تصف هذه المقالة طريقة لدراسة التمثيل الغذائي الخلوي في المجتمعات المعقدة لأنواع الخلايا المتعددة ، باستخدام مزيج من تتبع النظائر المستقرة ، وفرز الخلايا لعزل أنواع معينة من الخلايا ، وقياس الطيف الكتلي.
مقالة منهجية
تصف هذه المقالة طريقة لدراسة التمثيل الغذائي الخلوي في المجتمعات المعقدة لأنواع الخلايا المتعددة ، باستخدام مزيج من تتبع النظائر المستقرة ، وفرز الخلايا لعزل أنواع معينة من الخلايا ، وقياس الطيف الكتلي.
تظهر أنواع خلايا الثدييات عملية التمثيل الغذائي المتخصصة ، وهناك أدلة كثيرة على أن أنواع الخلايا المختلفة المتعايشة تشارك في التعاون الأيضي. علاوة على ذلك ، حتى الثقافات من نوع خلية واحدة قد تحتوي على خلايا في حالات استقلابية مميزة ، مثل الخلايا المريحة أو ركوب الدراجات. تعد طرق قياس الأنشطة الأيضية لمثل هذه المجموعات الفرعية أدوات قيمة لفهم التمثيل الغذائي الخلوي. يتم فصل مجموعات الخلايا المعقدة بشكل شائع باستخدام فارز الخلايا ، ويمكن تحليل المجموعات السكانية الفرعية المعزولة بهذه الطريقة بطرق التمثيل الغذائي. ومع ذلك ، فإن مشكلة هذا النهج هي أن إجراء فرز الخلايا يعرض الخلايا لضغوط قد تشوه عملية التمثيل الغذائي لديها.
للتغلب على هذه المشكلات ، استنتجنا أن توزيعات النظائر الكتلية (MIDs) للمستقلبات من الخلايا المزروعة بعناصر غذائية مستقرة تحمل علامات النظائر من المرجح أن تكون أكثر استقرارا من تركيزات المستقلب المطلقة ، لأن MIDs تتشكل على نطاقات زمنية أطول ويجب أن تكون أقل تأثرا بالتعرض قصير المدى لظروف فرز الخلايا. هنا ، نصف طريقة تستند إلى هذا المبدأ ، تجمع بين فرز الخلايا وقياس الطيف الكتلي عالي الدقة للكروماتوغرافيا السائلة (LC-HRMS). يتضمن الإجراء تحليل ثلاثة أنواع من العينات: (1) مستخلصات المستقلب التي تم الحصول عليها مباشرة من السكان المعقدين. (2) مقتطفات من الخلايا "المصنفة الوهمية" التي مرت عبر أداة فرز الخلايا دون بوابات أي مجموعة محددة ؛ و (3) مقتطفات من المجموعات السكانية الفعلية التي تم فرزها. تتم مقارنة الخلايا المصنفة الوهمية بالاستخراج المباشر للتحقق من أن MIDs لم يتم تغييرها بالفعل من خلال إجراء فرز الخلايا نفسه ، قبل تحليل المجموعات السكانية الفعلية التي تم فرزها. نعرض أمثلة على النتائج من خلايا HeLa التي تم فرزها وفقا لمرحلة دورة الخلية ، مما يكشف عن التغيرات في استقلاب النيوكليوتيدات.
الكائنات العليا تحتوي على مجتمعات معقدة من أنواع الخلايا المتميزة التي تتعاون لتحقيق المزيد من الوظائف المعقدة. على سبيل المثال، وأورام تحتوي ليس فقط الخلايا السرطانية، ولكن أيضا الخلايا الليفية، الخلايا التي تشكل الأوعية الدموية، والخلايا في كثير من الأحيان المناعة تتسرب 1؛ يحتوي الدم على خليط معقد من عشرات الأنواع الفرعية الخلايا المناعية 2. ويمكن أن تتألف حتى خطوط خلايا مستنبتة من القطعان متعددة، مثل اللمعية وفرعية القاعدية من خلايا سرطان الثدي 3. وعلاوة على ذلك، أنواع الخلايا المتميزة التي تتعايش يمكن أن تظهر الأيض "التعاون". على سبيل المثال، في الدماغ، ويعتقد أن الخلايا النجمية لتحويل الجلوكوز إلى اللاكتات، وهو بعد ذلك "تغذية" إلى الخلايا العصبية التي تؤكسد هذه الركيزة 4؛ اللمفاويات التائية هي في بعض السياقات التي تعتمد على الخلايا الجذعية المجاورة كمصدر للالسيستين 5؛ والخلايا السرطانية قد تتعاون مع أسوالليفية ciated في الأورام 6. لفهم سلوك الأيض مثل هذه الأنظمة، لا بد من فصل وقياس الأنشطة الأيضية لمختلف أنواع الخلايا الحالية.
إلى حد بعيد الأسلوب الأكثر استخداما على نطاق واسع لفصل أنواع الخلايا غير مضان تنشيط الفرز الخلية. هذه الطريقة تنطبق على نطاق واسع، شريطة أن يكون نوع من الخلايا أو دولة من الفائدة يمكن أن يكون "المسمى" باستخدام الأجسام المضادة الفلورسنت والتعبير عن البروتينات الفلورية هندسيا، أو الأصباغ الأخرى. خيار واحد هو أن خلايا أنواع منفصلة في البداية من خلال فارز الخلية، وإعادة ثقافة أنواع الخلايا الفردية التي تم الحصول عليها، ثم قم بإجراء دراسات التمثيل الغذائي لهذه الثقافات 7. ومع ذلك، وهذا أمر ممكن فقط إذا كان نوع من الخلايا أو النمط الظاهري مستقرة في ظروف ثقافة، ولا يمكن التقاط السلوك عابرة مثل دول دورة الخلية، ولا التعاون الأيض في المشترك الثقافات. لمثل هذه الحالات، يجب أن تقاس عملية التمثيل الغذائي مباشرة على ذلكخلايا rted. هذا هو التحدي منذ الخلية فرز إجراء تخضع خلايا للضغوط التي قد تشوه عملية الأيض لديهم 8، ونحن ندرك فقط عدد قليل من الدراسات اتخاذ هذا النهج 9 و 10. على وجه الخصوص، وجدنا أن نواتج رئيسية مثل الأحماض الأمينية قد تسرب من خلايا أبقى في الخلية فرز العازلة، بحيث قياسات وفرة الأيض المطلقة لم تعد موثوقة 11 (على الرغم من أن المقارنة النسبية بين كسور فرزها قد يكون لا يزال قيما).
للتحايل على هذه القضايا، ونحن تسمية الخلايا مع نظائر مستقرة قبل الفرز، والتركيز على أجهزة الإنترنت النقالة في الأيض الخلوية، بدلا من وفرة الأيض. منذ تتشكل أجهزة الإنترنت النقالة على مدى فترات زمنية أطول، ينبغي أن تكون أقل تأثرا التعرض على المدى القصير لشروط الفرز. نحن قياس أجهزة الإنترنت النقالة باستخدام كامل المسح الضوئي عالية الدقة الطيفي، وهي حساسة بما يكفي لتوفير داتا على مئات من المركبات بدءا من حوالي 500،000 خلايا فرزها، والتي تتطلب حوالي 30-60 دقيقة من الخلايا وقت الفرز. مقارنة بين "وهمية فرز" السيطرة (خلايا مرت الصك خلية فارز دون النابضة أية مجموعة من السكان معين) واستخراج المستقلب مباشرة من يرصد الطبق الثقافة للتأكد من أن أجهزة الإنترنت النقالة المرصودة هي تمثيلية من تلك الموجودة في الثقافة الأصلية. اعتمادا على اختيار استشفاف النظائر المستقرة، ومختلف المسارات الأيضية يمكن دراستها مع هذا الأسلوب.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. المستقلب استخراج
تحليل 2. الطيف الكتلي
ملاحظة: نحن هنا وصف بروتوكول لتحليل مقتطفات خلية على نظام LC-إدارة الموارد البشرية. أي طرق الايض لتحليل مقتطفات خلية يمكن استخدامها. مسح كاملقد يكون من المفيد تحليل للكشف عن مجموعة واسعة من المركبات.
تحليل 3. البيانات

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
وكمثال على ذلك، ونحن هنا وصف تجربة التحقيق في عملية التمثيل الغذائي للخلايا هيلا مرتبة وفقا لمرحلة دورة الخلية. لتسمية مجموعة واسعة من المركبات المركزية في كل من الكربون ونيتروجين، ونحن مثقف الخلايا لمدة 48 ساعة باستخدام U- 13 C-الجلوكوز وU- 13 C، N-15 الجلوتامين كأثر. للحصول على أجهزة الإنترنت النقالة الغنية للتجربة التحقق من صحة، اخترنا هنا خليط من 40٪ U- 13 C-الجلوكوز و 70٪ U- 13 C، 15<...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ويستند طريقتنا على مبدأ أن أجهزة الإنترنت النقالة في الأيض الخلوية تعكس "التاريخ" من الأنشطة الأيضية للخلية. هذا يجعل من الممكن للتحقيق في الأنشطة الأيضية في حيوانية من الخلايا، لأنها وقعت في المجتمع المعقدة من الخلايا، قبل الخلية إجراء الفرز. في المقابل، مناطق الذروة الأيض تختلف بشكل ملحوظ بين مقتطفات من خلايا فرزها واستخراج مباشرة من صحن الثقافة 11. في هذا الجزء لأن تكوين كيميائي مختلف يغير استجابة إشارة في مطياف الكتلة، وهو ما يسمى "تأثير ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الكتاب ليس لديهم ما يكشف.
يود المؤلفون أن يشكروا الدكتور أنس كاملة على المساعدة القيمة في تحسين طرق قياس الطيف الكتلي ، وأنيكا فون فولينهوفن للمساعدة في فرز الخلايا. تم دعم هذا البحث من قبل المؤسسة السويدية للبحوث الاستراتيجية (رقم المنحة. FFL12-0220) والبرنامج الاستراتيجي في أبحاث السرطان (IR ، RN) ؛ المؤسسة السويدية للقلب والرئة (CEW ، HG) ؛ ومؤسسة ماري كاي (جي دبليو ، إم جي).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| HBSS | Sigma | H6648 | |
| INFLUX (inFlux v7 Sorter) | BD Biosciences | ||
| U-13< / sup>C-Glucose | نظائر كامبريدج | 40762-22-9 / GLC-018 | |
| U-13< / sup>C ، 15< / sup>N2-Glutamine | Cambridge | نظائر CNLM-1275-H-0.1 | |
| الميثانول (JT Baker) ، درجة HPLC | VWR BAKR8402.2500 | ||
| Ultrafree - MC - VV. Durapore PVDF 0.1 & micro; m | Millipore | UFC30VV00 | |
| Ultimate 3,000 UHPLC | Thermo Fisher Scientific | ||
| Q-Exactive Orbitrap مطياف الكتلة | Thermo Fisher العلمي | ||
| Merk-Sequant ZIC عمود HILIC (150 مم × 4.6 > nbsp; مم ، 5 وميكرو ؛ م) | Merck KGaA | 1.50444.0001 | |
| عمود الحماية Merk-Sequant ZIC HILIC (20 مم × 2.1 مم) | Merck KGaA | ||
| Acetonitrile Optima LC-MS ، زجاج كهرماني | Fisher Scientific | A955-212 | |
| Milli-Q ماء | Millipore | تم إنتاجه بنظام التدرج Milli-Q | |
| Myrsyra 99.5٪ Optima (حمض الفورميك) | 11423423 | فيشر العلمي | |
| قارورة لولبية X100 1.5 مل ، 8-425 32x11.6 مم ، كهرماني ، 100 وحدة | Thermo Fisher Scientific | 10560053 | |
| X100 Lock Skruv Vitt PTFE Packing 8-425 (أغطية لولبية) Thermo | Fisher Scientific | 12458636 | |
| ProteoMass LTQ / FT-Hybrid ESI Pos. Mode Cal Mix | Sigma-Aldrich | MSCAL5 | طقم معايرة |
| SNAKESKIN 10K MWCO ؛ | ثيرمو فيشر العلمي | 88245 | |
| Mathematica v.10 | ولفرام للأبحاث |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن