Name: mapping metabolism: monitoring lactate dehydrogenase activity directly in tissue
Uploaded: 2018-06-21T14:00:00
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HAC fue la Milton E. Cassel de la Rita Allen Foundation (http://www.ritaallenfoundation.org). Este trabajo fue financiado por subvenciones a HAC de nacional Instituto de R01 de ciencias médicas General GM081686 R01 AR070245, del Instituto Nacional de (médico General) Ciencias R01 GM0866465, la Eli y Edythe amplia centro de medicina regenerativa y Stem Cell Research Rose Hills y Hal Gaba premios), centro de salud/UCLA CTSI NIH Grant UL1TR000124, la sociedad de la leucemia linfoma, impacto el Iris Cantor de la mujer premios de Jonsson Comprehensive Cancer Center a WEL y HAC. Investigación en esta publicación fue apoyada por el Instituto Nacional del cáncer de los institutos nacionales de salud bajo la concesión número P50CA092131. Los fundadores no tenían ningún papel en el diseño del estudio, recopilación de datos y análisis, publicación o preparación del manuscrito. HAC es un miembro de la Eli y Edythe amplia centro de medicina regenerativa e investigación de células madre, el Instituto de Biología Molecular de la UCLA y el programa interdepartamental de Bioinformática de UCLA.

Todos los experimentos descritos fueron aprobados por el Comité de cuidado Animal de la Universidad de California, Los Ángeles.
1. generar diapositivas de piel de ratón congelado
<ol><li>Eutanasia a ratones según política de la institución. Nota: Siga la política institucional para la ropa de protección. Todos los protocolos que implican animales deben ser aprobados por el Comité institucional de cuidado de animales.</li>
	<li>Quitar el pelo del ratón con un recortador de pelo.<...

<ol>
	<li>Boonacker, E., 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=Enzyme+cytochemical+techniques+for+metabolic+mapping+in+living+cells,+with+special+reference+to+proteolysis.">Enzyme cytochemical techniques for metabolic mapping in living cells, with special reference to proteolysis.</a> J Histochem Cytochem. 49, 1473-1486 (2001).</li><li>Seidler, 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+tetrazolium-formazan+system:+Design+and+histochemistry.">The tetrazolium-formazan system: Design and histochemistry.</a> Prog Histochem Cytochem. 24, 1-86 (1991).</li><li>Van Noorden, C. J. F., Frederiks, W. 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L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+basis+for+altered+activity+of+M-+and+H-isozyme+forms+of+human+lactate+dehydrogenase.">Structural basis for altered activity of M- and H-isozyme forms of human lactate dehydrogenase.</a> Proteins. 43, 175-185 (2001).</li><li>Holness, M. J., Sugden, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+pyruvate+dehydrogenase+complex+activity+by+reversible+phosphorylation.">Regulation of pyruvate dehydrogenase complex activity by reversible phosphorylation.</a> Biochem Soc Trans. 31, 1143-1151 (2003).</li><li>Yi, W., 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=Phosphofructokinase+1+glycosylation+regulates+cell+growth+and+metabolism.">Phosphofructokinase 1 glycosylation regulates cell growth and metabolism.</a> Science. 337, 975-980 (2012).</li><li>Fan, 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=Tyrosine+phosphorylation+of+lactate+dehydrogenase+A+is+important+for+NADH/NAD(+)+redox+homeostasis+in+cancer+cells.">Tyrosine phosphorylation of lactate dehydrogenase A is important for NADH/NAD(+) redox homeostasis in cancer cells.</a> Mol Cell Biol. 31, 4938-4950 (2011).</li><li>Zhao, D., 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=Lysine-5+acetylation+negatively+regulates+lactate+dehydrogenase+A+and+is+decreased+in+pancreatic+cancer.">Lysine-5 acetylation negatively regulates lactate dehydrogenase A and is decreased in pancreatic cancer.</a> Cancer Cell. 23, 464-476 (2013).</li><li>Vanderlinde, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+total+lactate+dehydrogenase+activity.">Measurement of total lactate dehydrogenase activity.</a> Ann Clin Lab Sci. 15, 13-31 (1985).</li><li>Nelson, S. 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=Metabolic+imaging+of+patients+with+prostate+cancer+using+hyperpolarized+[1-(1)(3)C]pyruvate.">Metabolic imaging of patients with prostate cancer using hyperpolarized [1-(1)(3)C]pyruvate.</a> Sci Transl Med. 5, 198ra108 (2013).</li><li>Flores, 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=Lactate+dehydrogenase+activity+drives+hair+follicle+stem+cell+activation.">Lactate dehydrogenase activity drives hair follicle stem cell activation.</a> Nat Cell Biol. , (2017).</li><li>Fischer, A. H., Jacobson, K. A., Rose, J., Zeller, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cryosectioning+tissues.">Cryosectioning tissues.</a> CSH Protoc. 2008, (2008).</li><li>Espada, 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=Non-aqueous+permanent+mounting+for+immunofluorescence+microscopy.">Non-aqueous permanent mounting for immunofluorescence microscopy.</a> Histochem Cell Biol. 123, 329-334 (2005).</li><li>Hisada, R., Yagi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=1-Methoxy-5-methylphenazinium+methyl+sulfate.+A+photochemically+stable+electron+mediator+between+NADH+and+various+electron+acceptors.">1-Methoxy-5-methylphenazinium methyl sulfate. A photochemically stable electron mediator between NADH and various electron acceptors.</a> J Biochem. 82, 1469-1473 (1977).</li></ol>

El método aquí descrito puede utilizarse para supervisar la actividad de la deshidrogenasa del lactato u otras enzimas metabólicas que generan NADH o NADPH, en diferentes tipos celulares dentro de un tejido o diferentes porciones de un tejido con el tiempo. Lactato deshidrogenasa es una enzima importante para la comprensión de la biología de los tumores y las células madre, y la capacidad para monitorear la actividad de la lactato deshidrogenasa en las células individuales es probable que proporcionar penetracione...

Entender las ubicaciones dentro de los tejidos en los que las enzimas tienen actividad alta o baja es esencial para la fisiología y desarrollo de la comprensión. Niveles de transcripción o de la proteína a menudo se utilizan como sustitutos para la actividad enzimática. Mientras que este tipo de estudios puede ser informativo, no proporcionan información que puede ser crítico para la determinación de actividad de una enzima, tales como las modificaciones post-traduccionales, la presencia de complejos de la proteína, o la localización subcelular de la enzima. Cuando la actividad enzimática se mide directamente, a menudo se controla en los lysates de homogeneizados de proteínas que no contienen información sobre células individuales dentro de la mezcla o la distribución espacial de las células con actividad alta o baja dentro de un tejido.
Aquí proporcionamos un protocolo detallado para el mapeo de la distribución espacial de la actividad enzimática dentro de una muestra de tejido. La metodología se basa en estudios anteriores demostrando que sales de tetrazolio pueden utilizarse para localizar la actividad de Deshidrogenasas reductasas y oxidasas en el tejido congelado1. Con estos métodos, un precipitado insoluble en agua se forma cuando los protones son transferidos a un tetrazolio sal2,3. Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa genera NADPH y un protón y se ha detectado actividad de tetrazolio. Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa ha sido monitoreada en platija Europea hepatocitos4, en las células alveolares tipo 2 de los pulmones5 y nefronas del riñón5. Sales de tetrazolio también se han utilizado para supervisar la actividad de la transcetolasa en tejido congelado6. Un acercamiento similar fue utilizado recientemente para supervisar la actividad de Deshidrogenasas múltiples en el mismo tejido en diapositivas adyacentes7.
Aquí describimos un método para utilizar sales de tetrazolio para supervisar la distribución espacial de la actividad de la deshidrogenasa del lactato (figura 1). Lactato deshidrogenasa puede convertir el piruvato generado por glucólisis a lactato y la reacción inversa. Actividad de la lactato deshidrogenasa, en consecuencia, es un determinante importante de la entrada de piruvato en el ciclo del ácido tricarboxílico versus su secreción como lactato. Niveles de lactato en la sangre a menudo se utilizan para diagnosticar una variedad de enfermedades, incluyendo cáncer8,9,10, porque puede indicar que la lesión o enfermedad ha dañado las células y la enzima ha sido liberada.
Hay cuatro genes de la lactato deshidrogenasa: LDHA, LDHB, LDHC y LDHD11. Se cree que han surgido de la duplicación de un temprano LDHA gene12LDHA y LDHB. LDH es activa como un tetrámero y LDHA y LDHB pueden formar homotetramers y heterotetramers uno con el otro. LDHA se divulga para tener una mayor afinidad por el piruvato, mientras que LDHB se divulga para tener una mayor afinidad por el lactato y preferentemente convertir lactato a piruvato13. El promotor LDHA contiene sitios de Unión para los HIF1α, cMYC y FOXM1 transcripción factores11. Además, como muchas otras enzimas glicolíticas14,15, LDH puede ser modificada por modificaciones post-traduccionales. Receptor de factor de crecimiento fibroblástico 1 puede fosforilan LDHA Y10, que promueve la formación de tetrámero, o Y83, que promueve la NADH sustrato Unión16. LDHA también puede ser acetilado17. Por estas razones, una comprensión completa de la actividad LDH requiere supervisión no sólo los niveles de proteínas LDH y actividad de la enzima.
Además el método que presentamos aquí, otros enfoques se han utilizado para supervisar la actividad de la lactato deshidrogenasa. Actividad de la deshidrogenasa de lactato puede ser monitoreado espectrofotométricamente en lisado homogenizada proteína. La generación de NADH como lactato se convierte en piruvato puede ser medida basada en absorbancia a 340 nm, mientras que la desaparición de NADH puede controlarse como piruvato es convertido a lactato18. Actividad de la lactato deshidrogenasa también ha sido monitoreado con la proyección de imagen de resonancia magnética (MRI). 13 C piruvato puede ser administrada y la conversión de piruvato a lactato puede ser monitoreada como la relación entre [1 -13C] lactato / [1 -13C] piruvato. Elevados ratios de [1 -13C] lactato / [1 -13C] piruvato se han observado en tejido de cáncer19. Mientras que los enfoques basados en la MRI pueden proporcionar información sobre actividad de la deshidrogenasa del lactato en condiciones normales y los tejidos de la enfermedad, las metodologías no tienen la resolución necesaria para determinar el nivel de actividad en células específicas. La metodología que aquí puede proporcionar información sobre la actividad de la lactato deshidrogenasa en las áreas de tejido e incluso en las células.
Mediante ensayos de actividad en situ , encontramos que la actividad de la lactato deshidrogenasa es alta en las células de vástago del folículo de pelo de piel de ratón20. También se usó el método para monitorear la actividad de lactato deshidrogenasa en las células madre embrionarias cultivadas y la actividad es mayor en las células de la capa de alimentador. Finalmente, supervisar la actividad de la lactato deshidrogenasa en aorta de ratón fresco y observó tinción en las células musculares lisas. Describimos aquí un protocolo detallado para el seguimiento de actividad de lactato deshidrogenasa en piel de ratón congelado.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:815px;" width="814">
	<tbody>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:312px;">Surgical instruments</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:121px;"></td>
			<td style="width:217px;">For collecting skin from euthanized mice</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Tissue-tek cryomold 25 mm x 20 mm x 5 mm</td>
			<td style="width:164px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:121px;">NC9511236</td>
			<td style="width:217px;">For freezing mouse skin</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Tissue-Tek O.C.T. compound</td>
			<td style="width:164px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:121px;">NC9638938</td>
			<td style="width:217px;">For mounting cryomolds</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Ice bucket</td>
			<td style="width:164px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:121px;">07-210-106</td>
			<td style="width:217px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Dry Ice</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:121px;"></td>
			<td style="width:217px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Polysine Adhesion Slide</td>
			<td style="width:164px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:121px;">12-545-78</td>
			<td style="width:217px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">4% formalin</td>
			<td style="width:164px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:121px;">23-245-684</td>
			<td style="width:217px;">Dilluted in water</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">phosphate buffered saline, pH 7.4</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:121px;"></td>
			<td style="width:217px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">vortex</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:121px;"></td>
			<td style="width:217px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Tris base</td>
			<td style="width:164px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:121px;">23-245-684</td>
			<td style="width:217px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">NAD</td>
			<td style="width:164px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:121px;">N7004</td>
			<td style="width:217px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Phenazine methosulfate</td>
			<td style="width:164px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:121px;">P9625</td>
			<td style="width:217px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:312px;">Nitrotetrazolium blue chloride</td>
			<td style="width:164px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:121px;">N6876</td>
			<td style="width:217px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Lithium L-lactate</td>
			<td style="width:164px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:121px;">L2250</td>
			<td style="width:217px;">Substrate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">37&#176;C incubator (or tissue culture incubator)</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:121px;"></td>
			<td style="width:217px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Braziliant! Counter stain</td>
			<td style="width:164px;">Anatech</td>
			<td style="width:121px;">861</td>
			<td style="width:217px;">Counter stain</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Mounting medium</td>
			<td style="width:164px;">Vector Laboratories</td>
			<td style="width:121px;">H-5000&#160;</td>
			<td style="width:217px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Cover slips for slides</td>
			<td style="width:164px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:121px;">12-544D</td>
			<td style="width:217px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Light microscope</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:121px;"></td>
			<td style="width:217px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

mapping metabolism: monitoring lactate dehydrogenase activity directly in tissue

Asignación de actividad enzimática en el espacio y el tiempo es fundamental para entender las bases moleculares del comportamiento celular en tejido normal y la enfermedad. In situ el análisis de la actividad metabólica puede proporcionar información sobre la distribución espacial de la actividad metabólica dentro de un tejido. Aquí proporcionamos un protocolo detallado para el seguimiento de la actividad de la enzima lactato deshidrogenasa directamente en muestras de tejido. Lactato deshidrogenasa es un factor determinante de si la glucosa consumida se convertirán en energía mediante glucólisis aeróbica o anaeróbica. Se proporciona una solución que contiene lactato y NAD a una sección de tejido congelado. Células con actividad alta lactato deshidrogenasa convierte el lactato siempre piruvato, mientras que al mismo tiempo convertir base de nicotinamida adenina dinucleótido (NAD) a NADH y un protón, que se puede detectar en la reducción de azul de formazán, que es visualizada como un precipitado de azul de nitrotetrazolio. Se describe un protocolo detallado para el seguimiento de actividad de lactato deshidrogenasa en piel de ratón. Aplicación de este protocolo, se encontró que la actividad de la lactato deshidrogenasa es alta en las células de vástago del folículo quieto dentro de la piel. Aplicar el protocolo a células madre embrionarias de ratón cultivados reveló la coloración mayor en células de vástago embrionarias cultivadas de fibroblastos embrionarios de ratón. Análisis de la aorta de ratón recién aislado revelaron la coloración en las células musculares lisas perpendiculares a la aorta. La metodología proporcionada puede utilizarse para el mapa espacial de la actividad de las enzimas que generan un protón en el tejido fresco o congelado.

Hemos divulgado previamente resultados para en situ los ensayos de actividad en piel de ratón20. Como se muestra en la figura 3, se observaron altos niveles de actividad de lactato deshidrogenasa en las células madre de folículo piloso en la base del folículo del pelo cuando los procedimientos describen anteriormente fueron seguidos. Estos resultados fueron corroborados por célula de fluorescencia activada clasificación ...

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Mapping Metabolism: Monitoring Lactate Dehydrogenase Activity Directly in Tissue

Asignación de metabolismo: Supervisar la actividad de la deshidrogenasa del lactato directamente en el tejido

Se describe un protocolo para el mapeo de la distribución espacial de la actividad enzimática de las enzimas que generan nicotinatmide adenina-dinucleótido-fosfato (NAD(P)H) + H + directamente en muestras de tejido.

Mapping enzymatic activity in space and time is critical for understanding the molecular basis of cell behavior in normal tissue and disease. In situ ...

Research

JoVE Journal

Biochemistry

A Method for Measuring Metabolism in Sorted Subpopulations of Complex Cell Communities Using Stable Isotope Tracing

Un método para medir el metabolismo en muestras ordenadas subpoblaciones de Comunidades celulares complejas utilizando isótopos estables de Búsquedas

Mammalian cell types exhibit specialized metabolism, and there is ample evidence that various co-existing cell types engage in metabolic cooperation. ...

Investigación

Bioquímica

Defining Hsp33's Redox-regulated Chaperone Activity and Mapping Conformational Changes on Hsp33 Using Hydrogen-deuterium Exchange Mass Spectrometry

Definición acompañante Regulación Redox actividad de Hsp33 y mapeo de cambios conformacionales en la Hsp33 mediante espectrometría de masas de intercambio hidrógeno-deuterio

Living organisms regularly need to cope with fluctuating environments during their life cycle, including changes in temperature, pH, the accumulation of ...

Small-Scale Colorimetric Assays of Intracellular Lactate and Pyruvate in the Nematode Caenorhabditis elegans

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Análisis colorimétrico de lactato intracelular en pequeña escala y del piruvato en el nematodo Caenorhabditis elegans

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Quantification of Hypopigmentation Activity In Vitro

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SUMO-Binding Entities (SUBEs) as Tools for the Enrichment, Isolation, Identification, and Characterization of the SUMO Proteome in Liver Cancer

SUMO-Binding Entities SUBEs as Tools for the Enrichment, Isolation, Identification, and Characterization of the SUMO Proteome in Liver Cancer

Entidades de unión SUMO (SUBE) como herramientas para el enriquecimiento, aislamiento, identificación y caracterización del proteome SUMO en cáncer de hígado

Post-translational modification is a key mechanism regulating protein homeostasis and function in eukaryotic cells. Among all ubiquitin-like proteins in ...

Absolute Quantification of Cell-Free Protein Synthesis Metabolism by Reversed-Phase Liquid Chromatography-Mass Spectrometry

Cuantificación absoluta del metabolismo de síntesis de proteínas sin células por cromatografía líquida de fase inversa-espectrometría de masas

Cell-free protein synthesis (CFPS) is an emerging technology in systems and synthetic biology for the in vitro production of proteins. However, if CFPS is ...

Monitoring Protein-RNA Interaction Dynamics In Vivo at High Temporal Resolution Using &#967;CRAC

Monitoring Protein-RNA Interaction Dynamics In Vivo at High Temporal Resolution Using ÃƒÂÃ¢â‚¬Â¡CRAC

Monitorización de la dinámica de interacción proteína-ARN in vivo a alta resolución temporal utilizando χCRAC

The interaction between RNA-binding proteins (RBPs) and their RNA substrates exhibits fluidity and complexity. Within its lifespan, a single RNA can be ...

Rapid and Cost-Effective RNA Extraction of Rat Pancreatic Tissue

Extracción rápida y rentable de ARN de tejido pancreático de rata

Regardless of the extraction method, optimized RNA extraction of tissues and cell lines are carried out in four stages: 1) homogenization, 2) effective ...