Artículo de método

El uso de una Multiplexación Ensayo de la caspasa para determinar la apoptosis en un modelo de célula hipotalámica

DOI:

10.3791/51305

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16 de abril de 2014

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1Department of Veterans Affairs, Minneapolis Veterans Affairs Health Care System, 2Department of Food Science and Nutrition, University of Minnesota, 3Department of Integrative Biology and Physiology, University of Minnesota, 4Department of Medicine, University of Minnesota Medical School, University of Minnesota

En este artículo

Resumen

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Ensayos multiplex pueden proporcionar información útil para los mecanismos celulares básicos y eliminar los residuos de los reactivos y experimentos repetitivos innecesarios. Se describe aquí un múltiplex de la caspasa-3/7 ensayo de actividad, utilizando métodos fluorescentes y luminiscentes basados ​​en, para determinar la viabilidad celular en un modelo hipotalámico in vitro después de desafío oxidativo con ácido palmítico.

Resumen

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La capacidad de multiplexar ensayos en los estudios de los mecanismos celulares complejas elimina la necesidad de experimentos repetitivos, proporciona controles internos, y disminuye los residuos en los costos y los reactivos. Aquí se describe la optimización de un ensayo múltiple para evaluar la apoptosis después de un ácido palmítico (PA) en un modelo de desafío hipotalámico in vitro, usando tanto fluorescente y luminiscente basada en ensayos para medir el recuento de células viables y la caspasa-3/7 actividad en un 96-así formato de placa de microtitulación. Después de la exposición PA, las células viables se determinaron por un ensayo fluorescente basado en resazurina. La caspasa-3/7 actividad fue luego determinado utilizando un sustrato luminógeno, DEVD, y se normalizó al número de células. Este ensayo multiplexado es una técnica útil para determinar el cambio en la actividad de la caspasa después de un estímulo apoptótico, tales como desafío ácido graso saturado. El ácido graso saturado PA puede aumentar el estrés oxidativo del hipotálamo y la apoptosis, lo que indica el potencial de importaciónNCE de ensayos tales como el que se describe aquí en el estudio de la relación entre los ácidos grasos saturados y la función neuronal.

Introducción

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Las dietas ricas en ácidos grasos saturados, como el ácido palmítico (PA) se han relacionado con la obesidad y otras comorbilidades, como la enfermedad cardiovascular y la diabetes 1, 2. Las dietas altas en grasa también se ha demostrado que aumentar el estrés oxidativo, la apoptosis, y la degeneración neuronal en el hipotálamo, un importante regulador del apetito y el gasto de energía 3-7. Entender el mecanismo a través del cual la exposición dieta rica en grasas induce desregulación hipotalámica tanto, es importante para el desarrollo de tratamientos farmacológicos para la obesidad. Sin embargo, los mecanismos celulares a través del cual la grasa dietética afecta a la función neuronal siguen sin estar claros. Una mejor comprensión de cómo las grasas tales como PA podrían dar lugar a la aparición de las vías de apoptosis hipotálamo es un primer paso necesario hacia este objetivo. El objetivo de este artículo es describir un ensayo múltiple para las pruebas in vitro de la respuesta neuronal a la exposición PA, desarrollado para su uso en estudios de hneurodegeneración ypothalamic. Proporcionamos una descripción detallada de un formato de 96 pocillos de ensayo multiplex in vitro para medir la caspasa 3/7 actividad por el número total de células en un ratón adulto línea diferenciada inmortalizado hipotalámico celular (designado A12) después del desafío oxidativo con PA 8.

En pocas palabras, la viabilidad celular se determina después de la exposición a través de un ensayo de PA resazurin basado. La resazurina es un compuesto permeable a la célula que se somete a reducción enzimática en las células metabólicamente activas, un proceso de pensamiento que se produzca a través de la mitocondria 9. Las células viables se convierten continuamente resazurina a resorufina, la producción de una señal fluorescente proporcional al número de células viables. La actividad de caspasa-3/7 se analiza a continuación, utilizando un ensayo basado lumogenic-DEVD. DEVD es una secuencia de aminoácidos (Asp-Glu-Val-Asp) escindido por la caspasa-3. Cuando esta secuencia está acoplado a una sustancia lumogenic, tras la activación de intracelular de la caspasa-3/7 y posterior escisiónde sustrato DEVD, el producto luminiscente se libera. Esta reacción es proporcional a la actividad de caspasa y por lo tanto a la inducción de la apoptosis. Como las células muertas no pueden producir la caspasa, la caspasa-3/7 actividad es de naturaleza transitoria; Por lo tanto, el análisis debe ser completado entre 30 min a 4 horas después de la exposición, en función de la eficacia de estrés celular. La viabilidad celular es inversamente proporcional a la actividad de la caspasa-3/7 y se puede utilizar para determinar los mecanismos de muerte celular. Por ejemplo, este método se ha utilizado anteriormente para mostrar que el tratamiento previo con la hormona péptido orexina reduce la apoptosis en las células hipotalámicas desafiados con peróxido de hidrógeno, lo que sugiere que los mecanismos afectados por este tratamiento son importantes en la protección contra el daño oxidativo 10. Es importante tener en cuenta estos ensayos son la línea-y celular dependiente de tejido, ya que se basan en la actividad mitocondrial para reducir los reactivos de ensayo. Este protocolo ha sido optimizado para (A12), las células del hipotálamo de ratones adultos; Sin embargo,métodos descritos pueden alterarse para ajustarse dentro del alcance de investigaciones similares.

Ensayos de multiplexación de un solo pocillo de cultivo proporciona una ventaja sobre el método tradicional de realizar ensayos individuales por varias razones. Además de tiempo, muestras de células, y los reactivos de cultivo de ahorro, los ensayos de multiplexación también pueden proporcionar el conocimiento de la supervivencia celular y la muerte, proporcionar controles internos, y eliminar la necesidad de experimentos repetitivos 11, 12.

Los métodos alternativos se han basado en transferencias de Western o ELISA, que son ensayos fiables, pero son caros y consumir tiempo (1-2 días), especialmente cuando se utiliza un formato de 96 pocillos. Excluyendo el tiempo que tarda en células de cultivo para el ensayo de multiplexación, el tiempo total es de menos de 3 h. Aunque este protocolo ha sido optimizado para su uso con células A12, y puede ser modificada para su uso en otros modelos teniendo en cuenta factores que pueden influir en la integridad celular. Disuadirminería si este protocolo funcionaría para una serie de experimentos depende del número de muestras o condiciones experimentales y en experimentos posteriores previstas.

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Protocolo

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1. Plating y Mantenimiento de Cultivos Celulares

  1. Medio Eagle Modificado de calentamiento por Dulbecco (DMEM) medio de cultivo (DMEM + 10% de FBS + 1% de penicilina / estreptomicina / neomicina) a 37 ° C.
  2. Obtener un balance de las células congeladas A12 de -80 ° C.
  3. Rápidamente descongelar las células en 37 ° C baño de agua; una vez descongelado, suavemente las células de pipeta para transferir a un frasco de cultivo de ventilación 75 cm2 y añadir 10 ml de medio de cultivo.
  4. Incubar frasco durante la noche en 5% de CO 2 incubadora a 37 ° C. Aspirar los medios después de 24 horas y reemplazar con medio fresco. Continúe creciendo las células hasta que se obtenga un 70-80% de confluencia (crecimiento de 2-3 días).

2. Contar y células en placas

  1. DMEM Cálido y 1 x solución de tripsina-EDTA a 37 º C.
  2. Aspirar los medios de las células y se lavan dos veces con solución salina tamponada con fosfato estéril (PBS).
  3. Añadir 500 l de solución de tripsina y se incuba a 37 ° C durante 2-5 min.
  4. Despegarcélulas del frasco utilizando una espátula y suspender las células en 5 ml de medio. Pasar las células a través del filtro y pasar a través de filtro de células en un tubo limpio de 50 ml. Puede que tenga que pasar las células a través del filtro más de una vez, pero no repita más de tres veces.
  5. Contar las células utilizando un hemocitómetro para determinar el importe de las células a la cultura de sembrar 6.000 células / pocillo en una placa de color negro o blanco 96 pocillos de fondo claro amurallado en un volumen final de 100 l de los medios de comunicación. Incubar la placa en 5% de CO 2 a 37 ° C durante 24 horas.

3. La determinación de la viabilidad celular y la caspasa-3/7 Actividad

  1. Transferencia PA a un vial de vidrio de 5 ml estéril y solubilizar en 100% de dimetil sulfóxido (DMSO). Diluir la solución madre PA 1:10 en DMSO y añadirlo a precalentado DMEM para obtener una concentración de trabajo final de 0,1 mM PA. Para los medios de control, agregue la misma concentración de DMSO que se añade a los medios de comunicación que contienen PA.
  2. Retire los medios de comunicación en cada pozo y reemplazar con 50 medios mu l + / -PA. Incubar la placa durante 2 horas en 5% de CO 2 a 37 ° C. Añadir a continuación 5 reactivo resazurin l y se incuba durante 10 minutos a temperatura ambiente.
  3. El uso de un lector de microplacas multimodo, ficha fluorescencia (560 EX / 590 EM) para medir la viabilidad celular. Los resultados se presentan como unidades de fluorescencia relativa (RFU).
  4. Para la misma placa, añadir 55 l de reactivo de caspasa y se incuba a temperatura ambiente durante 2 h.
  5. Una vez más mediante el lector de microplacas, ficha luminiscencia para medir la actividad de la caspasa-3/7. Los resultados se presentan como unidades relativas de luminiscencia (RLU), con luminiscencia directamente proporcional a la caspasa-3/7 actividad.
  6. Para normalizar la actividad de caspasa-3/7 para el recuento de células, dividir la viabilidad celular (RFU) por la caspasa-3/7 actividad (RLU).

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Resultados

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El protocolo anterior describe los resultados en dos ensayos separados de multiplexación para determinar los mecanismos de muerte celular. Figura 1 muestra una visión general del protocolo para determinar la viabilidad celular y la caspasa-3/7 actividad. Actividad caspasa fue significativamente mayor en las células estimuladas con PA después de 2 horas de incubación (Figura 2A y el Cuadro 1). La pérdida de integridad de la membrana celular es un cambio morfológico asoci...

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Discusión

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El ensayo multiplex es una técnica bien aceptada que ha sido usado por los científicos en numerosas aplicaciones tales como microarrays de PCR, inmunodetección, y otros métodos de detección basados ​​en proteínas 13, 14. Recientemente, los ensayos de multiplexado se han convertido en cada vez más utilizado en los experimentos in vitro basado en la placa y se han validado como un método preciso para determinar la citotoxicidad y viabilidad 12. En el protocolo anterior, se demuestra...

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Divulgaciones

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Los autores no tienen conflictos a revelar.

Agradecimientos

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El trabajo aquí descrito fue financiado por los EE.UU. Departamento de Asuntos de Veteranos Biomédica Laboratorio de Investigación y Desarrollo BX001686-1A1 y VA Rehabilitación de Investigación y Desarrollo.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Línea celular de hipotálamo de ratón adulto mHypoA-1/2 Cellutions Biosystems Inc.CLU172
Dulbecco' s Águila Modificada' s MediumInvitrogen10313-039
Suero Fetal Bovino PAA LabsA15-751
Penicilina/EstreptomicinaInvitrogen15070-063
Ácido palmíticoSigma-AldrichP0500
Dimethy Sulfóxido Sigma-AldrichD2650

PrestoBlue Reactivo de viabilidad celular		InvitrogenA13262
Caspasa-Glo 3/7 Sistemas de ensayoPromegaG8091
96 W Placa inferior óptica, poliestireno negro, tratamiento con cultivo celular, con tapa, estérilThermo Fisher Scientific165305
SpectraMax M5 Microplaca MultimodoDispositivos Moleculares

Referencias

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  1. Akil, L., Ahmad, H. A. Relationships between obesity and cardiovascular diseases in four southern states and Colorado. J. Health Care Poor Underserved. 22, 61-72 (2011).
  2. Posey, K. A., et al. Hypothalamic proinflammatory lipid accumulation, inflammation, and insulin resistance in rats fed a high-fat diet. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 296, 1003-1012 (2009).
  3. Moraes, J. C., et al. High-fat diet induces apoptosis of hypothalamic neurons. PloS one. 4, (2009).
  4. Mayer, C. M., Belsham, D. D. Palmitate attenuates insulin signaling and induces endoplasmic reticulum stress and apoptosis in hypothalamic neurons: rescue of resistance and apoptosis through adenosine 5' monophosphate-activated protein kinase activation. Endocrinology. 151, 576-585 (2010).
  5. Benoit, S. C., et al. Palmitic acid mediates hypothalamic insulin resistance by altering PKC-theta subcellular localization in rodents. J. Clin. Invest. 119, 2577-2589 (2009).
  6. Thaler, J. P., et al. Obesity is associated with hypothalamic injury in rodents and humans. J. Clin. Invest. 122, 153-162 (2012).
  7. Williams, L. M. Hypothalamic dysfunction in obesity. Proc. Nutr. Soc. 71, 521-533 (2012).
  8. Belsham, D. D., et al. Generation of a phenotypic array of hypothalamic neuronal cell models to study complex neuroendocrine disorders. Endocrinology. 145, 393-400 (2004).
  9. Xiao, J., et al. Monitoring of cell viability and proliferation in hydrogel-encapsulated system by resazurin assay. Appl. Biochem. Biotechnol. 162, 1996-2007 (2010).
  10. Butterick, T. A., Nixon, J. P., Billington, C. J., Kotz, C. M. Orexin A decreases lipid peroxidation and apoptosis in a novel hypothalamic cell model. Neurosci. Lett. 524, 30-34 (2012).
  11. Riss, T. L., Moravec, R. A. Use of multiple assay endpoints to investigate the effects of incubation time, dose of toxin, and plating density in cell-based cytotoxicity assays. Assay Drug Dev. Technol. 2, 51-62 (2004).
  12. Niles, A. L., Moravec, R. A., Riss, T. L. In vitro viability and cytotoxicity testing and same-well multi-parametric combinations for high throughput screening. Curr. Chem. Genomics. 3, 33-41 (2009).
  13. Steffen, W., Linck, R. W. Multiple immunoblot: a sensitive technique to stain proteins and detect multiple antigens on a single two-dimensional replica. Electrophoresis. 10, 714-718 (1989).
  14. Gingrich, J. C., Davis, D. R., Nguyen, Q. Multiplex detection and quantitation of proteins on western blots using fluorescent probes. Biotechniques. 29, 636-642 (2000).
  15. Riss, T. L., Moravec, R. A. Use of multiple assay endpoints to investigate the effects of incubation time, dose of toxin, and plating density in cell-based cytotoxicity assays. Assay Drug Dev. Technol. 2, 51-62 (2004).
  16. Smyth, P. G., Berman, S. A. Markers of apoptosis: methods for elucidating the mechanism of apoptotic cell death from the nervous system. Biotechniques. 32, 648-650 (2002).
  17. Lavrik, I. N., Golks, A., Krammer, P. H. Caspases: pharmacological manipulation of cell death. J. Clin. Invest. 115, 2665-2672 (2005).

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