Name: metabolic mapping: quantitative enzyme cytochemistry and histochemistry to determine the activity of dehydrogenases in cells and tissues
Uploaded: 2018-05-26T13:00:00
Duration: 8 min 36 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Metabolic Mapping: Quantitative Enzyme Cytochemistry and Histochemistry to Determine the Activity of Dehydrogenases in Cells and Tissues at JoVE.com

R.J.M. поддерживается AMC PhD стипендии. Это исследование было поддержано голландского общества рака (KWF Грант UVA 2014-6839). Авторы благодарят д-р A. Jonker за его помощь в написании протокола.

<ol>
	<li>Pavlova, N. N., Thompson, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Emerging+Hallmarks+of+Cancer+Metabolism.">The Emerging Hallmarks of Cancer Metabolism.</a> Cell Metab. 23 (1), 27-47 (2016).</li><li>Van Noorden, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+enzymes+at+work:+metabolic+mapping+by+enzyme+histochemistry.">Imaging enzymes at work: metabolic mapping by enzyme histochemistry.</a> J Histochem Cytochem. 58 (6), 481-497 (2010).</li><li>Van Noorden, C. J. F., Mcmanus, L. M., Mitchell, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Pathobiology of Human Disease. , 3760-3774 (2014).</li><li>Chieco, P., Jonker, A., De Boer, B. A., Ruijter, J. M., Van Noorden, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image+cytometry:+protocols+for+2D+and+3D+quantification+in+microscopic+images.">Image cytometry: protocols for 2D and 3D quantification in microscopic images.</a> Prog Histochem Cytochem. 47 (4), 211-333 (2013).</li><li>Van Noorden, C. J. F., Frederiks, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Enzyme histochemistry : a laboratory manual of current methods. , (1992).</li><li>Van Noorden, C. J. F., Butcher, R. G., Stoward, P. J., Pearse, A. G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Histochemistry, theoretical and applied. Vol 3.: enzyme histochemistry. , 355-432 (1991).</li><li>Van Noorden, C. J., Tas, J., Vogels, I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytophotometry+of+glucose-6-phosphate+dehydrogenase+activity+in+individual+cells.">Cytophotometry of glucose-6-phosphate dehydrogenase activity in individual cells.</a> Histochem J. 15 (6), 583-599 (1983).</li><li>Butcher, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+measurement+in+tissue+sections+of+the+two+formazans+derived+from+nitroblue+tetrazolium+in+dehydrogenase+reactions.">The measurement in tissue sections of the two formazans derived from nitroblue tetrazolium in dehydrogenase reactions.</a> Histochem J. 10 (6), 739-744 (1978).</li><li>Matsumoto, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cell biological applications of confocal microscopy. , (2002).</li><li>Errington, R. J., White, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+dynamic+cell+volume+in+situ+by+confocal+microscopy.">Measuring dynamic cell volume in situ by confocal microscopy.</a> Methods Mol Biol. 122, 315-340 (1999).</li><li>Molenaar, R. J., Radivoyevitch, T., Maciejewski, J. P., van Noorden, C. J., Bleeker, F. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+driver+and+passenger+effects+of+isocitrate+dehydrogenase+1+and+2+mutations+in+oncogenesis+and+survival+prolongation.">The driver and passenger effects of isocitrate dehydrogenase 1 and 2 mutations in oncogenesis and survival prolongation.</a> Biochim Biophys Acta. 1846 (2), 326-341 (2014).</li><li>Molenaar, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radioprotection+of+IDH1-Mutated+Cancer+Cells+by+the+IDH1-Mutant+Inhibitor+AGI-5198.">Radioprotection of IDH1-Mutated Cancer Cells by the IDH1-Mutant Inhibitor AGI-5198.</a> Cancer Res. 75 (22), 4790-4802 (2015).</li><li>Khurshed, M., Molenaar, R. J., Lenting, K., Leenders, W. P., van Noorden, C. J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+silico+gene+expression+analysis+reveals+glycolysis+and+acetate+anaplerosis+in+IDH1+wild-type+glioma+and+lactate+and+glutamate+anaplerosis+in+IDH1-mutated+glioma.">In silico gene expression analysis reveals glycolysis and acetate anaplerosis in IDH1 wild-type glioma and lactate and glutamate anaplerosis in IDH1-mutated glioma.</a> Oncotarget. 8 (30), 49165-49177 (2017).</li><li>Alberts, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Molecular biology of the cell. , (2015).</li><li>Berg, J. M., Tymoczko, J. L., Gatto, G. J., Stryer, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biochemistry. , (2015).</li><li>Webb, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Enzyme nomenclature 1992 : recommendations of the Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology on the nomenclature and classification of enzymes. , (1992).</li><li>Botman, D., Tigchelaar, W., Van Noorden, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+Phosphate-activated+Glutaminase+Activity+and+Its+Kinetics+in+Mouse+Tissues+using+Metabolic+Mapping+(Quantitative+Enzyme+Histochemistry).">Determination of Phosphate-activated Glutaminase Activity and Its Kinetics in Mouse Tissues using Metabolic Mapping (Quantitative Enzyme Histochemistry).</a> J Histochem Cytochem. 62 (11), 813-826 (2014).</li><li>van Lith, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glutamate+as+chemotactic+fuel+for+diffuse+glioma+cells:+are+they+glutamate+suckers?.">Glutamate as chemotactic fuel for diffuse glioma cells: are they glutamate suckers?.</a> Biochim Biophys Acta. 1846 (1), 66-74 (2014).</li></ol>

Авторы не имеют ничего сообщать.

Исследование клеточного метаболизма в настоящее время переживает ренессанс потому что исследователи понимают теперь, что метаболические эффекты имеют решающее значение для патогенеза и лечения многих заболеваний. 1 Кроме того, метаболизм исследования способствовало увеличение доступности методов, которые обеспечивают это поле исследований с больше средств, чем когда-либо, включая масс-спектрометрии, радиоизотопный маркировки и спектрометрии ядерного магнитного резонанса. Метаболические сопоставление методика отнюдь не роман, но ее способность дать комплексной информации о деятельности ферментов в ситуации почти true природа делает этот метод более актуальным, чем когда-либо. 2
Кофакторы NAD+ и NADP+ встречаются во всех живых клетках, которые указывают, что дегидрогеназ возникли очень рано в процессе эволюции и играют ключевую роль в клеточный метаболизм. 14 , 15 в настоящее время, есть 523 фермента катализируемой реакции, которые классифицируются как дегидрогеназ и происходят во всех видов. 16 теоретически, деятельность всех различных дегидрогеназа реакций можно отдельно расследоваться настройки метаболических сопоставления протокола, описанных здесь. Каждый ферментативной реакции является уникальным с помощью субстрата и кофакторов, которые необходимы для своей деятельности. Таким образом деятельность каждого ферментативной реакции может быть определена метаболических сопоставления эксперимент с помощью адекватных субстрата и кофакторы в реакции среды. Однако некоторые изоформы ферментов отличаются в их субцеллюлярные локализации, например один изоформы катализирует реакцию в цитоплазме, тогда как другой изоформы функции в митохондриях. Ярким примером является IDH1 и IDH2, из которых первый цитоплазматических и последний митохондриальных и которые являются два различных белков, кодируемых два различных генов. 11 1-метокси-5-methylphenazinium methylsulfate (метокси PMS) и 5-methylphenazinium methylsulfate (PMS) может использоваться как переносчики электронов для этих экспериментов. Бывший не проходит митохондриальных мембран, последний делает. Таким образом расследования на митохондриальных ферментов (например IDH2) следует использовать PMS, в то время как исследования на цитозольной ферментов (например IDH1) следует использовать МП.
Как с много методов, вариации этого протокола, например с использованием различных видов соли tetrazolium, за исключением добавления PMS и азид натрия, используя водный монтажа средних и различной инкубации и полоскания раз, существуют и могут работать одинаково хорошо. Дегидрогеназ применение метаболической сопоставления с tetrazolium соли не ограничен. С небольшими изменениями к протоколу, он может также использоваться для оценки активности ферментов, которые действуют непосредственно вверх по течению от дегидрогеназа в метаболический путь. Мы уже описали этот принцип для фермента glutaminase,17 , в которой функционирует непосредственно вверх по течению от глутамата дегидрогеназа в пути glutaminolysis. 18 в теории, тот же принцип может применяться для других ферментов, которые прямо вниз или вверх по течению от дегидрогеназа например aconitase, которая находится непосредственно перед IDH2 и IDH3 в трикарбоновой кислоты (TCA) функция цикла. Еще один простой вариации концентраций, описанных в таблице 1 — путем инкубации средних флаконов с различных концентраций субстрата, кофактора или ингибитор. Это позволяет поколение доза активность кривых в зависимости от концентрации субстрата, кофактора или торможение.
Технически говоря, метаболические сопоставления эксперименты не облегчают беспристрастного наблюдения в situ ферментативной активности, потому что исследователи должны выбрать субстрат и кофакторы концентрации, которая может не отражать уровне субстрата и кофакторы которые являются настоящей в situ. Кроме того использование вязких 18%, ПВА в реакции среды служит для держать макромолекул нетронутыми, в месте и в конформации, но запрещает эффективного распространения низкого молекулярного веса реагентов посредством реакции. 3 , 5 таким образом, определяется ферментативной активности в эксперименты, описанные здесь, которые используют supraphysiological концентрации субстрата не отражает ситуацию в естественных условиях в концентрации данного субстрата, но подходят для внутри экспериментальное сравнение. Таким образом результаты экспериментов метаболических сопоставления является производственная мощность (максимальная активность) ферментативные реакции в контексте субстрата и кофакторы уровней, которые являются настоящей в situ. Кроме того использование различных концентраций субстрата и/или кофакторов и несколько образцов позволяет объективное сравнение максимальная производственная мощность (VМакс) и сходство (mK) фермент для субстрата/кофактора в ячейке препараты , тканей или тканей регионов. Эти параметры являются результатом сумме ферментных белков, столб-поступательные изменения и воздействие переполненных микроокружения на активность ферментов. Таким образом метаболические сопоставление по-прежнему лучше отражает активность фермента чем эксперименты, которые определить выражение протеина или очищенного фермента активность в пробирке.

Важным краеугольным камнем клеточной физиологии — метаболизма. Метаболизм обеспечивает клетки с энергией, необходимой для всех физиологических процессов, обеспечивает строительные блоки для высокомолекулярных биосинтез и регулирует клеточного гомеостаза в отношении отходов, токсичные молекулы и разборку и Утилизация ненужных или неблагополучных клеточных компонентов. Ферменты катализируют почти всех жизненно важных клеточных химических реакций и, следовательно, двигательных единиц в физиологии клетки. 1 , 2
Активность ферментов жестко регулируется на многих уровнях и поэтому гистохимии количественных фермента и цитохимии (также называется метаболических отображение) является предпочтительным методом для изучения активности фермента в situ. На уровне транскрипционный анализ экспрессии генов в мРНК регулируется. Эффект регуляции транскрипции можно определить с помощью количественных анализов мРНК, например microarrays или прямой последовательности РНК или качественных анализов мРНК, например гибридизации in situ , которая дает информацию о сотовых (суб) Локализация молекул мРНК. Это делает возможным оценить относительные различия между ячейками транскрипционный анализ активности. Однако толкования и действия этих анализов мРНК в отношении метаболической активности осложняется тем, что регулирование также происходит на уровне мРНК, где последовательность и стабильность молекул мРНК изменяются после того, как он транскрибируется из ДНК. Это редактирование регулирует белок изоформы перевод и перевод количество белка в рибосомах. Кроме того процесс перевода белков контролируется и в конечном итоге влияет на фермент выражение и поэтому деятельность. Совокупное воздействие вышеупомянутые нормативные меры могут быть оценены с помощью анализов выражение количественных белка, такие как западный Blotting обратная фаза lysate microarrays протеина или качественного белка выражение анализов, таких как иммуноцитохимии и иммуногистохимии, но эти методы не включать течению регулирования эффекты, такие как столб-поступательные изменения белков и функциональное регулирование ферментов в их переполненном микроокружения. Кроме того выражение фермента может слабо коррелирует с своей деятельности, так что измерений активности очищенный фермента в гомогенатах клетки или ткани или в разбавленных растворах широко используются для исследования активности фермента. Однако эти эксперименты не реплицировать влияние переполненном разобщенным цитоплазмы или органеллы на активность фермента. Кроме того все вышеупомянутые методы определения количества или локализации выражение mRNA или фермента, но неспособны дать всеобъемлющую информацию на обоих этих аспектов фермента выражение, не говоря уже об интеграции этого Информация с определения активности фермента. 2 , 3 , 4
Метаболические картирование позволяет признательность всех вышеупомянутых переменных, которые определяют активность фермента. Более того метаболические сопоставление является формой живой клетки или ткани изображений с клеток и тканей, которые сохранились во время анализа для создания ситуации почти true к природе для создания данных активности ферментов. Он производит изображения, которые облегчают подробные признательность расположение ферментативной активности, а также надежной количественной оценки активности ферментов в отсеке клетки или ткани. 3 , 4 протоколы, описанные здесь для метаболических картирование деятельности дегидрогеназ основаны на лабораторных руководства всех доступных энзима гистохимические методы,5 на принципах количественного фермента гистохимии,6 и на анализ изображений количественные метаболических сопоставления. 4
Дегидрогеназ являются ферменты, которые выполняют окислительно-восстановительных реакций для уменьшения канонические кофакторов NAD+, NADP+ и Причуды NADH, NADPH и ГВС2, соответственно. Нетронутым клеток или криостата разделов ткани, которые не являются фиксированными химически инкубируют в реакции среды, которая содержит, среди других реагентов, субстрат и кофакторы конкретных дегидрогеназы и tetrazolium соли. Впоследствии что дегидрогеназа выполняет свою каталитическую активность и уменьшает, например, NADP+ до NADPH. Через перевозчика электрона 2 NADPH молекул в конечном итоге сократить 1 водорастворимый полу бесцветная tetrazolium соли молекулы в 1 водонерастворимых синий Формазаны молекула, которая сразу же осаждается на сайте дегидрогеназы. Таким образом поглощения осажденный Формазаны является прямой мерой местной деятельности дегидрогеназы и можно наблюдать с помощью световой микроскопии или количественно с помощью монохроматического света микроскопии и изображения анализа. Количественный аспект настоящего протокола позволяет исследователям статистические выводы из этих анализов. Кроме того эта количественная оценка облегчает определение в situ кинетическая фермента параметров, таких как максимальное ферментативной активности (VМакс) и близость субстрат для фермента (mK). 3 , 4 , 5 , 6
При планировании эксперимента метаболических сопоставления, важно понимать, что за эксперимент, максимум 50 стекла слайды с приставшей клеток препаратов или разделов ткани рекомендуется свести к минимуму время задержки во время инкубации для получения последовательной результаты. Это можно обрабатывать более слайды и/или средних композиции, когда эти шаги протокола совместно осуществляется более чем одном экспериментатор. Кроме того некоторые изменчивость существует между экспериментов. Таким образом идентичные эксперименты должны проводиться по крайней мере 3 раза с cytospins от подготовки каждой ячейки или разделы из каждого образца ткани и соответствующие элементы управления должны быть включены в каждом эксперименте. Всегда готовить средство управления инкубации в отсутствие субстрата, но в присутствии кофакторов для управления для окрашивания активность фермента неспецифические. Наиболее представительных результатов в экспериментах где концентрации различных субстрата/кофактор применяются к разделов ткани или клетки препаратов из того же образца, так, что экспериментатор можно выполнить анализ с помощью Кинетика энзима доза активность кривых.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="972">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Adenosine 5&#8242;-diphosphate sodium salt</td>
			<td style="width:343px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">A2754</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">D-Glucose 6-phosphate sodium salt</td>
			<td style="width:343px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">G7879</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:343px;">Disodium hydrogen phosphate (NA2HPO4)</td>
			<td style="width:343px;">Merck Millipore</td>
			<td align="right" style="width:119px;">106559</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">di-Sodium succinate</td>
			<td style="width:343px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">W327700</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">DL-Isocitric acid trisodium salt hydrate</td>
			<td style="width:343px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">I1252&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">D-Malic acid</td>
			<td style="width:343px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">2300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Glycerol Gelatin</td>
			<td style="width:343px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">GG1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">L-Glutamic acid</td>
			<td style="width:343px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">G1251</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Lithium 6-phospho-D-galactonate</td>
			<td style="width:343px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">55962</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Magnesium chloride</td>
			<td style="width:343px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">M8266</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">methoxy-Phenazine methosulfate</td>
			<td style="width:343px;">Serva</td>
			<td style="width:119px;">28966.01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Nicotinamide adenine dinucleotide</td>
			<td style="width:343px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">N0505&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate</td>
			<td style="width:343px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">NADP-RO</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Nitrotetrazolium Blue chloride</td>
			<td style="width:343px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">N6876</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Phenazine methosulfate</td>
			<td style="width:343px;">Serva</td>
			<td style="width:119px;">32030.01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Polyvinyl alcohol, fully hydrolyzed</td>
			<td style="width:343px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">P1763</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:343px;">Potassium dihydrogen phosphate (KH2PO4)</td>
			<td style="width:343px;">Merck Millipore</td>
			<td align="right" style="width:119px;">104873</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Sodium azide</td>
			<td style="width:343px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">S2002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Sodium L-lactate</td>
			<td style="width:343px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">L7022</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Bandpass filter</td>
			<td style="width:343px;">Edmund optics</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>https://www.edmundoptics.de/optics/optical-filters/bandpass-filters/Hard-Coated-OD-4-10nm-Bandpass-Filters/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Grey-step wedge</td>
			<td style="width:343px;">Stouffer Industries</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>http://www.stouffer.net/TransPage.htm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

metabolic mapping: quantitative enzyme cytochemistry and histochemistry to determine the activity of dehydrogenases in cells and tissues

Изменены клеточного метаболизма является отличительной чертой многих заболеваний, включая рак, сердечно-сосудистые заболевания и инфекции. Метаболические двигательных единиц клеток являются ферменты и их деятельность в значительной степени регулируются на многих уровнях, в том числе транскрипционный анализ, стабильность мРНК, переводческая, столб-поступательные и функциональном уровне. Этот комплекс правил означает, что обычных анализов количественных или изображений, такие количественные мРНК эксперименты, западных помарок и иммуногистохимии, дают неполную информацию о конечной деятельности ферментов, их функции и/или их локализация внутриклеточных. Количественные фермента цитохимии и гистохимии (т.е. метаболические картирование) Показать подробную информацию на в situ ферментативную активность и кинетики, функции и внутриклеточных локализации в ситуации почти true к природе.
Мы описываем протокол для обнаружения деятельности дегидрогеназ, которые являются ферменты, которые выполняют окислительно-восстановительных реакций для уменьшения кофакторов NAD(P)+ и Увлечением. Клетки и ткани секции инкубируют в среде, характерная для ферментативной активности одной дегидрогеназы. Впоследствии дегидрогеназа, которое является предметом расследования выполняет свою ферментативную активность внутриклеточных сайта. В химические реакции с реакцией среды это в конечном итоге создает Формазаны синего цвета на сайте дегидрогеназа деятельности. Формазаны поглощение поэтому прямая мера дегидрогеназа деятельности и может быть определена количественно с помощью монохроматического света микроскопии и изображения анализа. Количественный аспект настоящего протокола позволяет исследователям статистические выводы из этих анализов.
Помимо обсервационных исследований этот метод может использоваться для ингибирования исследования специфических ферментов. В этом контексте, исследования выгоду от true природа преимущества метаболических сопоставления, давая результаты на местах , что может быть физиологически более актуальным, чем в vitro исследования Ингибирование фермента. В целом метаболические сопоставление является незаменимым техника для изучения метаболизма на уровне сотовых или ткани. Техника легко принять, обеспечивает углубленного, всестороннего и комплексного метаболической информации и позволяет быстрый количественный анализ.

Несколько протоколов подготовить средний инкубационный указаны для расследования деятельности конкретного дегидрогеназы. Для каждого дегидрогеназа Растворите перечисленных реагентов в ПВА решения при сохранении температуре по крайней мере 37 ° C. Реагентов должен быть расторгнут в порядке, указанном в таблице, т.е. nitroBT сначала всегда растворяется и (m) PMS последний всегда растворяется. Каждый 5 мг nitroBT растворяется в 40 мкл микс (20 мкл этанол + 20 мкл диметилформамид). Все тома, на 1 мл раствора 18% ПВА, которое может использоваться для пятно ~ 2 разделах ткани или ~ 4 ячейки препаратов на стеклянных вставках. NitroBT, NAD+, NADP+, АДФ и субстрат решения следует включить свежие. NaN3, MgCl2 и (m) PMS решения могут храниться при температуре 4 ° C на один месяц. 18% ПВА растворяют в фосфат буфер может храниться при температуре 60 ° C в течение 2 недель. РН раствора ПВА 18% можно задать с помощью различных композиций 0,1 М калия дигидрогенфосфат (KH2PO4) и 0,1 М водорода динатрия фосфат (NA2HPO4) буферов. Показано инкубационных периодов обеспечивают хорошие отправные точки, но оптимальных инкубационных периодов зависит от вида, типа ткани и сохранению ткани. В общем клетки препаратов следует инкубировали дольше, чем разделов ткани для получения аналогичного уровня производства Формазаны.
Дегидрогеназа одичал типа isocitrate 1 и 2 (IDH1/2) катализировать преобразование isocitrate в альфа-кетоглютарата (αKG) с сопутствующей сокращения NADP+ до NADPH в цитоплазме и митохондрии, соответственно. Эти ферменты недавно привлекли интерес, потому что IDH1/2 мутации происходят в различные типы человеческого рака, включая рак первичного мозга (глиобластома) и колоректального рака и предлагают уникальную возможность продемонстрировать возможности метаболические сопоставления. IDH1 перегласовок отключить активность фермента одичал типа IDH1 и также побудить нео Ферментативная активность, что приводит к производству и последующее накопление oncometabolite D-2-hydroxyglutarate (D-2 HG),11 , которая является подробно обсуждаются в других местах. 12 метаболических сопоставления эксперименты показали, что NADP+-зависимой IDH1/2 деятельность была значительно ниже в колоректальные карциномы клетки с постучал в гетерозиготных IDH1 мутация чем в колоректальные карциномы клетки, которые были IDH1 одичал типа (рис. 1A). Эта разница была количественно оценена путем анализа изображений микрофотографиями монохроматического света (рис. 1B). 12
Еще один пример иллюстрирующий метаболических сопоставления экспериментов показано на Рисунок 2, который является изображение части криостата мозга мыши, который был впрыснут с клеток глиобластомы человека. IDH1/2 является наиболее важным поставщиком НАДФН в человеческий мозг, и его деятельность является upregulated в одичал тип IDH1/2 глиобластома, в то время как NADPH производственные мощности IDH1/2 намного ниже мозги грызунов. 11 Рисунок 2A показывает разницу между высокой NADP+-зависимой IDH1/2 активность клеток глиобластомы человека и низкой NADP+-зависимой IDH1/2 активность в мозге здоровой мыши. IDH1/2 деятельность количественно как производство NADPH мкмоль / мл ткани в минуту на рисунке 2B.
Ферментативной реакции IDH1/2 относительно проста, но Лактатдегидрогеназа (LDH) является более сложным ферментного комплекса. LDH преобразует обратимое преобразование от лактата пирувата с сопутствующей сокращения NAD+ NADH или наоборот. Наличие лактата и пирувата и состав ЛДГ ферментного комплекса диктует ли лактат главным образом преобразуется пирувата (которая является катализатором ЛДГ-B и дает NADH) или ли пируват главным образом преобразуется в лактат (который является катализируемой ЛДГ-A и потребляет NADH). 13 метаболических сопоставления эксперименты способны визуализировать активность ЛДГ-B реакции, но они являются «слепой» на активность ЛДГ-A реакции, потому что производство NADH не происходит, и как следствие nitroBT не сводится к Формазаны. Рисунок 3 показывает NAD+-зависит от активности ЛДГ (т.е. преобразование лактата в пирувата) в мозге человека разделы в отсутствие субстрата (Рисунок 3А), в присутствии высокой концентрации лактата (рисунок 3B ), в присутствии лактат 6 мм (рис. 3 c), так и в присутствии низкой концентрации лактата и пирувата (рис. 3D) более высокую концентрацию. Результаты этих экспериментов свидетельствуют о метаболических сопоставления адекватно отражает что NAD+-зависимых активность ЛДГ в разделах ткани зависит от наличия лактата и пирувата в реакции среды.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56843/56843fig1.jpg">
Рисунок 1 . NADP+-зависимой IDH1/2 активность клеток человека колоректального рака. (A) представитель монохроматического света микрофотографиями HCT116 человека колоректальный рак клеток после окрашивания для NADP+-зависимых активности IDH1/2 против 1-10 мм isocitrate и 0,8 мм NADP+. Масштаб баров = 50 µm. (B) количественную оценку поглощения синий Формазаны производится из nitroBT с NADP+-зависимой IDH1/2 деятельность на ячейку отображается с использованием монохроматического света в (A) и анализа изображений. Сокращения: IDH1Вт/Вт, isocitrate дегидрогеназа 1 одичал типа; IDH1WT/MUT, isocitrate дегидрогеназа 1 мутировали. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56843/56843fig1large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56843/56843fig2.jpg">
Рисунок 2 . NADP+-зависимой IDH1/2 деятельность человека глиобластома образцов. Представитель микрофотография (A) раздела мозга мыши, содержащего здоровой мыши мозга (h) и глиобластомы человека опухоли Ксенотрансплантат (t) после окрашивания для NADP+-зависимой IDH1/2 активности в присутствии 0,8 NADP мм+ и isocitrate 2 мм. Шкалы бар = 200 мкм (B) фермента деятельности количественной оценки областей мозга мыши (h) и глиобластомы человека Ксенотрансплантат (t) показано в () с использованием закон Lambert-пиво. Планки погрешностей представляют стандартных отклонений. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56843/56843fig2large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56843/56843fig3.jpg">
Рисунок 3 . NAD+-зависимых Лактатдегидрогеназа (LDH) активность образцов человеческого мозга. Представитель микрофотографиями последовательных секций образцов человеческого мозга после окрашивания для NAD+-зависимых активность ЛДГ (A) против контроля условий (в отсутствие субстрата и пирувата, 3 мм NAD+ только) (B) против 150 мм лактата в отсутствие пирувата (C) против 6 мм лактата в отсутствие пируват и (D) против 6 мм лактата в присутствии 18 мм пируват, ингибитор конкурентоспособной продукции лактата и пирувата реакции. Шкалы бар = 200 µm. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56843/56843fig3large.jpg" target="_blank">пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Фермента:</td>
			<td>G6PDH</td>
			<td>MD)</td>
			<td>SDH</td>
			<td>MDH</td>
			<td>IDH1</td>
			<td>IDH2</td>
			<td>IDH3</td>
			<td>6PGD</td>
			<td>GDH</td>
		</tr>
<tr>
<td>ПВА 18% в 100 мм фосфатного буфера</td>
			<td>1 мл; pH = 7,4</td>
			<td>1 мл;  pH = 7,4</td>
			<td>1 мл;  pH = 8.0</td>
			<td>1 мл; pH = 7,4</td>
			<td>1 мл; pH = 7,4</td>
			<td>1 мл; pH = 7,4</td>
			<td>1 мл; pH = 7,4</td>
			<td>1 мл; pH = 8.0</td>
			<td>1 мл; pH = 8.0</td>
		</tr>
<tr>
<td>5 мм NitroBT</td>
			<td>5 мг/40 мкл микс</td>
			<td>5 мг/40 мкл микс</td>
			<td>5 мг/40 мкл микс</td>
			<td>5 мг/40 мкл микс</td>
			<td>5 мг/40 мкл микс</td>
			<td>5 мг/40 мкл микс</td>
			<td>5 мг/40 мкл микс</td>
			<td>5 мг/40 мкл микс</td>
			<td>5 мг/40 мкл микс</td>
		</tr>
<tr>
<td>5 мм НАН3 </td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td>5 мм MgCl2</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td>3 мм NAD+</td>
			<td></td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td></td>
			<td>10 МКЛ</td>
		</tr>
<tr>
<td>0,8 мм NADP</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td></td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td>2 мм ADP</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>10 МКЛ</td>
		</tr>
<tr>
<td>субстрат</td>
			<td>10 мм глюкозо-6-фосфат</td>
			<td>Лактат 150 мм</td>
			<td>50 мм сукцината</td>
			<td>яблочная кислота 100 мм</td>
			<td>2 мм isocitrate</td>
			<td>2 мм isocitrate</td>
			<td>2 мм isocitrate</td>
			<td>10 мм 6-фосфо galactonate</td>
			<td>Глутаминовая кислота 10 мм</td>
		</tr>
<tr>
<td>МПМ 0,32 мм</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td></td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td>0,2 мм PMS</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td>10 МКЛ</td>
			<td></td>
			<td>10 МКЛ</td>
		</tr>
<tr>
<td>Длительность инкубации</td>
			<td>5 мин</td>
			<td>30 мин.</td>
			<td>60 мин</td>
			<td>60 мин</td>
			<td>30 мин.</td>
			<td>30 мин.</td>
			<td>30 мин.</td>
			<td>10 мин</td>
			<td>30 мин.</td>
		</tr>
</tbody></table>
Таблицы 1. Схематический обзор метаболических сопоставления протокола для дегидрогеназ. Аббревиатуры: ADP, аденозин дифосфат; (m) PMS (метокси) -5-methylphenazinium метил сульфат; nitroBT, nitro tetrazolium синий хлорид; G6PDH, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы; ЛДГ, лактатдегидрогеназа; SDH, сукцинатдегидрогеназы; MDH, малат дегидрогеназа; IDH, isocitrate дегидрогеназа; 6PGD, 6-phosphogluconate дегидрогеназа; GDH, глютамат дегидрогеназы.

Watch this Scientific Journal Video about Metabolic Mapping: Quantitative Enzyme Cytochemistry and Histochemistry to Determine the Activity of Dehydrogenases in Cells and Tissues at JoVE.com

Metabolic Mapping: Quantitative Enzyme Cytochemistry and Histochemistry to Determine the Activity of Dehydrogenases in Cells and Tissues

Здесь мы представляем протокол, который может использоваться для микроскопически визуализации и количественной оценки деятельности дегидрогеназ в клетках и тканях и его кинетики, функции и субцеллюлярные локализации.

Метаболические карт: Количественные фермента цитохимии и гистохимии для определения активности дегидрогеназ в клетках и тканях

Altered cellular metabolism is a hallmark of many diseases, including cancer, cardiovascular diseases and infection. The metabolic motor units of cells ...

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Seven Steps to Stellate Cells

Семь шагов к звездчатых клеток

Hepatic stellate cells are liver-resident  cells of star-like morphology and are located in the space of Disse between  liver sinusoidal endothelial cells ...

Quantitative In vitro Assay to Measure Neutrophil Adhesion to Activated Primary Human Microvascular Endothelial Cells under Static Conditions

Quantitative In vitro Assay to Measure Neutrophil Adhesion to Activated Primary Human Microvascular Endothelial Cells under Static Conditions

Количественный<em&gt; В пробирке</em&gt; Анализе на определение адгезию нейтрофилов к активированным Первичные человеческие эндотелиальные клетки микрососудов в статических условиях

The vascular  endothelium plays an integral part in the inflammatory response. During the  acute phase of inflammation, endothelial cells (ECs) are ...

Methods to Inhibit Bacterial Pyomelanin Production and Determine the Corresponding Increase in Sensitivity to Oxidative Stress

Методы подавления бактериального Pyomelanin Производство и определить соответствующую увеличению чувствительности к окислительному стрессу

Pyomelanin is an extracellular red-brown pigment produced by several bacterial and fungal species. This pigment is derived from the tyrosine catabolism ...

Neutrophil Isolation and Analysis to Determine their Role in Lymphoma Cell Sensitivity to Therapeutic Agents

Нейтрофильная Выделение и анализ для определения их роли в клеточной лимфомы чувствительность к терапевтических агентов

Neutrophils are the most abundant (40% to 75%) type of white blood cells and among the first inflammatory cells to migrate towards the site of ...

Optimization of a Quantitative Micro-neutralization Assay

Оптимизация количественного микро-анализ нейтрализации

The micro-neutralization (MN) assay is a standard technique for measuring the infectivity of the influenza virus and the inhibition of virus replication. ...

In Situ MHC-tetramer Staining and Quantitative Analysis to Determine the Location, Abundance, and Phenotype of Antigen-specific CD8 T Cells in Tissues

In Situ MHC-tetramer Staining and Quantitative Analysis to Determine the Location, Abundance, and Phenotype of Antigen-specific CD8 T Cells in Tissues

На месте MHC-Тетрамер окрашивание и количественный анализ для определения местоположения, изобилия и фенотип антиген специфические CD8 Т-клеток в тканях

T cells are critical to many immunological processes, including detecting and eliminating virus-infected cells, preventing autoimmunity, assisting in ...

Overexpression and Purification of Human Cis-prenyltransferase in Escherichia coli

Overexpression and Purification of Human Cis-prenyltransferase in Escherichia coli

Сверхэкспрессия и очищение человека<em&gt; Cis</em&gt; -пренилтрансфераза в<em&gt; Escherichia coli</em

Prenyltransferases (PT) are a group of enzymes that catalyze chain elongation of allylic diphosphate using isopentenyl diphosphate (IPP) via multiple ...

A Novel Feeder-free System for Mass Production of Murine Natural Killer Cells In Vitro

A Novel Feeder-free System for Mass Production of Murine Natural Killer Cells In Vitro

Роман фидер бесплатная система для массового производства мышиных естественных клеток-киллеров в пробирке

Natural killer (NK) cells belong to the innate immune system and are a first-line anti-cancer immune defense; however, they are suppressed in the tumor ...

Histological Quantification to Determine Lung Fungal Burden in Experimental Aspergillosis

Гистологические количественная оценка для определения в экспериментальной аспергиллез легких грибковых бремя

The quantification of lung fungal burden is critical for the determination of the relative levels of immune protection and fungal virulence in mouse ...

Development and Validation of an Ultrasensitive Single Molecule Array Digital Enzyme-linked Immunosorbent Assay for Human Interferon-&#945;

Development and Validation of an Ultrasensitive Single Molecule Array Digital Enzyme-linked Immunosorbent Assay for Human Interferon-ÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Â±

Разработка и валидация сверхчувствительная одной молекулы массив цифровых энзим соединенный Assay иммуносорбента для человеческий интерферон α

The main aim of this protocol is to describe the development and validation of an interferon (IFN)-&#945; single molecule array digital Enzyme-Linked ...