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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Cette méthode décrit la préparation d'échantillons à partir de cellules cultivées et de tissus animaux, l'extraction et la dérivatisation de la coenzyme A dans les échantillons, suivie s'il y a une chromatographie liquide à haute pression pour la purification et la quantification de la coenzyme Dérivée A par détection de l'absorption ou de la fluorescence.
La recherche émergente a indiqué que l'approvisionnement en coenzyme a (CoA) cellulaire peut devenir limitant avec un impact préjudiciable sur la croissance, le métabolisme et la survie. La mesure du CoA cellulaire est un défi en raison de son abondance relativement faible et de la conversion dynamique de CoA libre en thioesters CoA qui, à leur tour, participent à de nombreuses réactions métaboliques. Une méthode est décrite qui navigue à travers les pièges potentiels pendant la préparation de l'échantillon pour produire un essai avec une large gamme linéaire de détection qui convient à une utilisation dans de nombreux laboratoires biomédicaux.
Coenzyme A (CoA) est un cofacteur essentiel dans tous les organismes vivants et est synthétisé à partir d'acide pantothénique, également appelé pantothénate (le sel d'acide pantothénique) ou vitamine B5. Le CdA est le principal vecteur intracellulaire d'acides organiques, y compris les acides à chaîne courte comme l'acétate et le succinate, les acides à chaîne comme le propionate et le méthylmalonate, les acides gras à longue chaîne comme le palmitate et l'oleat, les acides gras à très longue chaîne tels que les acides gras à très longue chaîne tels que acides gras polyinsaturés, et les xénobiotiques tels que l'acide valproïque. L'acide organique forme un lien de thioester enzymatiquement avec CoA pour permettre son utilisation comme substrat dans plus de 100 réactions dans le métabolisme intermédiaire1. Les thioesters CoA sont également des régulateurs allostériques et des activateurs transcriptionnels. Il est maintenant apprécié2 que l'offre totale cellulaire DeA est réglementée3,4; ainsi, la disponibilité de CoA peut être limitante, et que les insuffisances de CoA peuvent être catastrophiques, comme illustré par les désordres génétiques hérités qui ont un impact coadsynthèse5. Pantothenate kinase catalyse la première étape de la biosynthèse CoA (Figure 1) et Pantothenate Kinase Associated Neurodegeneration, appelé PKAN, est causée par des mutations dans le gène PANK2 6. La synthase CoA, codée par le gène COASYN, catalyse les deux dernières étapes de la biosynthèse coA (Figure 1) et de la neurodégénérescence associée aux protéines COASY, appelée CoPAN, est causée par une mutation du gène COASYN 7. Les deux PKAN et CoPAN sont des maladies neurodégénératives héréditaires associées à l'accumulation de fer dans le cerveau et les carences de CoA sous-en-plan les pathologies de la maladie.
Les niveaux cellulaires de CoA total varient entre les tissus8 et le CoA total peut augmenter ou diminuer sous une variété d'états physiologiques, pathologiques et pharmacologiques. Liver CoA augmente lors du passage du carburant de l'état nourri à l'état à jeun9, et les niveaux de CoA du foie sont anormalement élevés chez les souris obèses déficientes en leptine10. Le CoA du foie diminue en réponse à l'ingestion chronique d'éthanol11. Les niveaux de CoA du cerveau dans le modèle de souris Kok2 Pank2 sont déprimés pendant la période périnatale, mais plus tard dans le stade adulte, la teneur en CoA du cerveau est équivalente aux niveaux de type sauvage, ce qui indique une réponse adaptative de CoA pendant le développement12. La manipulation de la teneur en CoA tissulaire par la transgenèse ou les méthodes d'administration de gènes a un impact sur les fonctions métaboliques et neuronales13,14,15. Le développement préclinique de thérapies potentielles pour PKAN ou CoPAN inclut des mesures de CoA de cellules ou de tissu comme indicateurs de l'efficacité16,17,18,19,20 . L'évaluation de toutes ces conditions et de leurs conséquences métaboliques ou fonctionnelles exige une méthode quantitative pour mesurer le CoA total.
Un analyse précis et fiable pour mesurer le CoA dans les échantillons biologiques est un défi technique dans de nombreux laboratoires. Malheureusement, il n'y a pas de sondes disponibles pour évaluer ou quantifier les thioesters CoA ou CoA dans les cellules intactes, bien que les analogues des thioesters naturels de CoA aient été largement utilisés comme sondes mécanistes dans les études de l'ester de CoA utilisant des enzymes21. La conversion de CoA, avec un masydryle libre (-SH) moiety, à un thioester CoA (ou vice versa) est rapide dans les cellules ou les tissus animaux lors du transfert vers un environnement différent et pendant la lyse cellulaire. De nombreuses synthétases acyl-CoA et thioestérases acyl-CoA dans les cellules servent de médiateur sa part aux interconversions au sein du pool CoA, et d'autres enzymes qui utilisent des thioesters CoA comme substrats restent actifs dans les échantillons biologiques jusqu'à ce qu'ils soient éteints par des produits chimiques ou physiques. moyen de. Le déchargement des groupes d'acyl de CoA à carnitine par acyl-transferases est un exemple dans le réseau de réactions qui peuvent modifier la distribution de thioester CoA/CoA. Les traceurs radioactifs peuvent être utilisés pour mesurer les taux de synthèse du CoA dans les cellules. Les méthodes actuelles de mesure des dérivés du CoA et du CoA dans les échantillons biologiques ont été examinées22 et comprennent des essais spectrophotométriques enzymatiques couplés, une chromatographie liquide à haute pression et des procédures basées sur la spectrométrie de masse. Cependant, ces méthodes sont souvent axées sur des espèces moléculaires de CoA particulières et sont aveugles à la variation du pool total de CoA. Les essais enzymatiques couplés nécessitent généralement de plus grandes quantités de matériel d'entrée en raison de sensibilités de détection faibles et ont une gamme limitée de linéarité.
Notre laboratoire a développé une procédure fiable pour la quantification du Total des ACo dans les cellules cultivées et les tissus animaux. La stratégie comprend l'hydrolyse de tous les thioesters CoA pour ne produire que des ACo gratuits pendant la préparation de l'échantillon, plutôt que de faire des efforts pour maintenir et analyser l'ensemble du spectre des espèces de CoA. La procédure est une compilation de méthodes individuelles publiées pour la préparation de l'échantillon, la dérivation du CDA, la purification et l'identification après chromatographie liquide à haute pression (HPLC), et la quantification du CDA dérivé par absorption ou détection de fluorescence23,24,25. Les déterminations de la CDA obtenues à l'aide de cette procédure ont permis de comprendre la réglementation de la CDA et de développer une approche thérapeutique pour le traitement des carences en CaD.
La procédure animale mentionnée dans ce protocole a été effectuée selon les protocoles 323 et 556 et spécifiquement approuvée par le St. Jude Children's Research Hospital Institutional Animal Care and Use Committee.
1. Préparation des solutions
REMARQUE : Utilisez de l'eau ultrapure pour toutes les solutions et lorsqu'elle est indiquée dans les procédures.
2. Préparation de la norme CoA-bimane
3. Extraction et dérivatisation du CDA dans les cellules cultivées
4. Extraction et dérivatisation du CoA dans les tissus
5. Nettoyage d'échantillon avec la colonne d'extraction de phase solide (SPE)
6. Purification et mesure HPLC de CoA-bimane
Une méthode relativement rapide et fiable pour la détection du CoA total dans les cellules et les tissus cultivés a été développée en dérivant le thiol de CoA à un agent fluorescent utilisant mBBr, puis en purifiant le CoA-bimane dérivé en utilisant la phase inverse HPLC. Une courbe standard est d'abord générée, où des quantités connues et croissantes de la norme CoA-bimane sont injectées individuellement et les zones sous les pics dans les chromatogrammes CoA-bimane sont tracées en fonction de l'entrée CoA-bimane (Figure 4). CoA-bimane a un maximum d'absorption à 393 nM et un profil HPLC représentatif montre le temps de rétention de la norme CoA-bimane sur une colonne C18 HPLC (figure 3) en utilisant le programme d'élution dans le tableau 1. Les courbes standard représentatives de CoA-bimane, détectées en mesurant les unités d'absorption ou de fluorescence, sont indiquées respectivement dans la figure 4A et la figure 4B. La courbe standard de la figure 4A reflète l'ampleur de l'absorption du CoA-bimane à 393 nm et la figure 4B représente la fluorescence de CoA-bimane (ex - 393 nm et 'em ' 470 nm) tracée par rapport à la quantité d'entrée de Le CoA-bimane. La norme CoA-bimane peut être détectée de 0,01 à 12 000 pmol et couvre une plage de 106plis lorsque la détection à l'aide de l'absorption et de la fluorescence est combinée. Alors que la limite inférieure de détection de la norme est de 0,01 pmol, la limite inférieure de quanti ation de CoA-bimane dans les échantillons expérimentaux est de 0,2 pmol, soit environ 5 fois plus que la fluorescence de base ou de fond dans le chromatogramme. Le choix de la détection par absorption ou fluorescence de CoA-bimane dépend de la quantité de CoA normalement présente dans les tissus ou les cellules, ainsi que de l'aspect pratique de travailler avec des tailles d'échantillon plus ou moins grandes. L'absorption est généralement utile pour les échantillons de tissus parce que la manipulation de 40-50 mg de matériau de départ donne une meilleure récupération que les échantillons de tissus de 5 mg, tandis que la fluorescence est généralement utile pour les échantillons de cellules cultivées qui sont plus petits en taille et il ya plus de l'interpolation des valeurs à l'extrémité inférieure de la courbe standard de fluorescence. Les laboratoires qui ne détectent que l'absorption peuvent envisager d'augmenter ou de diminuer la taille de l'échantillon de départ, d'augmenter le volume d'injection de HPLC ou de diminuer le volume pour la résuspension de l'échantillon (section 5.9 ci-dessus) pour les mesures dans les cellules cultivées.
Les conditions d'hydrolysme des acyl-CoAs à partir de tissus et de cellules cultivées ont été optimisées en ajustant la concentration de KOH, ainsi que le temps et la température de l'incubation ultérieure (données non montrées). L'état optimal s'est avéré être de 0,25 M à 55 oC pendant 2 heures. Le groupe de thiol de CoA libre plus n'importe quel CoA libéré des thioesters ont été dérivés par la réaction avec mBBr suivant l'ajustement du pH. La séparation subséquente du HPLC et les profils de détection typiques du foie de souris ou des cellules C3A cultivées par l'homme sont indiqués à la figure 5 sous forme de pics rouges, avec un temps de rétention entre 11 et 12 minutes à l'aide du programme d'élution décrit dans le tableau 1. Les quantités typiques de matériel de départ biologique sont 30-40 mg de foie murine (poids humide), 6-8 x 106 cellules pour les cellules C3A humaines "foie-like", ou 1,3 x 107 cellules pour les cellules humaines HEK293T. Les cellules C3A ont été traitées avec un médicament expérimental PanK PZ-2891 à 10 uM qui élève CoA17 (Figure 6). Les mesures de CoA dans les cellules HEK293T lorsque les isoformes PanK sont surexprimés montrent des mesures de CoA sur un large éventail (431-6925 pmoles/L) (Figure 6). Les tailles d'échantillon requises pour cette méthodologie sont pratiques pour l'application à de nombreux contextes expérimentaux.
La zone sous le pic CoA-bimane a été calculée à l'aide d'un logiciel fourni avec le HPLC. Les limites de pointe peuvent être déterminées automatiquement par le logiciel HPLC en attendant l'ajustement approprié des valeurs d'entrée pour la correction de base et la définition de pointe, mais notre laboratoire préfère désigner manuellement le pic CoA-bimane dans chaque chromatogramme, en particulier pour des échantillons biologiques inconnus.
| Temps (min) | Taux de débit (mL/min) | % A | % B | courbe |
| 0 | 0.5 | 90 | 10 | 0 |
| 2 | 0.5 | 90 | 10 | 6 |
| 6 | 0.5 | 85 | 15 | 6 |
| 18 | 0.5 | 60 | 40 | 6 |
| 23 | 0.5 | 60 | 40 | 6 |
| 25 | 0.5 | 90 | 10 | 6 |
| 30 | 0.5 | 90 | 10 | 66 |
Tableau 1 : Programme HPLC pour la séparation CoA-bimane. Tampon A: 50 mM KH2PO4, pH 4.6; Tampon B: Acetonitrile. Le mélange de la mémoire tampon A et du tampon B suit la courbe 6 qui est un gradient linéaire, avec une courbe intermédiaire 8 qui est un gradient concave moyen.

Figure 1. Coenzyme Une voie de biosynthèse. Pantothenate kinase (PanK) catalyse la phosphorylation du pantothénate (vitamine B5) à 4-phosphopantothenate dans la première étape de la biosynthèse coA. La formation de phosphopantothenate est suivie par la condensation avec la cystéine catalysée par la synthase de 4-phosphopantothenoylcysteine et puis la decarboxylation pour former 4-phosphopantetheine par 4-phosphopanthenoylcysteine decarboxylase. 4-Phosphopantetheine est convertie en Coenzyme A (CoA) dans un processus en deux étapes catalysé par CoA Synthase. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2. mBBr Réaction avec CoA. Monobromobimane (mBBr) est mélangé avec CoA-SH (CoA gratuit) et incubé à température ambiante pendant 2 heures dans l'obscurité. MBBr non fluorescent devient fluorescent lorsqu'il est lié à CoA pour former CoA-bimane. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 3 : Absorbance HPLC Trace of CoA-bimane Standard. CoA-bimane a été séparé sur une colonne Gemini C18 en utilisant le programme HPLC dans le tableau 1. Le temps de rétention typique (min) est indiqué par les unités d'aborbance (AU). Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 4 : Courbes standard CoA-bimane détectées par absorption ou fluorescence. (A) La courbe standard mesurée à l'aide d'unités de détection d'absorption pour CoA-bimane a été mesurée à 393 nm. Les échantillons de tissus sont habituellement évalués à l'aide de la courbe standard d'absorption. (B) La courbe standard mesurée à l'aide d'unités de détection de fluorescence pour CoA-bimane à 393 nm, 470 nm. Les cellules cultivées sont généralement évaluées pour le contenu de CoA en utilisant la courbe standard de fluorescence. Les normes (et les échantillons) sont régulièrement évalués. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 5 : Traces de HPLC d'échantillons typiques de foie ou de cellules cultivées. (A) Identification coA-bimane et quantification du contenu dans l'extrait de foie de souris. Les unités d'absorption (AU) sont indiquées. (B) Identification et quantification du contenu du CoA-bimane dans les cellules cultivées HepG2/C3A. Les unités d'émission de fluorescence (UE) sont indiquées. Les pics CoA-bimane sont représentés en rouge. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 6. Niveaux de CoA dans le foie de souris, les cellules cultivées de C3A et de HEK293T. (A) Mesure de CoA dans le foie de souris de pantothénate kinase knock(Pank1-/-) et assorti sauvage-type (WT) animaux. Pank1-/- les animaux ont un CoA plus faible dans le foie par rapport aux animaux WT en raison de l'absence de Pank1 expression9. Les données ont été obtenues à l'aide de 5 souris mâles par génotype et sont représentées comme la moyenne des niveaux de SEM. (B) CoA dans les cellules HepG2/C3A traitées par diméthylsulfoxide (contrôle du véhicule) ou PZ-2891, un médicament expérimental qui module l'activité pank à 10 uM 17. Le niveau cellulaire de CoA est élevé après l'incubation de 24 heures avec PZ-2891. (C) Niveaux de CoA dans les cellules HEK293T transfectées avec soit un vecteur vide pcDNA3.1, ou des cDNA codant les isoformes PANK humains : PANK1, PANK2m qui est l'isoforme mature et traité de PANK2 humain, ou PANK3. Les niveaux de CoA sont élevés par la surexpression de tous les isoformes PANK actifs. Les données dans (B) et (C) proviennent d'échantillons de triplicate indépendants et sont représentées comme la moyenne - SEM. L'analyse statistique a été effectuée à l'aide du test t non apparié et les valeurs d'importance sont indiquées en rouge. Les données en panneaux (B) et (C) sont adaptées de Sharma et al. 12Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
MWF, CS et SJ ont écrit le document, MWF et CS ont fourni les données et les chiffres, COR a conçu les expériences et a examiné le manuscrit de façon critique. SJ et COR sont des inventeurs sur une demande de brevet en instance (PCT/US17/39037) "Small molecule modulators of pantothenate kinases" détenue par St. Jude Children's Research Hospital qui couvre le composé PZ-2891 référencé dans cet article.
Cette méthode décrit la préparation d'échantillons à partir de cellules cultivées et de tissus animaux, l'extraction et la dérivatisation de la coenzyme A dans les échantillons, suivie s'il y a une chromatographie liquide à haute pression pour la purification et la quantification de la coenzyme Dérivée A par détection de l'absorption ou de la fluorescence.
Les auteurs reconnaissent le financement de la recherche parrainée fournie par CoA Therapeutics, Inc., une filiale de BridgeBio LLC, les National Institutes of Health subvention GM34496, et l'American Lebanese Syrian Associated Charities.
| 2-(2-pyridyl)-éthyl gel de silice Colonne SPE | Millipore-Sigma | 54127-U | |
| coenzyme A | Avanti Polar Lipids | 870700 | |
| Gemini C18 3 &mu ; m 100 et Aring ; Colonne HPLC | Phenomenex | 00F-4439-E0 | |
| monobromobimane | ThermoFisher Scientific | M-1378 | |
| Sonde Omni-Tip perturbateur tissulaire | Omni International | 32750H | |
| Parafilm | Fisher | S37440 | |
| PowerGen 125 rotor motorisé stator homogénéisateur | ThermoFisher Scientific | NC0530997 | |
| Spin-X filtre à tube centrifuge | CoStar | 8161 | |
| Trizma-HCl | Fisher | T395-1 | |
| Waters 2475 détecteur de fluorescence | Waters | 2475 | Waters |
| 2489 détecteur UV-Vis | Waters | 2489 | |
| Waters e2695 module de séparation | Waters | e2695 |