Lipidtröpfchen (LDs) sind dynamische Organellen in Zellen, die als primäre Speicherplätze fürneutrale Lipide dienen. Eine abnormale Anhäufung von LDs ist mit einer Vielzahl von Krankheiten verbunden, die über die Fettleibigkeit hinausgehen und Erkrankungen wie Fettleber2, Herz-Kreislauf-Erkrankungen3, Diabetes4 und Krebs5 umfassen. Umgekehrt kann eine unzureichende Anzahl von LDs auch schwerwiegende Folgen haben, was zum Verlust zellulärer Energiereserven und daraus resultierenden funktionellen Beeinträchtigungenführt. Im Kontext der Agrarökonomie können unzureichende LDs bei Wiederkäuern zu einer unzureichenden Milchfettsekretion führen, was zu einer Fettdepression der Milch führt, die wiederum den Nährwert und die Vermarktbarkeit von Milchprodukten beeinträchtigt7. Derzeit hat sich die Regulation des LD-Stoffwechsels als bedeutendes Forschungsgebiet etabliert.
Die Entwicklung von Extraktionstechniken für LDs seit dem 20. Jahrhundert zielte stets darauf ab, LDs in größeren Mengen, mit höherer Reinheit und besser erhaltener biologischer Aktivität zu extrahieren. Dies beinhaltet die kontinuierliche Etablierung und Optimierung von Methoden. Derzeit haben mehrere Unternehmen kommerzielle Bausätze für LD Separation8 entwickelt. Obwohl diese Kits die Trennzeit erheblich verkürzen und nur den Einsatz herkömmlicher Zentrifugen erfordern, kann das Reagenz für schwer dissoziierbare Proben nicht angepasst werden, und es ist schwierig, die Testschritte zu optimieren. Darüber hinaus spielt die Extraktion von LDs eine unverzichtbare Rolle bei der Aufklärung von Krankheitsmechanismen, einschließlich solcher von Stoffwechselerkrankungen wie Fettleber9, Krebs10 und neurodegenerativenErkrankungen 11, und dient als multidimensionale Sonde zur Entschlüsselung pathologischer Signalwege. Die Protein- und Lipidzusammensetzungen können ebenfalls durch Extraktion von LDs zerlegt werden, um die Vielfalt der biologischen Funktionen von LDs aufzuzeigen12.
Die Bildung von Milchfett ist nicht nur ein Prozess des Substratabbaus; vielmehr stellt sie einen hoch orchestrierten Lipidsynthese- und Verpackungsprozess dar, der von Milchepithelzellen durchgeführt wird. 13. Die Bildung von Milchfett bei Milchkühen beruht auf dem Sekretionsmechanismus der apikalen Membran dieser Zellen: Triglyzeride, die im endoplasmatischen Retikulum synthetisiert werden, bilden zytoplasmatische LDs, die dann zur apikalen Membran transportiert und durch Knospung ausgeschieden werden. Während dieses Prozesses werden LDs von einer Milchfettkugel-Membran umhüllt, die von der apikalen Membran abgeleitet ist, was zur Bildung strukturell stabilerMilchfett-Globus 14 führt. Die Rinderbänderdrüse dient als klassisches Modell zur Untersuchung der Laktation bei Säugetieren, und die Kernmechanismen, die die LD-Synthese und -sekretion steuern, sind beim Menschen hoch konserviert15. Die Entwicklung von Methoden zur Gewinnung von LDs sowohl aus BMECs als auch aus Milchgewebe kann die Viehproduktion und die menschliche Gesundheit verbinden. Proteom- und lipidomische Analysen der extrahierten LDs können anschließend genutzt werden, um die Milchleistung und -qualität zu verbessern und so Sicherheit und Schutz zu gewährleisten.
Die vorliegende Methode basiert hauptsächlich auf der niedrigen Dichte-Eigenschaft von LDs, die dazu führt, dass sie während der Zentrifugation16 an die Spitze des Gradienten schweben. Das Extraktionsverfahren besteht aus drei Hauptschritten: Probenentnahme, Ultrazentrifugation für LD-Flotation und LD-Wasch. Sukrose (2,5 m) wird dem Puffer zugesetzt, um die LDs zu schützen; die Zentrifugationsgeschwindigkeit wird dann entsprechend den experimentellen Anforderungen angepasst; typischerweise können große LDs bei Kräften unter 10.000 x g angereichert werden, während höhere Geschwindigkeiten (über 10.000 x g) verwendet werden, um kleine LDs zu extrahieren, da größere LDs unter diesen Bedingungen platzen können. Abschließend werden die extrahierten LDs mehrfach gewaschen, um eine Kontamination zu verhindern, und die Reinheit der Extraktion wird vorläufig mittels BODIPY493/503-Färbung bewertet.
Konventionelle LD-Isolationsmethoden erreichen in erster Linie die Massenerholung heterogener LD-Populationen, was die Analyse größenabhängiger struktureller und funktioneller Unterschiede einschränkt. Das vorliegende Protokoll erweitert Standardansätze, indem es eine größenbasierte Anreicherung von LD-Subpopulationen durch sequentielle differentielle Zentrifugation ermöglicht und so die Untersuchung von LD-Wachstum, Fluktuation, intrazellulärem Transport und differenzierter Nutzung durch lipolytische oder autophagische Signalwege erleichtert. Dieser Ansatz erreicht Anreicherung statt absoluter Reinigung, und es kann aufgrund kontinuierlicher Größenverteilungen und gemeinsamer physikalischer Eigenschaften teilweise Überschneidungen zwischen Größenanteilen auftreten.