חמצון β חומצות שומן הוא מסלול מטבולי חיוני האחראי על הפקת אנרגיה בסוגי תאים רבים ושונים, כולל הפטוציטים. כאן אנו מתארים שיטה למדידת חמצון-β חומצות שומן בהפטוציטים ראשוניים שזה עתה בודדו באמצעות 14חומצה פלמיטית המסומנת כ-C.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
חמצון β חומצות שומן הוא מסלול מטבולי חיוני האחראי על הפקת אנרגיה בסוגי תאים רבים ושונים, כולל הפטוציטים. כאן אנו מתארים שיטה למדידת חמצון-β חומצות שומן בהפטוציטים ראשוניים שזה עתה בודדו באמצעות 14חומצה פלמיטית המסומנת כ-C.
חמצון β של חומצות שומן הוא מסלול מטבולי מרכזי כדי לענות על דרישות האנרגיה של הכבד ולספק מצעים וקו-פקטורים לתהליכים נוספים, כגון קטוגנזה וגלוקונאוגנזה, החיוניים לשמירה על הומאוסטזיס של גלוקוז בכל הגוף ולתמיכה בתפקוד איברים חוץ-כבדיים במצב של צום. חומצת שומן β-חמצון מתרחשת בתוך המיטוכונדריה והפרוקסיזומים ומווסתת באמצעות מנגנונים מרובים, כולל ספיגה והפעלה של חומצות שומן, רמות ביטוי אנזימים וזמינות של קו-פקטורים כגון קו-אנזים A ו-NAD+. במבחנים המודדים חומצות שומן β-חמצון בהומוגנטים של הכבד, ליזה של תאים והתוספת הנפוצה של רמות סופראפיזיולוגיות של קו-פקטורים מסווים את ההשפעות של מנגנוני ויסות אלה. יתר על כן, שלמות האברונים בהומוגנטים קשה לשליטה ויכולה להשתנות באופן משמעותי בין ההכנות. המדידה של חומצת שומן β חמצון בהפטוציטים ראשוניים שלמים מתגברת על המלכודות הנ"ל. פרוטוקול זה מתאר שיטה למדידת חומצת שומן β-חמצון בתרחיף של הפטוציטים של עכברים ראשוניים שבודדו זה עתה, עם 14חומצה פלמיטית עם תווית C. על ידי הימנעות משעות עד ימים של תרבית, לשיטה זו יש יתרון בכך שהיא משמרת טוב יותר את רמות ביטוי החלבון ואת פעילות המסלולים המטבוליים של הכבד המקורי, כולל הפעלת חומצת שומן β חמצון שנצפתה בהפטוציטים שבודדו מעכברים בצום בהשוואה לעכברים שניזונו.
חמצון β של חומצות שומן הוא תהליך חיוני בחילוף החומרים של השומנים, המספק מסלול קטבולי לאיזון סינתזת חומצות השומן וצריכתן מהתזונה. תהליך זה מייצר אנרגיה עבור איברים רבים, כולל שריר הלב, קליפת הכליות והכבד הצום, ומשתמש בחומצות שומן המתקבלות מהתזונה, ליפוליזה של רקמת השומן ומאגריהטריגליצרידים הפנימיים 1,2.
חמצון של חומצת שומן דרך מסלול החמצון β גורם לקיצור רציף של שרשרת האציל השומנית על ידי שני פחמנים בו זמנית, המשתחררים כאצטיל-CoA, ותהליך זה מתרחש הן במיטוכונדריה והן בפרוקסיזומים. בעוד שרוב חומצות השומן עוברות רק חמצון β, חלקן מתחמצנות בפחמנים שונים לפני שהן נכנסות למסלול זה. לדוגמה, חומצות שומן בתחליפי 3-מתיל, כגון חומצה פיטנית, עוברות הסרה של פחמן אחד על ידי חמצון α בפרוקסיזומים לפני שהן נכנסות למסלול החמצון β. באופן דומה, חומצות שומן מסוימות מומרות תחילה לחומצות שומן דיקרבוקסיליות על ידי חמצון של קבוצת המתיל הטרמינלית (ω-חמצון) ברשתית האנדופלסמית לפני שהן עוברות חמצון מועדף בפרוקסיזומים על ידי חמצון β3.
ללא קשר לאברון הספציפי, יש להמיר תחילה חומצת שומן לתיואסטר קו-אנזים A (CoA), או אציל-CoA, כדי להתחמצן דרך מסלול החמצון β. β-חמצון של אציל-CoAs ארוכי שרשרת במטריצה המיטוכונדרית דורש את מעבורת קרניטין לטרנסלוקציה שלהם, כאשר קרניטין פלמיטואיל-טרנספראז 1 (CPT1) מזרז את ההמרה של אציל-CoAs לאציל-קרניטין והוא האנזים המגביל את הקצב בתהליך זה4. לאחר שהם עוברים טרנסלוקציה למטריצה המיטוכונדרית, האציל-CoAs נוצרים מחדש ומשמשים כמצעים למכונות החמצון β המיטוכונדריה. במצב של צום, האצטיל-CoA המיוצר באמצעות חמצון β במיטוכונדריה בכבד מתועל בעיקר לקטוזגנזה. פרוקסיזומים משמשים כאתר העיקרי לחמצון β של חומצות שומן ארוכות מאוד, שרשרת מסועפת ודיקרבוקסיליות. פרוקסיזומים אינם דורשים ממעבורת קרניטין לייבא מצעי חומצות שומן, ובמקום זאת מייבאים את הכתב אציל-CoAs באמצעות פעילותם של מובילי הקלטת הקושרים ATP (ABC) ABCD1-35. בתוך הפרוקסיזומים, אציל-CoAs מתחמצנים לאחר מכן על-ידי קבוצה ייעודית של אנזימים, הנבדלים מחומצת השומן המיטוכונדרית β-חמצון." גם מיטוכונדריה וגם פרוקסיזומים דורשים אספקה של NAD+ ו-CoA חופשי כדי לחמצן שרשראות אציל שומניות. רמות CoA בכבד הוכחו כגוברות בתגובה לצום, מה שתומך בקצב המוגבר של חמצון חומצות שומן המתרחש במצב זה6. יתר על כן, פירוק מוגבר של CoA בפרוקסיזומים גורם לירידה סלקטיבית בחמצון חומצות שומן פרוקסיסומליות7. לכן, התהליך של חמצון חומצות שומן בתוך התא מווסת על ידי רמות הביטוי והפעילויות של אנזימים המעורבים בהפעלה, הובלה וחמצון של חומצות שומן, כמו גם ריכוזים של קו-פקטורים ומטבוליטים אחרים לאורך תאים תת-תאיים מרובים.
פרוצדורות המשתמשות בהומוגנטים של רקמות למדידת חמצון חומצות שומן הורסות את הארכיטקטורה התאית המסדירה ותומכת בתהליך זה, מה שמוביל לאיסוף נתונים שאינם משקפים במדויק את חילוף החומרים in vivo. בעוד שטכניקות המשתמשות בהפטוציטים ראשוניים מצופים משמרות את המערכת הזו, גידול תאים מבודדים לפרקי זמן ממושכים גורם לאובדן פרופיל ביטוי הגנים in vivo שהיה קיים בתאים כאשר הם עדיין חיו בתוך החיה 8,9. הפרוטוקול הבא מתאר שיטה לבודד הפטוציטים ראשוניים ולבחון את יכולתם לחומצת שומן β-חמצון מיד לאחר הבידוד ובתרחיף, באמצעות [1-14C]חומצה פלמיטית. הבדיקה מבוססת על מדידת הרדיואקטיביות הקשורה למטבוליטים המסיסים בחומצה (ASM) או למוצרים, כמו אצטיל-CoA, המיוצרים על ידי חמצון β של [1-14C] חומצה פלמיטית10,11.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל ההליכים הניסיוניים על עכברים (C57BL/6J, זכרים, בני 9-11 שבועות) אושרו על ידי הוועדות המוסדיות לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) של אוניברסיטת מערב וירג'יניה.
1. בידוד הפטוציטים

איור 1: מנגנון פרפוזיה וכבד מחורר. (A) משאבה פריסטלטית עם קו יציאה המחובר למחט המשמשת לתחנונים ולתחבולה של הכבד. (B) קנוציה מוצלחת מסומנת על ידי תפיחה מיידית והומוגנית של הכבד. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
2. בדיקת חומצות שומן β-חמצון
הערה: הבדיקה נערכת במשולש, וכל תערובת תגובה מכילה 750,000 תאים, 1.35 מ"ג/מ"ל אלבומין בסרום בקר (BSA), 100 μM חומצה פלמיטית, ו-0.4 μCi [1-14C] חומצה פלמיטית בנפח סופי של 2 מ"ל.
אזהרה: תרכובות רדיואקטיביות מסוכנות. רכישה, טיפול, אחסון וסילוק של חומר רדיואקטיבי בהתאם לתקנות המוסדיות, המדינתיות והפדרליות.
| מאגרים/רכיבי מדיה | כמות | ריכוז סופי | הוראות |
| פתרון ג' | |||
| KCl | 1.79 גרם | 480 mM | מוסיפים מים ל-50 מ"ל. חנות ב 4 °C (74 °F) |
| MgSO4 הפטהידרט | 1.48 גרם | 120 mM | |
| KH2PO4 | 0.81 גרם | 119 mM | |
| כרית קרבס-הנסלייט (KHB), ללא סידן | |||
| NaCl | 7.0 גרם | 120 mM | הוסיפו מים ל-900 מ"ל, התאימו את ה-pH ל-7.4 והביאו את עוצמת הקול הסופית ל-1 ליטר. |
| NaHCO3 | 2.0 גרם | 24 mM | |
| 1 M HEPES pH 7.45 | 5 מ"ל | 5 מ"מ | |
| גלוקוז | 1 או 2 גרם | 5.6 או 11 mM | |
| פתרון ג' | 10 מ"ל | ||
| חיץ 1 | |||
| ק.ב. | 500 מ"ל | מערבבים רכיבים ומסננים מעקרים. חנות ב 4 °C (74 °F) | |
| 50 mM EGTA | 1.0 מ"ל | 0.1 מ"מ | |
| מאגר 2 | |||
| ק.ב. | 500 מ"ל | מערבבים רכיבים ומסננים מעקרים. חנות ב 4 °C (74 °F) | |
| 1 M CaCl2 דיהידרט | 686 μL | 1.4 מ"מ | |
| תמיסת גנטמיצין | |||
| גנטמיצין סולפט | 0.5 גרם | 50 מ"ג/מ"ל | מוסיפים מים ל-10 מ"ל ומסננים עיקור. Aliquot וחנות ב -20 °C (75 °F) |
| תמיסת קולגן | |||
| תערובת קולגן I ו-II | 10 מ"ג | 7 מ"ג/מ"ל | להמיס את כל התוכן של הבקבוקון ב 1.43 מ"ל של מים. Aliquot וחנות ב -20 °C (75 °F) |
| M199 | |||
| M199 | 1 שקית | מוסיפים מים ל-900 מ"ל ומתאימים את ה-pH ל-7.2-7.4. מביאים את הנפח הסופי ל-1 ליטר ומסננים מעקרים. חנות ב 4 °C (74 °F) | |
| NaHCO3 | 2.2 גרם | 26 מ"מ | |
| 1 M HEPES (ציון תרבית תאים) | 25 מ"ל | 25 mM | |
| תוספת גלוקוז (רק לעכברים שניזונו) | 1 גרם | 11 מ"מ | |
| פתרון BSA | |||
| BSA נטול חומצות שומן | 400 מ"ג | 20% (w/v) | מתמוססים ב-2 מ"ל של מים. Aliquot וחנות ב -20 °C (75 °F) |
| תמיסת חומצה פלמיטית לא רדיואקטיבית | |||
| חומצה פלמיטית | 103 מ"ג | 200 mM | להמיס ב 2 מ"ל של אתנול, לאחסן ב -20 °C (76 °F) |
| 1 M חומצה פרכלורית | |||
| 70% חומצה פרכלורית | 3.5 מ"ל | 1 מ' | דילול ל 40 מ"ל עם מים. יש לאחסן בטמפרטורת החדר |
טבלה 1: מאגרים, מדיה ותמיסות אחרות הדרושות לבידוד הפטוציטים ולחומצת השומן β-חמצון
| מספר תגובה | מעכבי ± M199 | תרחיף הפטוציטים (μL) | תערובת מצע (μL) | ||||
| נפח (μL) | אטומוקסיר | ||||||
| 1 | 750 | - | חימום מראש ב 37 °C (76 °F) | 750 | דגירה מוקדמת בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס למשך 15 דקות | 500 | דגירה ב 37 °C (66 °F) למשך 15 דקות |
| 2 | |||||||
| 3 | |||||||
| 4 | + | ||||||
| 5 | |||||||
| 6 | |||||||
| 7 | + | עצור מיד | |||||
| 8 | |||||||
| 9 | |||||||
טבלה 2: דוגמה למערך הניסויי של תרחיף הפטוציטים שנבחן במשולש בנוכחות ובהיעדר אטומוקסיר.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
זלוף הכבד המתואר כאן מניב בדרך כלל 30-40 מיליון תאים/כבד עם כדאיות ממוצעת של 80%, כפי שהוערך על ידי הרחקה כחולה של טריפאן (איור 2). הריכוז האופייני של גלוקוז במאגר Krebs-Henseleit (KHB), המשמש להכנת מאגרי הזלוף 1 ו -2, הוא 11 mM. כאשר מודדים חומצת שומן β-חמצון בהפטוציטים המבודדים מעכברים בצום, ניתן להוריד את ריכוז הגלוקוז ב-KHB כדי לייצג טוב יותר את מצב הצום. כפי שניתן לראות באיור 2, להורדת ריכוז הגלוקוז ל-5.6 mM אין השפעה שלילית על התשואה או על הכדאיות של ההפטו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
במהלך זלוף הכבד, חשוב להימנע מהכנסת בועות אוויר, שכן הן חוסמות את המיקרו-קפילרים בכבד, מונעות או מגבילות את זרימת החיץ ומפחיתות באופן כללי את תפוקת הפטוציטים ואת הכדאיות20,21. אמצעי זהירות, כגון בדיקה מדוקדקת של קו הכניסה הממולא במאגר לפני התותח של ה-IVC והימנעות מהרמת קו הכניסה מהצינור המכיל את Buffer 1 כדי לעבור ל-Buffer 2, כמתואר כאן, יכולים להפחית בהצלחה את מספר הזלופים הכושלים (כדאיות <70%). השימוש במלכודות בועות במערכת הזלוף יכול גם להפחית באופן משמעותי את ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי מענק המכונים הלאומיים לבריאות R35GM119528 לרוברטה לאונרדי.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| (R)-(+)-מלח נתרן אטומוקסיר | Tocris Bioscience | 4539/10 | |
| [1-14C]-חומצה פלמיטית, 50– 60 mCi/mmol, 0.5 mCi/mL | כימיקלים אמריקאים עם תווית רדיו | ARC 0172A | |
| 1 M HEPES, | קורנינג | 25060CI | |
| 10 ומיקרו; L נימים/בוכנות חד פעמיות לפיפטה תזוזה חיובית | מטלר טולדו | 17008604 | |
| 1000 ומיקרו; L, 200 ומיקרו; L, ו-10 ומיקרו; פיפטות וקצוות | |||
| L 5 מ"ל, 10 מ"ל ו-25 מ"ל פיפטות סרולוגיות | |||
| 50 מ"ל צינורות צנטריפוגות סטריליות | CellTreat | 229421 | |
| 70% חומצה פרכלורית | פישר סיינטיפיק | A2296-1LB | |
| BSA, ללא חומצות שומן | Fisher Scientific | BP9704100 | |
| CaCl2 dihydrate | MilliporeSigma | 223506 | |
| D-(+)-גלוקוז | MilliporeSigma | G7021 | |
| EGTA | Gold Biotechnology | E-217 | |
| אתנול | Pharmco | 111000200CSPP | |
| מערכת סינון, 0.22 μ m מסנן PES, 500 מ"ל, CellTreat סטרילי | 229707 | ||
| Gentamicin sulphate | Gold Biotechnology | G-400-25 | |
| HDPE, 6.5 מ"ל בקבוקוני נצנוץ | פישר סיינטיפיק | 03-342-3 | |
| המוציטומטר | |||
| מחטים היפודרמיות 22 גרם, 1.5 ב | BD Biosciences | 305156 | |
| Isoflurane | VetOne | ||
| KCl | Fisher Scientific | BP366-1 | |
| KH2PO4 | MilliporeSigma | P5655 | |
| Liberase TM Research Grade | MilliporeSigma 5401119001 | תערובת מוגדרת של קולגנאז מטוהר I ו-II עם ריכוז בינוני של תרמוליזין | |
| M199 בינוני | MilliporeSigma | M5017 | |
| MgSO4 heptahydrate | MilliporeSigma | M1880 | |
| Microcentrifuge | Fisher Scientific | accuSpin Micro 17 | |
| מספריים מיקרו-ניתוחים | Roboz Surgical Instrument Co | RS-5980 | |
| NaCl | Chem-Impex International | 30070 | |
| NaHCO3 | Acros Organics | ||
| 424270010 חומצה | פלמיטית MilliporeSigma | P0500 | |
| פניצילין/סטרפטומיצין (100x) | Gibco | 15140122 | |
| תמיסת מלח בופר פוספט (PBS) | Cytiva Life Sciences | SH30256.01 | |
| פיפטה עם תזוזה חיובית MR-10, 10 ומיקרו; L | Mettler Toledo | 17008575 | |
| צנטריפוגה מקוררת עם תוספות לצינורות חרוטיים של 50 מ"ל | Eppendorf | 5810 R | |
| מבחנות בדיקה עגולות תחתונות, 14 מ"ל, תרבית פוליפרופילן | פישר סיינטיפיק | 14-956-9A | |
| דלפק נצנוץ | פרקין אלמר | TriCarb 4810 TR | |
| קוקטייל ScintiVerse BD | פישר סיינטיפיק | SX18-4 | |
| אמבט מים רועד, קיבולת 30 ליטר | ניו ברונסוויק סיינטיפיק | דגם G76 | |
| מסנני תאים סטריליים, 100 ומיקרו; m | Fisher Scientific | 22363549 | |
| מלקחיים חבישת אגודל | Roboz מכשיר כירורגי Co | RS-8120 | |
| Trypan Blue | Corning | 25900CI | |
| משאבה פריסטלטית בזרימה משתנה | Fisher Scientific | 138762 | |
| אמבטיות מים, 2– קיבולת |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.