כאן, אנו מציגים שיטה כמותית זולה המשתמשת תחמוצת דאוטריום וספקטרומטריית מסה כרומטוגרפית גז (GCMS) לניתוח של חומצת שומן כוללת דה נובו ליפוגנזה ברקמת שומן חום in vivo.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
כאן, אנו מציגים שיטה כמותית זולה המשתמשת תחמוצת דאוטריום וספקטרומטריית מסה כרומטוגרפית גז (GCMS) לניתוח של חומצת שומן כוללת דה נובו ליפוגנזה ברקמת שומן חום in vivo.
סינתזת חומצות שומן היא מסלול מטבולי מורכב ועתיר אנרגיה עם תפקידים תפקודיים חשובים בשליטה על הומאוסטזיס מטבולי של כל הגוף ותהליכים פיזיולוגיים ופתולוגיים אחרים. בניגוד למסלולים מטבוליים מרכזיים אחרים, כגון סילוק גלוקוז, סינתזת חומצות שומן אינה מוערכת באופן פונקציונלי באופן שגרתי, מה שמוביל לפרשנויות חלקיות של המצב המטבולי. בנוסף, קיים מחסור בפרוטוקולים מפורטים הזמינים לציבור המתאימים למצטרפים חדשים בתחום. במאמר זה אנו מתארים שיטה כמותית זולה המשתמשת בתחמוצת דאוטריום ובספקטרומטריית מסה של כרומטוגרפיית גז (GCMS) לניתוח סינתזת חומצת השומן הכוללת דה נובו ברקמת שומן חומה in vivo. שיטה זו מודדת את הסינתזה של תוצרי חומצת השומן סינתאז ללא תלות במקור פחמן, והיא עשויה להיות שימושית כמעט לכל רקמה, בכל מודל עכברי, ותחת כל הפרעה חיצונית. פרטים על הכנת המדגם עבור GCMS וחישובים במורד הזרם מסופקים. אנו מתמקדים בניתוח של שומן חום בשל רמות גבוהות של סינתזת חומצות שומן דה נובו ותפקידים קריטיים בשמירה על הומאוסטזיס מטבולי.
השמנת יתר ומחלות מטבוליות נלוות הן מגיפה המסכנת את הדורות הנוכחיים והעתידיים 1,2. בדרך כלל מפושט כתוצאה של חוסר איזון בין צריכת אנרגיה והוצאה, חוסר הוויסות המטבולי הקשור להשמנת יתר משפיע על מספר רב של מסלולים מטבוליים הנשלטים על ידי גורמים סביבתיים אנדוגניים3. עם זאת, רק מסלולים מעטים נבדקים באופן שגרתי במודלים של בעלי חיים של חוסר ויסות מטבולי.
לדוגמה, סילוק גלוקוז נמדד באופן שגרתי על ידי בדיקות גלוקוז וסבילות לאינסולין, כנראה בשל פשטות השימוש במוניטורים ניידיםלגלוקוז 4. שיעורים יחסיים של גלוקוז וחמצון שומנים בכל הגוף נאמדים גם הם באופן שגרתי בהתבסס על יחס חילופי הנשימה ממבחני קלוריות עקיפים 5,6. עם זאת, רוב ההיבטים האחרים של חילוף החומרים אינם מוערכים באופן שגרתי. זה מוביל לפרשנויות חלקיות של המצב המטבולי ואפשרויות טיפוליות שהוחמצו. אחד המסלולים העיקריים מסוג זה הוא דה נובו ליפוגנזיס.
De novo lipogenesis (DNL) הוא התהליך שבו חומצות שומן חדשות נוצרות ממבשרים. גלוקוז נחשב לקודמן העיקרי התורם ל- DNL7 של כל הגוף, אולם מבשרים אחרים, כגון אצטט, פרוקטוז, לקטט וחומצות אמינו מסועפות שרשרת, הוכחו כמקורות פחמן רלוונטיים באופן מרחבי ותלוי מצב 8,9,10,11,12. DNL הוא תורם מרכזי להומאוסטזיס מטבולי והוא חיוני להתפתחות תקינה13. בנוסף, שינויים ב- DNL נקשרו לסרטן 14,15 ומטבולית 16,17,18 ומחלות לב וכלי דם 19,20.
מסלול DNL מורכב מרכיבי הליבה האנזימטיים ATP ציטראט ליאז (ACLY), אצטיל-CoA קרבוקסילאז (ACC1/2) וחומצת שומן סינתאז (FAS) המייצרים בעיקר פלמיטט, חומצת שומן רוויה בת 16 פחמן. עם זאת, ניתן לייצר גם חומצות שומן מוזרות ומסועפות שרשרת בשיעורים נמוכים יותר9. Elongases ו desaturases לשנות עוד יותר חומצות שומן אלה, יצירת מגוון רחב של מיני חומצות שומן שימושי עבור מגוון רחב של פונקציות (למשל, אחסון אנרגיה לטווח ארוך מניפולציה של נזילות הממברנה).
הביטוי של המנגנון האנזימטי DNL נשלט על ידי מספר קצר של גורמי שעתוק. המתוארים ביותר עד כה כוללים את משפחת החלבון קושר אלמנט רגולטורי סטרול (SREBP), חלבון קושר אלמנט תגובת פחמימות (ChREBP), וקולטן X בכבד (LXR) 21,22,23,24,25,26. למרות חפיפה לכאורה בתפקודם, דווח על תקנות אינדיבידואליות המבוססות על דומיננטיות סוג התא ומצבים פיזיולוגיים או פתולוגיים 21,22,27,28.
למרבה הפלא, מספר מעכבים לשלבים נבחרים של מסלול DNL אושרו לשימוש קליני או נמצאים בשלבי פיתוח פרה-קליניים או קליניים עבור מספר מחלות, כולל השמנת יתר, מחלת כבד שומני לא אלכוהולי/סטאטוהפטיטיס לא אלכוהולית (NAFLD/NASH), ומחלות לב וכלי דם29. מאמצים אלה מדגישים את הרלוונטיות של DNL בבריאות ובמחלות.
בשנים האחרונות, השימוש בשיטות להערכה כמותית של סינתזת חומצות שומן דה נובו גדל30. השיטה הנפוצה ביותר להערכה זו היא שימוש במים מסומנים כבדים (D2O), כאשר המימן המסומן הכבד משולב בשרשראות אציל במהלך הסינתזה הן באופן ישיר והן בעקיפין, באמצעות חילופי דאוטריום עם המימן של מצעי DNL NAPDH, אצטיל-CoA ומלוניל-CoA. למרות שגישה זו צוברת פופולריות, חסרים פרוטוקולים מפורטים הזמינים לציבור המתאימים למצטרפים חדשים בתחום. כאן, אנו מתארים שיטה להערכה כמותית של סינתזת דה נובו של מוצרים של FAS באמצעות D2O וספקטרומטריית מסה של כרומטוגרפיית גז (GCMS), עם חישובים שפותחו בעבר על ידי Lee et al.31. שיטה זו מודדת סינתזת חומצות שומן דה נובו ללא תלות במקור פחמן, והיא עשויה להיות שימושית כמעט לכל רקמה, בכל מודל עכבר, ותחת כל הפרעה חיצונית. כאן, אנו מתמקדים בניתוח של רקמת שומן חום (BAT) בשל רמות גבוהות של DNL ותפקידים קריטיים בשמירה על הומאוסטזיס מטבולי.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל הניסויים אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים במרכז הרפואי של בית החולים לילדים בסינסינטי.
1. הכנת D2O
הערה: כדי להימנע משינויים ניסיוניים, הכינו תמיסה/מי שתייה מספיקים לכל העכברים למשך הניסוי.
2. אפנון פעילות BAT על ידי אקלום טמפרטורה
3. ניהול D2O
4. איסוף, עיבוד ואחסון פלזמה ורקמות
5. מיצוי שומנים מרקמת השומן
6. הכנת אסטרי מתיל חומצות שומן (FAMEs) וניתוח GCMS

7. החלפת דאוטריום אצטון של דגימות פלזמה לקביעת העשרת מי הגוף
8. חישובי In vivo de novo lipogenesis


הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בהתבסס על מינון D 2 O המתואר בשלב 1, אנו מוצאים בדרך כלל שמי הגוף מועשרים בטווח של2.5% עד 6%, וכי רמה בסיסית של העשרת דאוטריום במי הגוף מושגת במהירות תוך שעה אחת ונשמרת למשך המחקר באמצעות מי שתייה מועשרים של 8% (איור 1). העשרת מי גוף במצב יציב רציף היא הנחה של החישובים המשמשים בשלב 6, ולכן אנו ממליצים על תיקוף ניסיוני של הקינטיקה של העשרת מי הגוף במודלים ניסיוניים חדשים.
מצאנו שכמות חומצות השומן המסונתזות דה נובו גדלה בטמפרטורת החדר, י...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הבנת האיזון והאינטראקציה בין מסלולים מטבוליים מורכבים היא צעד הכרחי לקראת הבנת הבסיס הביולוגי של מחלות הקשורות לחילוף חומרים. כאן, אנו מראים מתודולוגיה לא פולשנית וזולה כדי לקבוע שינויים בסינתזת חומצות שומן דה נובו. שיטה זו מבוססת על שיטות שפורסמו בעבר אשר פיתחו חישובים להערכת שטף סינתזה דה נובו מהעשרת חומצת שומן דאוטריום31 ולשימוש בחילופי דאוטריום-אצטון לקביעת האחוז היחסי של D2O במי גוף39. בשנים האחרונות לקחנו את השיטה המתוארת כאן ויישמנו אותה ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
אנו מודים לחברי המעבדה של סאנצ'ז-גורמצ'י וואלאס על דיונים חשובים. עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מאיגוד הלב האמריקאי (18CDA34080527 ל- JSG ו- 19POST34380545 ל- RM), NIH (R21OD031907 ל- JSG), פרס נאמן CCHMC, פרס מרכז CCHMC לגנומיקה של ילדים, ופרס מרכז CCHMC לגנומיקה מנדליאנית וטיפול. עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי NIH P30 DK078392 של מרכז הליבה לחקר מחלות עיכול בסינסינטי. התוכן הוא באחריותם הבלעדית של המחברים ואינו מייצג בהכרח את הדעות הרשמיות של המכונים הלאומיים לבריאות. RT ו- MW נתמכו על ידי מלגת UCD Ad Astra.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| בקבוקוני זכוכית 4 מ"ל | פישר סיינטיפיק | 14-955-334 | |
| 0.2 ומיקרו; m מסנן | אולימפוס פלסטיק | 25-244 | |
| 26 גרם מזרקים מחטים | BD | 309597 | |
| אצטון | Merck | 34850 | |
| אצטוניטריל | Merck | 900667 | |
| מכסה בורג GC כחול עם מחיצה | Agilent | 5190-1599 | |
| צנטריפוגה | Eppendorf | 5424R | |
| כלורופורם | תחמוצת סיגמא | 366927 | |
| דאוטריום | סיגמא | 151882 | |
| Di-tert-butyl-4-methylphenol (BHT) Select FAME Column | Merck | B1378 | |
| Di-tert-butyl-4-methylphenol (BHT) בחר עמודת FAME | Agilent | CP7419 | |
| צינור EDTA | Sarstedt | 411395105 | |
| אתנול | Merck | 51976 | |
| Hexadecenoic-d31 חומצה | Larodan | 71-1631 | |
| הקסאן | Merck | 34859 | |
| מתנול | Merck | 34860 | |
| צינור מיקרוצנטריפוגה | אולימפוס פלסטיק | 24-282 | |
| תא סביבתי | עכבר Caron | Caron 7001-33 | |
| Potasium Chloride | Fisher Bioreagents | BP366-500 | |
| פוטזיום פוספט | MP ביו-רפואי | 194727 | |
| צינורות מיקרוצנטריפוגה SafeLock | Eppendorf | 30120086 | |
| בורג עליון ענבר בקבוקון GC | Agilent | 5182-0716 | |
| נתרן כלורי | פישר Bioreagents | BP358-212 | |
| נתרן הידרוקסיד | Merck | S5881 | |
| נתרן פוספט, דו-בסיסי | פישר ביוריאגנטים | BP332-500 | |
| נתרן גופרתי | Merck | 239313 | |
| חומצה גופרתית | Merck | 258105 | |
| הכנסת בקבוקון | Agilent | 5183-2088 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.