מאמר זה מתאר שיטה לחקר חילוף חומרים תאי בקהילות מורכבות של סוגי תאים מרובים, תוך שימוש בשילוב של מעקב איזוטופים יציב, מיון תאים לבידוד סוגי תאים ספציפיים וספקטרומטריית מסה.
מאמר שיטה
מאמר זה מתאר שיטה לחקר חילוף חומרים תאי בקהילות מורכבות של סוגי תאים מרובים, תוך שימוש בשילוב של מעקב איזוטופים יציב, מיון תאים לבידוד סוגי תאים ספציפיים וספקטרומטריית מסה.
סוגי תאי יונקים מציגים חילוף חומרים מיוחד, וישנן עדויות רבות לכך שסוגי תאים שונים הקיימים במקביל עוסקים בשיתוף פעולה מטבולי. יתר על כן, אפילו תרביות מסוג תא בודד עשויות להכיל תאים במצבים מטבוליים מובחנים, כגון תאים במנוחה או במחזור. שיטות למדידת פעילויות מטבוליות של תת-אוכלוסיות כאלה הן כלים רבי ערך להבנת חילוף החומרים התאי. אוכלוסיות תאים מורכבות מופרדות לרוב באמצעות סדרן תאים, ותת-אוכלוסיות מבודדות בשיטה זו ניתנות לניתוח בשיטות מטבולומיות. עם זאת, בעיה בגישה זו היא שהליך מיון התאים חושף את התאים ללחצים שעלולים לעוות את חילוף החומרים שלהם.
כדי להתגבר על בעיות אלה, הגענו למסקנה שהתפלגות איזוטופומרים המוניים (MIDs) של מטבוליטים מתאים שגודלו עם חומרים מזינים יציבים מסומנים באיזוטופים עשויה להיות יציבה יותר מריכוזי מטבוליטים מוחלטים, מכיוון ש-MIDs נוצרים בטווחי זמן ארוכים יותר וצריכים להיות מושפעים פחות מחשיפה לטווח קצר לתנאי מיון תאים. כאן, אנו מתארים שיטה המבוססת על עיקרון זה, המשלבת מיון תאים עם כרומטוגרפיה נוזלית - ספקטרומטריית מסה ברזולוציה גבוהה (LC-HRMS). ההליך כולל ניתוח שלושה סוגים של דגימות: (1) תמציות מטבוליט המתקבלות ישירות מהאוכלוסייה המורכבת; (2) תמציות של תאים "ממוינים מדומים" שהועברו דרך מכשיר מיון התאים מבלי לשער אוכלוסייה ספציפית כלשהי; ו-(3) תמציות של האוכלוסיות הממוינות בפועל. התאים הממוינים המדומה מושווים מול מיצוי ישיר כדי לוודא ש-MIDs אכן אינם משתנים על ידי הליך מיון התאים עצמו, לפני ניתוח האוכלוסיות הממוינות בפועל. אנו מראים תוצאות לדוגמה מתאי HeLa ממוינים לפי שלב מחזור התא, וחושפים שינויים במטבוליזם של נוקלאוטידים.
יצורים עילאיים להכיל קהילות שלמות מורכבות של סוגי תא ברורים כי לשתף פעולה כדי להביא פונקציות מורכבות יותר. לדוגמא, גידולים לכלול לא רק תאים סרטניים, אלא גם פיברובלסטים, תאים המהווים כלי דם, ולעתים קרובות תא חיסון מחלחל 1; דם מכיל תערובת מורכבת של עשרות תת תא חיסון 2; ואפילו שורות תאים בתרבית עשויות להיות מורכבות תת-אוכלוסיות מרובות, כגון לומינל, תת בסיס של תאי סרטן השד 3. יתר על כן, סוגי תא ברורים כי לדור בכפיפה אחת יכול להפגין מטבולית "שיתוף פעולה". לדוגמה, במוח, האסטרוציטים הם חשבו להמיר גלוקוז לקטט, אשר אז "הפד" לנוירונים כי לחמצן מצע זה 4; לימפוציטים מסוג T הם בהקשרים מסוימים תלויים תאים דנדריטים סמוכים כמקור ציסטאין 5; ותאים סרטניים יכולים לשתף פעולה עם Assoפיברובלסטים ciated בגידולים 6. כדי להבין את ההתנהגות המטבולית של מערכות כאלה, חשוב להפריד ולמדוד את הפעילות המטבולית של תאים מסוגים שונים בהווה.
ללא ספק השיטה הנפוצה ביותר להפרדת סוגי תאים היא מיון תא מופעל קרינה. שיטה זו היא החלימה רחב, ובלבד סוג התא או המדינה של עניין ניתן "שכותרתו" באמצעות נוגדני ניאון, ביטוי של חלבוני ניאון מהונדסים, או צבעים אחרים. אפשרות אחת היא סוגי תאים נפרדים בתחילה באמצעות סדרן תא, מחדש תרבות סוגי התאים הבודדים מתקבלים, ולאחר מכן לבצע מחקרים מטבוליזם של תרבויות אלה 7. עם זאת, זה אינו ריאלי רק אם הסוג או פנוטיפ התא יציב בתנאי תרבות, ולא יכול ללכוד התנהגות חולפת כמו מצבי מחזור התא, ולא את שיתוף הפעולה המטבולית שיתוף תרבויות. במקרים כאלה, מטבוליזם חייב להימדד ישירות על כךתאי rted. זה מאתגר מאז מיון תא הליך נושאים לתאים מדגיש כי עלול לעוות את חילוף החומרים שלהם 8, ואנו מודעים רק מעט מחקרי נקיטת גישה זו 9, 10. בפרט, מצאנו כי מטבוליטים גדולים כמו חומצות אמינו עלולים לדלוף מתאים שמרה במאגר מיון תא, כך שמדידות של שפע המטבוליט מוחלט הם כבר לא אמינות 11 (אם כי השוואה יחסית בין שברי מיון עדיין עשויה להיות בעלי ערך).
כדי לעקוף בעיות אלה, אנו תווית תאים עם איזוטופים יציבים לפני מיון, ולהתמקד MIDs מטבוליטים הסלולר, ולא שכיחותם המטבוליט. מאז MIDs נוצרות על סולמות זמן רב יותר, הם צריכים להיות מושפעים פחות על ידי חשיפה קצרת טווח לתנאים מיון. אנחנו לכמת MIDs באמצעות ספקטרומטריית מסה מלאה ברזולוציה גבוהה סריקה, שהוא רגיש מספיק כדי לספק data על מאה מטבוליטים החלו מתאי סביב 500,000 מסודרים, המחייב כ 30-60 דקות של זמן על מיון תא. השוואה בין "מדומה מסודרת" שליטה (תאים עברו מכשיר סדרן תא ללא gating כל אוכלוסייה ספציפית) והפקת המטבוליט ישירות מצלחת התרבות הוא עשתה כדי להבטיח כי MIDs הנצפה הם שמייצגים את התרבות המקורית. בהתאם הבחירה של קליעים נותבים איזוטופ יציב, מסלולים מטבוליים שונים ניתן ללמוד עם שיטה זו.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הפקת המטבוליט
2. ניתוח ספקטרומטריית מסה
הערה: כאן אנו מתארים את הפרוטוקול לניתוח תמציות תא על מערכת LC-HRMS. כל שיטות metabolomics לניתוח של תמציות התא יכול לשמש. סריקה מלאהניתוח יכול להיות שימושי לצורך גילוי מגוון רחב של מטבוליטים.
.3 ניתוח נתונים

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כדוגמא, כאן אנו מתארים ניסוי חוקר את חילוף החומרים של תאים הלה ממוין לפי שלב מחזור התא. כדי לתייג מגוון רחב של מטבוליטים מרכזיים משני פחמנים חנקנים, אנו בתרבית תאים עבור 48 שעות באמצעות U- 13 C-גלוקוז U- 13 C, 15 N-גלוטמין קליעים נותבים. כדי להשיג MIDs העשיר לניסוי האימות, אנחנו כאן בוחרים תערובת של 40% U- 13 C-גלוקוז ו -70% U- 13 C, 15 N2-גלוטמין, כמו רמות ביניים של איזוטופים נוטות ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
השיטה שלנו מבוססת על העיקרון כי MIDs מטבוליטים הסלולר לשקף את "ההיסטוריה" של פעילות מטבולית של התא. זה מאפשר לחקור פעילויות מטבוליים תת-אוכלוסייה של תאים, בעת התרחשותם בקהילה הסבוכה של תאים, לפני הליך מיון התא. לעומת זאת, באזורי שיא של מטבוליטים שונים באופן ניכר בין התמציות של תאים ממוינים והפקה ישירה מצלחת התרבות 11. בחלק זה הוא כי ההרכב הכימי השונה משנה את תגובת האות ספקטרומטריית מסה, "אפקט מטריקס" כביכול, אבל אנחנו גם הראינו כי חומצות...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
החוקרים אין לי מה לחשוף.
המחברים רוצים להודות לד"ר אנס קמלה על עזרתו רבת הערך באופטימיזציה של שיטות ספקטרומטריית מסה, ולאניקה פון וולנהובן על הסיוע במיון התאים. מחקר זה נתמך על ידי הקרן השוודית למחקר אסטרטגי (מענק מס. FFL12-0220) והתוכנית האסטרטגית לחקר הסרטן (IR, RN); קרן הלב-ריאה השוודית (CEW, HG); וקרן מרי קיי (JW, MJ).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| HBSS | Sigma | H6648 | |
| INFLUX (inFlux v7 Sorter) | BD Biosciences | ||
| U-13C-Glucose | Cambridge איזוטופים | 40762-22-9 / GLC-018 | |
| U-13C,15N2-Glutamine | Cambridge איזוטופים | CNLM-1275-H-0.1 | |
| מתנול (JT Baker), כיתה HPLC | VWR | BAKR8402.2500 | |
| Ultrafree - MC - VV. Durapore PVDF 0.1 ומיקרו; m | Millipore | UFC30VV00 | |
| Ultimate 3,000 UHPLC | Thermo Fisher מדעי | ||
| Q-Exactive Orbitrap ספקטרומטר מסה | Thermo Fisher מדעי | ||
| Merk-Sequant ZIC HILIC עמודה (150 מ"מ x 4.6 מ"מ, 5 ומיקרו; m) | Merck KGaA | 1.50444.0001 | |
| עמוד הגנה Merk-Sequant ZIC HILIC (20 מ"מ x 2.1 מ"מ) | Merck KGaA | ||
| Acetonitrile Optima LC-MS, זכוכית ענבר | Fisher | Scientific A955-212 | |
| Milli-Q מים | Millipore | מיוצר עם מערכת שיפוע Milli-Q | |
| Myrsyra 99.5% Optima (חומצה פורמית) | Fisher Scientific | 11423423 | |
| בקבוקון בורג X100 1.5 מ"ל, 8-425 32x11.6 מ"מ, ענבר, 100 יחידות | תרמו פישר מדעי | 10560053 | |
| X100 מנעול Skruv Vitt PTFE אריזה 8-425 (מכסי בורג) | Thermo Fisher מדעי | 12458636 | |
| ProteoMass LTQ/FT-Hybrid ESI Pos. Mode Cal Mix | Sigma-Aldrich | MSCAL5 | ערכת כיול |
| SNAKESKIN 10K MWCO | תרמו פישר מדעי | 88245 | |
| Mathematica v.10 | מחקר |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה