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方法文章

通过液体荧光恢复法测定真菌病原体 Ustilago maydis 中的脂质指数

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DOI:

10.3791/57279

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2018年4月3日

 ,  ,  , 

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

本文介绍了一种用于获取脂滴指数(LD指数)的实验方案,以研究在高通量培养实验中细胞内三酰甘油的动态变化。LD指数检测是一种简便且可靠的检测方法,采用BODIPY 493/503染料,无需进行繁琐的脂质提取或显微镜分析。

摘要

本文介绍如何实施脂滴指数(LD index)检测方法,这是一种灵敏的微孔板检测法,用于测定脂滴(LDs)中甘油三酯(TAGs)的积累情况。该方法无需进行脂质提取即可获得脂滴指数,能够在不同条件下(如在富营养或氮缺乏培养基中培养)对高通量实验中的脂滴含量进行定量分析。尽管该方法最初是为研究脂滴代谢而首次描述的 酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) 已成功将其应用于担子菌 Ustilago maydis有趣的是,由于脂滴(LDs)是在真核细胞中系统发育上保守的细胞器,该方法可广泛应用于多种细胞类型,从酵母到哺乳动物细胞均可适用。脂滴指数基于在淬灭条件下通过加入经甲醛固定的细胞,对BODIPY 493/503进行液体荧光恢复检测(LFR)而获得. 碘化钾用作荧光淬灭剂。荧光与光密度斜率之间的比值称为LD指数。斜率由BODIPY荧光和600 nm处光密度(OD)所得直线计算得出。600) 与样品添加量作图。最佳数据质量表现为相关系数等于或高于 0.9(r ≥ 0.9)。由于该方法可在微孔板中进行,因此可同时检测多个样品。由于 BODIPY 493/503 是一种亲脂性荧光染料,可分布于脂滴中,因此可用于多种积累脂滴的细胞类型。

引言

脂滴(LDs)是普遍存在于细胞内的脂肪结构,其核心由中性脂质组成,主要是三酰甘油(TAGs)和甾醇酯(SE)。核心外包裹着一层磷脂单分子层,该单分子层与多种蛋白质相互作用,例如 perilipin 蛋白以及参与中性脂质合成的酶类,如二酰甘油酰基转移酶、乙酰辅酶A羧化酶和酰基辅酶A合成酶1。由于其动态特性,磷脂单分子层还含有能够水解TAGs和SE的三酰甘油脂肪酶2。根据细胞类型和生物体的不同,储存的中性脂质可用于能量生成,或用于合成磷脂和信号分子。在酵母及其他真菌中,脂滴的内容物会随着培养基中氮/碳比例的变化而改变,表明氮源可用性的降低可能是提高中性脂质产量的关键因素3,4,5。酵母中大量产生TAGs在生物技术领域具有潜在应用价值,可作为生物燃料的来源,并可用于食品工业。某些储存的脂质含有高比例的多不饱和脂肪酸,如ω-3和ω-6,具有重要的营养和膳食意义6,7,8,9,

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方案

1. 缓冲液和溶液的配制

  1. 配制1 L磷酸盐缓冲液(PBS,pH 7),溶解8 g NaCl、0.2 g KCl、1.44 g Na2HPO4,0.24 g KH2PO4 在800 mL蒸馏水中,用HCl调节pH至7.0,然后加水定容至1 L。PBS可配制成10x储存液,在室温下保存。
  2. 配制10 mL固定液:将1 mL 37%甲醛加入9 mL PBS中,使终浓度为3.7%。该溶液需现用现配。
    注意:操作甲醛溶液时需佩戴手套。
  3. 配制淬灭溶液(500 mM):将8.3 g碘化钾(KI)溶于100 mL蒸馏水中。使用前配制,并于室温保存。
  4. 为配制 BODIPY 10 mM 储存液,将 10 mg BODIPY 493/503 溶于 3.8 mL 二甲基亚砜(DMSO)中。保存 100 µL 避光保存于 -70 °C.
  5. BODIPY 的制备方法 5 µM淬灭溶液,加入 1 µL 将10 mM BODIPY 493/503加入2 mL 500 mM淬灭溶液中。对于LFR检测,终浓度为 5 µM 需要 BODIPY。
  6. 为配制矿物溶液,加入 0.06 g H3BO3,0.14 g MnCl2-4H2O,0.4 g ZnCl₂2

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结果

LFR,以BODIPY 493/503作为荧光探针,是一种可靠且简便的方法,用于研究脂滴在活细胞中动态积累的过程 U. maydis 无论培养条件如何。当细胞在YPD培养基中培养时,脂滴(LD)指数在对数生长期增加,随后在稳定期下降(图 2A)。相比之下,在氮饥饿条件下培养的细胞中,无论是对数期还是稳定期,脂滴指数(LD index)均呈现持续上升的趋势(图 2B)。由于两种培养物的起始光密度相同(细胞数量相近),结果表明LFR检测法具有高灵敏度,可检测脂质含量的微小变化图2)。该方法的灵敏度通过共聚焦显微镜得到验证:YPD培养的细胞在整个细胞内含有许多小脂滴,而在氮饥饿条件下则显著产生大脂滴,通常每个细胞含有4-5个脂滴,(图2,右侧面板A和B)。由于脂滴指数并非中性脂质含量的绝对值,因此应构建脂滴指数与三酰甘油含量.......

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讨论

LFR 是一种新方法,最初被应用于研究 S. cerevisiae 中的脂质代谢,随后成功应用于 U. maydis20,21。尽管脂滴指数(LD index)不能提供细胞中积累的三酰甘油(TAGs)的绝对数值,但它能快速反映细胞的脂质含量,且在比较两种或多种实验条件下的脂滴指数时,数据解读十分直观。BODIPY 493/503 对中性脂质具有高度特异性,而中性脂质是脂滴的主要成分;其发射光谱较窄,因此在共聚焦显微镜观察细胞时,便于同时检测来自 Mito-tracker 或 CMAC blue 等其他染料的信号26。与许多荧光分子一样,BODIPY 493/503 在荧光显微镜实验中易受光漂白影响,但通过在光照过程中添加抗光漂白试剂,可减轻这一现象27。综上所述,BODIPY 493/503 可广泛用于多种细胞中,以研究中性脂质的积累与动员过程21

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致谢

本工作得到了以下资助:墨西哥国立理工学院-研究生科研秘书处(IPN-SIP-20170864)、墨西哥国立自治大学技术创新与研究项目支持计划(PAPIIT IN222117)、墨西哥国家科学技术理事会(CONACyT 254904-JPP 和 256520-GGS),以及里约热内卢研究资助基金会(FAPERJ-Cientistas do Nosso Estado: E 26/103.353/2011)。我们感谢药学学士奥斯卡·伊万·卢克尼奥·博卡尔多(QFB. Oscar Iván Luqueño Bocardo)提供的示意图概览。感谢米格尔·塔皮亚·罗德里格斯博士(Dr. Miguel Tapia Rodríguez)在脂滴共聚焦显微镜分析中提供的宝贵帮助。 我们谨向布鲁诺·博扎克尔·莫赖斯博士(Dr. Bruno Bozaquel Morais)致以谢意,感谢他在建立酿酒酵母(S. cerevisiae)实验技术方面所做的开创性工作,我们对该技术进行了改进并应用于玉米黑粉菌(U. maydis)的研究。 

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
分光光度计Varioskan Lux 多功能微孔板读板仪D5879滤光片 493/503 或单色器检测器
Costar 板Corning 公司361596 孔黑壁透明底板
Costar 板Corning 公司359896 孔 Costar 细胞培养板
BODIPY 493/503Invitrogen/ThermofisherD39224,4-二氟-1,3,5,7,8-五甲基-4-硼-3a,4a-二氮杂-s-茚并
甲醛溶液Sigma Aldrich252549ACS 级试剂,37 wt% 水溶液,含 10-15% 甲醇以防止聚合
碘化钾Sigma Aldrich60399BioUltra,≥ 99.5% (AT)
FB2 玉米黑粉菌(Ustilago maydis)ATCC201384担子菌门-酵母
氯化钠Sigma Aldrich746398ACS 级试剂,无机盐
磷酸二氢钾Sigma AldrichP0662ACS 级试剂
酵母提取物(Select Yeast Extract)Sigma AldrichY100用于培养基的氨基酸、肽类、水溶性维生素和碳水化合物的混合物
N-Z 酪蛋白胨 PlusSigma AldrichN4642牛乳酪蛋白酶解水解物
葡萄糖Sigma AldrichG-8270D (+) 葡萄糖
锥形摇瓶PirexCLS4450250-6EA硼硅酸盐玻璃
摇床SEV MéxicoINO650V-7轨道摇床
台式离心机Eppendorf5415C离心机
微量离心管Sigma AldrichZ606340Eppendorf
移液器吸头Axygen ScientificT-200-Y带斜面末端的通用移液器吸头,200 微升,非无菌
mLine 多通道移液器Biohit7251308 通道,体积范围 5–100 µL

参考文献

  1. Guo, Y., Cordes, K. R., Farese, R. V., Walther, T. C. Lipid droplets at a glance. Journal of Cell Science. 122 (6), 749-752 (2009).
  2. Welte, M. A. Expanding roles for lipid droplets. Current Biology. 25 (11), R470-R481 (2015).
  3. Sestric, R., Munch, G., Cicek, N., Sparling, R., Levin, D. B.

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重印与许可

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