Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Bu protokol, bileşiklerin elastaz aktivitesini inhibe etme veya aktive etme yeteneğini belirlemek için bir kolorimetrik tahlil yönteminin geliştirilmesini açıklar.
Bir serin proteaz olan elastaz, elastin yıkımında önemli bir rol oynar. Elastin, akciğerlerde, deride ve kan damarlarında doku elastikiyetinin korunmasına yardımcı olan hücre dışı bir proteindir. Elastaz aktivitesinin sıkı bir şekilde düzenlenmesi doku homeostazı için çok önemlidir, çünkü düzensizlik amfizem, kırışıklıklar ve ateroskleroz gibi patolojilere katkıda bulunabilir. Doğal olarak oluşan fitokimyasallar gibi bazı bileşikler, terapötik müdahale potansiyeli göstermiş ve önemli ilgi görmüştür. Farklı bileşiklerin elastaz üzerindeki modülatör etkilerinin aydınlatılması, ister inhibitör ister uyarıcı olsun, elastaz ile ilişkili bozuklukları hedef alan yeni terapötik ve kozmetik stratejiler geliştirmek için çok önemlidir. Elastaz aktivitesini ölçmek için yaygın olarak kabul edilen bir yöntem, kolorimetrik elastaz testidir. Bu tahlilde, elastazı parçalamak için spesifik bir substrat kullanılır ve saptanabilir sarı bir bileşik olan p-nitroanilin (pNA) açığa çıkar. Üretilen pNA miktarı, numunedeki elastaz aktivitesini yansıtır ve kolorimetri ile ölçülebilir. Bu tahlil, basitlik, yüksek hassasiyet, hızlı sonuçlar ve çeşitli araştırma ihtiyaçlarına uyarlanabilirlik dahil olmak üzere çeşitli avantajlar sunar. Kolorimetrik elastaz testi, bileşiklerin elastaz aktivitesini nasıl etkilediğini incelemek için değerli bir araç olmaya devam etmektedir. Kullanım kolaylığı ve etkinliği nedeniyle, bu tahlil bu alandaki araştırmaların temel taşıdır.
Elastaz, akciğerler, cilt ve kan damarları dahil olmak üzere vücuttaki çeşitli dokulara elastikiyet sağlayan bir protein olan elastinin parçalanmasında çok önemli bir rol oynayan bir serin proteaz enzimidir. Elastaz aktivitesi, doku homeostazını korumak için sıkı bir şekilde düzenlenir ve düzensizlik, amfizem, ateroskleroz ve cilt kırışıklıkları gibi patolojik ve dermal durumlara yol açabilir1.
Her biri belirli özelliklere ve işlevlere sahip birkaç elastaz türü vardır. Nötrofiller tarafından üretilen nötrofil elastazlar, bağışıklık tepkisi ve inflamasyonda önemlidir. Bu enzimler çok çeşitli hücre dışı proteinleri parçalayabilir ve kronik enflamatuar hastalıklarda rol oynar2. Pankreas elastazları ise ince bağırsakta protein sindiriminde rol oynar3. Bu elastazlar arasında ayrım yapmak, farklı hastalıklar için spesifik tedaviler geliştirmek için çok önemlidir.
Sağlıklı elastin seviyeleri ve elastaz aktivitesini düzenleyen yollar, cildin elastikiyetini korumaya ve erken yaşlanmayı önlemeye yardımcı olur. Yaşlanma, UV radyasyonu, iltihaplanma, genetik yatkınlık, çevresel kirleticiler ve beslenme gibi faktörler elastaz4'ün aktivitesini ve bozulmasını önemli ölçüde etkiler. Ortaya çıkan bir ilgi alanı, elastinin elastaz tarafından bozunmasıyla üretilen biyoaktif fragmanlar olan elastokinlerin incelenmesidir. Bu moleküller, diğerlerinin yanı sıra artan inflamasyon, elastik lif kalsifikasyonu ve lipit birikimi dahil olmak üzere önemli biyolojik etkilere neden olabilir5. Elastokinler, elastin bozunması ile ilişkili hastalıkların ilerlemesini etkileyebilir ve yeni terapötik müdahaleler için potansiyel bir hedef sunabilir (Şekil 1).
Doğal olarak oluşan fitokimyasallar gibi bazı bileşikler, elastaz aktivitesini6 modüle etme yetenekleri de dahil olmak üzere potansiyel terapötik ve kozmetik etkileri nedeniyle önemli ölçüde dikkat çekmiştir. Örneğin, elma ve soğanda bulunan bir flavonoid olan quercetin'in, anti-inflamatuar ve yaşlanma karşıtı etkilerine katkıda bulunan elastaz aktivitesini etkili bir şekilde inhibe ettiği gösterilmiştir7. Zerdeçaldaki biyoaktif bileşik olan kurkumin, elastaz inhibisyonu sergileyen, cilt yaşlanmasına ve iltihaplanmaya karşı koruyucu etkiler sunan, iyi çalışılmış bir başka fitokimyasaldır8. Ek olarak, yeşil çaydaki birincil kateşin olan epigallocatechin gallat (EGCG), güçlü elastaz inhibitör aktivite göstermiştir ve bu da onu cilt elastikiyetini korumayı amaçlayan cilt bakım formülasyonları için değerli bir bileşik haline getirir9. Bu örnekler, yeni terapötik ve kozmetik ürünlerin geliştirilmesi için bir temel sağlayan doğal elastaz inhibitörleri olarak fitokimyasalların potansiyelinin altını çizmektedir.
Şu anda, kolorimetrik elastaz testi,elastaz aktivitesini ölçmek için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir 7,10,11,12,13. Bu tahlil, enzimin spesifik bir substrat olan N-süksinil-(Ala)3-nitroanilid (SANA) ile süksinilamino asitlere ve p-nitroaniline (pNA) hidrolize etme yeteneğine dayanır. pNA, bir spektrofotometre kullanılarak 410 nm'de kolayca tespit edilebilen sarı renkli bir kromofordur (Şekil 2). pNA üretim hızı, numune14'teki elastaz aktivitesi ile doğru orantılıdır.
Bu yöntem, çeşitli araştırma alanlarında geniş bir uygulama alanına sahiptir. Bu yöntem sayesinde araştırmacılar, bileşiklerin elastaz aktivitesini modüle etme yeteneğini hızlı bir şekilde belirleyebilir, elastaz inhibitörlerinin etki mekanizmalarını araştırabilir ve bu inhibitörlerin elastaz ile ilgili hastalıkların hücresel ve hayvan modellerinde etkinliğini değerlendirebilir. Ek olarak, tahlil, rekabetçi veya rekabetçi olmayan inhibisyon gibi farklı inhibisyon mekanizmalarını incelemek için kullanılabilir ve doğal veya sentetik bileşiklerin elastaz aktivitesini nasıl modüle ettiği hakkında değerli bilgiler sağlar.
Elastaz aktivite modülasyon testi, elastaz aktivitesini ölçmek için diğer yöntemlere göre çeşitli avantajlar sunar. Basit ve gerçekleştirmesi kolaydır, minimum teknik uzmanlık gerektirir ve standart bir laboratuvar ortamında gerçekleştirilebilir15. Ek olarak, tahlil oldukça hassastır ve elastaz aktivitesindeki küçük değişiklikleri tespit edebilir. Tahlil, verimli veri analizine olanak tanıyan hızlı ve nicel sonuçlar sağlar. Ayrıca, yüksek verimli tarama ve kinetik çalışmalar16 dahil olmak üzere çeşitli formatlara uyarlanabilir.
Bununla birlikte, tahlilin ayrıca düşük substrat özgüllüğü (elastaz için spesifik olduğu için) ve numunedeki renkli bileşikler veya pNA hidrolizi inhibitörleri gibi diğer bileşenlerden kaynaklanan parazitlere karşı duyarlılık gibi çeşitli sınırlamaları vardır. Bu nedenle, araştırmacılar bu sınırlamaları göz önünde bulundurmalı ve elastaz inhibitörlerinin17 etkisinin altında yatan mekanizmaları kapsamlı bir şekilde araştırmak için tamamlayıcı yöntemler kullanmalıdır.
Farklı elastaz alt tiplerinin belirli bir hastalık sürecine spesifik katkılarını incelerken çok önemli olan, çeşitli elastaz izoformlarını tanımlamak ve ayırt etmek için mükemmel bir araç sunan zymography gibi elastaz aktivitesi izleme alternatif yöntemleri vardır. Bununla birlikte, zymografi yarı kantitatif bir tekniktir ve görselleştirme için ek adımlar gerektirir; Bu nedenle, spektrofotometrik yöntemle karşılaştırıldığında, zymografi yüksek verimli analiz için daha az verimlidir18. Florometrik tahliller, spektrofotometrik yönteme daha fazla hassasiyet sunarak daha düşük tespit limitleri sağlar. Bu, elastaz aktivitesinin ve modülatör etkileşimlerinin daha hassas bir analizine izin vererek enzimatik süreçlerin daha eksiksiz bir resmini sağlar19. Bununla birlikte, florometrik testler özel enstrümantasyon gerektirir ve biyolojik numunelerdeki belirli bileşiklerden kaynaklanan parazitlere karşı hassas olabilir. Radyometrik tahliller olağanüstü hassasiyet sağlar, bu da onları çok düşük elastaz aktivitesi seviyelerinin tespiti için ideal hale getirir. Bununla birlikte, radyoaktif malzemelerin kullanımı, lojistik zorluklar ve güvenlik endişeleri oluşturan özel ekipman, sıkı güvenlik protokolleri ve uygun atık bertaraf prosedürleri gerektirir20. İmmünoanalizler çok yönlülükleri ile öne çıkar ve elastaz aktivitesini doğrudan ölçmek veya elastaz inhibitör komplekslerini ölçmek için kullanılabilir, bu da inhibitör etkinliği hakkında bilgi sağlar. Ek olarak, immünolojik testler, SANA yönteminden farklı olarak doku homojenatları gibi karmaşık biyolojik numunelerle çalışacak şekilde uyarlanabilir. Bununla birlikte, immünolojik testlerin geliştirilmesi ve doğrulanması zaman alıcı olabilir ve spesifik antikorlar gerektirebilir, bu da potansiyel olarak daha basit spektrofotometrik yaklaşımlardan daha yüksek maliyetlere yol açabilir21.
Kolorimetrik elastaz aktivite modülasyon testi, herhangi bir bileşiğin elastaz aktivitesini değiştirme yeteneğini araştırmak için değerli bir araçtır. Basitliği, duyarlılığı ve uyarlanabilirliği nedeniyle, yöntem çeşitli araştırma ortamlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, araştırmacılar testin sınırlamalarını göz önünde bulundurmalı ve elastaz inhibitörlerinin aktivitesinin altında yatan mekanizmaları kapsamlı bir şekilde belirlemek için tamamlayıcı yöntemler kullanmalıdır.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu çalışma için kullanılan reaktiflerin ve ekipmanın detayları Malzeme Tablosunda listelenmiştir.
1. 0.2 M Tris baz reaksiyon tamponunun (RB) hazırlanması
2. Numune hazırlama
3. Elastaz enziminin hazırlanması
4. SANA substratının hazırlanması
5. Fenilmetilsülfonil florür (PMSF) stok çözeltisinin hazırlanması
6. Tahlilin ayarlanması
7. Veri analizi
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Protokol tamamlandıktan sonra, ilgili hesaplamaları gerçekleştirmek ve numunelerin elastaz aktivitesini modüle etme kapasitesini ölçmek için gerekli absorbans verileri elde edilebilir. Şekil 3 , farklı kontroller ve numunelerle kuyuların konumunu vurgulamaktadır. Bu örnekte kullanılanlar gibi renkli numuneler söz konusu olduğunda, renk, 410 nm'de pNA'nın sarı renginin ölçümünü engelleyebileceğinden, spektrofotometrik paraziti en aza i...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Mevcut yöntemde, fitokimyasalların elastaz enzimleri üzerindeki modülatör etkileri kolorimetrik bir test kullanılarak incelenmiştir. Elastin yıkımı için çok önemli olan bir serin proteaz olan elastaz, çeşitli organlarda doku elastikiyetinin korunmasında önemli bir rol oynar. Bu çalışmada açıklanan kolorimetrik elastaz testi, elastaz aktivitesini ölçmek için basit, hassas ve hızlı bir yöntem sunar.
Bu bağlamda araştırmacılar, ela...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması beyan etmemektedir.
Bu araştırma İspanya Bilim ve Yenilik Bakanlığı (MCIN/AEI/10.13039/501100011033/FEDER, UE; projeler: RTI2018-096724-B-C21, TED2021-129932B-C21 ve PID2021-125188OB-C32) ve Generalitat Valenciana (PROMETEO/2021/059) tarafından finanse edilmiştir. Bu çalışma aynı zamanda İspanyol Hükümeti Biyomedikal Araştırma Resmi Fon Ajansı, Sağlık Enstitüsü Carlos III (ISCIII) tarafından CIBEROBN (CB12/03/30038), Agencia Valenciana de la Innovación: INNEST/2022/103; Avrupa Bölgesel Kalkınma Fonu tarafından ortaklaşa finanse edilmektedir. E.B.-C ve M.H.-L. 2021/2023 hibesi için İspanyol Üniversite Sisteminin Yeniden Yeterliliği ile desteklenmiştir. F.J.Á.-M. 2021/2023 genç doktorların eğitimi için Margarita Salas Hibeleri tarafından desteklenmiştir. Bu protokolün geliştirilmesinde paha biçilmez destekleri olan idari ve teknik destek personeline en içten şükranlarımızı sunarız.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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