 µm | Fisher Scientific | 22363549 | |
Thumb Dressing Forceps | Roboz Surgical Instrument Co | RS-8120 | |
Trypan Blue | Corning | 25900CI | |
Variable-flow peristaltic pump | Fisher Scientific | 138762 | |
Water baths, 2–2.5 L capacity |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır