בדיקת רקמת בעלי החיים משתמשת בזיהוי נצנוץ גרעיני כדי לקבוע את הפעילות האנזימטית של גליקוגן סינתאז על ידי מדידת השילוב של גלוקוז מסומן רדיו בגליקוגן.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
בדיקת רקמת בעלי החיים משתמשת בזיהוי נצנוץ גרעיני כדי לקבוע את הפעילות האנזימטית של גליקוגן סינתאז על ידי מדידת השילוב של גלוקוז מסומן רדיו בגליקוגן.
גליקוגן הוא מטבוליט חשוב לתאים אוקריוטיים רבים, חלק בלתי נפרד מאחסון אנרגיה ושחרור אנרגיה מהיר. בניית המולקולה תלויה בגליקוגן סינתאז, אנזים מווסת מאוד שתפקידו העיקרי הוא להקל על ההצמדה הרציפה של יחידות גלוקוז בפולימר גליקוגן הולך וגדל. אנזים זה מופעל באופן אלוסטרי על ידי גלוקוז-6-פוספט ומעוכב במספר אתרים על ידי זרחון. ידע על פעילות אנזימטית של גליקוגן סינתאז הוא מרכיב מרכזי בהבנת חילוף החומרים של גליקוגן, רמות האנרגיה בשרירים והפרעות מטבוליות כגון סוכרת ומחלות אגירת גליקוגן. מתוארת כאן שיטה רגישה ויעילה ביותר לקביעת הפעילות של גליקוגן סינתאז ברקמת שריר בעלי חיים על ידי מדידת כמות הגלוקוז המשולב, מגלוקוז [14C]-UDP-גלוקוז, לתוך מולקולות גליקוגן. הליך זה משתמש ברדיואקטיבי 14C וידרוש אישור מתאים ושטח מעבדה לשימוש וסילוק. הליך זה ידרוש גם גישה לדלפק נצנוץ נוזלי.
גליקוגן, פוליסכריד מסועף מאוד המורכב מיחידות גלוקוז, משמש כמאגר אנרגיה חשוב ברקמות שונות, כולל שרירים, כבד ומוח1. הסינתזה והפירוק שלו מתוזמרים על ידי מערכת מורכבת של אנזימים מיוחדים וחלבונים רגולטוריים. חיוני לביוסינתזה שלו הוא האנזים גליקוגן סינתאז (GYS), ממנו ישנם שני איזופורמים (GYS1 ו-GYS2). GYS1 הוא אנזים רגולטורי האחראי ישירות ליצירת גליקוגן מגלוקוז בתאים שאינם כבד, בעוד ש-GYS2 מתפקד בכבד. תהליך זה, המכונה גליקוגנזה, הוא הוספה רציפה של יחידת גלוקוז בודדת לשרשרת גליקוגן הולכת וגדלה. GYS מזרז את העברת הגלוקוז מגלוקוז הביניים אורידין דיפוספט גלוקוז (UDP-גלוקוז) לקצה שרשרת הגליקוגן, ויוצר קישור אלפא-1,4-גליקוזיד2. בתיאום עם האנזים המסתעף גליקוגן, תגובה זו מרחיבה את מולקולות הגליקוגן, ומספקת הן אחסון אנרגיה יעיל והן שחרור.
קיימות טכניקות בדיקה למדידת פעילות האנזים, כאשר אחת הקבוצות הנפוצות יותר של שיטות מורכבת מאלו של הזן הספקטרופוטומטרי 3,4. בדיקות אלו מסתמכות בדרך כלל על מערכת של תגובות מצומדות עקיפות ומודדות את הספיגה של המוצר במורד הזרם, NADH, ב-340 ננומטר. יחידה אחת של NADH נצרכת עבור כל יחידת UDP המשוחררת מ-UDP-גלוקוז על ידי גליקוגן סינתאז, ומייצרת עירור מדיד הקשור ישירות לפעילות גליקוגן סינתאז 5,6. בעוד שמבחני ספקטרופוטומטריה הם זולים ונגישים יחסית, הם מגיעים עם החיסרון הקטן של הסתמכות על תגובה עקיפה וחסרונות גדולים של הפרעה על ידי עכירות הדגימה ורגישות נמוכה יותר, במיוחד בעיה עבור דגימות קטנות יותר או דגימות עם מעט / סינתאז גליקוגן זרחני מאוד. מבחנים פלואורומטריים, תוך שימוש בתגובות המשולבות שתוארו לעיל, פותחו כדי לשפר את הרגישות ברקמת שריר מאדם7 ועכבר8. קיימות טכניקות אחרות לכימות גליקוגן סינתאז, כגון אימונובלוטינג9 ואימונוהיסטוכימיה10; עם זאת, טכניקות אלה מסוגלות לכמת רק את הכמות הפיזית של האנזים, ובמקרה הטוב, יכולות להסיק פעילות מזרחון אך לא לכמת ישירות את פעילות האנזים11.
מבין טכניקות בדיקת האנזימים הללו, שיטות רדיוכימיות נותרו הנפוצות ביותר לקביעת פעילות גליקוגן סינתאז ברקמת יונקים בשל היעדר הפרעה על ידי עכירות הדגימה ורגישותן הגבוהה 8,9. בדיקות אלה משלבות גלוקוז עם תווית רדיו מ-UDP-גלוקוז המסומן ב-14C12 או 3H13 לגליקוגן, מה שמאפשר מדידה ישירה של פעילות האנזים לאורך פרק זמן מוגדר. בהליך הבא, דגימת רקמה המכילה גליקוגן סינתאז נחשפת ל-UDP-גלוקוז ולפריימר גליקוגן. גליקוגן סינתאז מזרז את התגובה המוצגת במשוואה שלהלן:
UDP-[14C]גלוקוז + (גליקוגן)n → (גליקוגן)n+1[14C] + UDP
לאחר פרק זמן מוגדר, התגובה מסתיימת והגליקוגן המכיל גלוקוז מסומן ברדיו מוזרם על נייר סינון12 (כמתואר להלן) או נתון לסינון ג'ל כמתואר על ידי Niederwanger et al.14 ונמדד באמצעות גלאי נצנוץ. שיטה זו כוללת גם תגובה זהה נפרדת הכוללת גלוקוז-6-פוספט (G6P), מפעיל אלוסטרי של גליקוגן סינתאז. בתנאים עם רמות מספיקות של G6P, פעילות הגליקוגן סינתאז מופעלת בצורה מקסימלית, ומציגה את הפוטנציאל המוחלט לפעילות גליקוגן סינתאז של דגימה נתונה. השיטה המתוארת כאן שונתה מסוזוקיועמיתיה 15 לפורמט של 96 בארות והיא מותאמת לשימוש ברקמת שריר עכבר; עם זאת, ניתן לשנות את הפרוטוקול עבור רקמות אחרות ומינים של בעלי חיים.
למרות שיקולי העלות והבטיחות המובנים הקשורים לחומרים רדיואקטיביים, בדיקות רדיוכימיות מציעות יתרונות משמעותיים על פני חלופות לא רדיואקטיביות, בתנאי שמכשירים זמינים. ההליך הבא מפרט אמצעי רגיש וחזק ביותר לקביעת הפעילות של גליקוגן סינתאז, אנזים מפתח במטבוליזם של גליקוגן, ברקמת שריר של בעלי חיים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל ההליכים אושרו על ידי הוועדה לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת בול סטייט. קבוצות זכר ונקבה של B6; עכברי פרא 129-Gaatm1Rabn/J, בני 3 חודשים, משמשים כדוגמה מייצגת בכתב יד זה. הריאגנטים והציוד המשמש מפורטים בטבלת החומרים.
1. הכנה לפני הבדיקה
2. תגובת פעילות גליקוגן סינתאז רדיוכימית
זהירות: שלב זה מכיל את השימוש ב-[14C]-UDP-גלוקוז, שהוא חומר רדיואקטיבי. לטפל, לאחסן ולהשליך באופן שאושר על ידי הוועדה הרגולטורית הגרעינית (NRC).
3. מדידת פעילות עם זיהוי נצנוץ
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בהתאם לפרוטוקול, תדפיס שנוצר מגלאי הנצנוץ יכיל את הכמות הנמדדת של קרינה מייננת הנפלטת מכל נייר כרומטוגרפיה המכיל בקבוקון, בקורלציה ישירה לרמת הפעילות של גליקוגן סינתאז. גלאי הנצנוץ יחשב את הספירה לדקה (CPM) של קרינה שזוהתה עבור כל דגימה, ריקה וסך הכל על פני פרק זמן מוגדר. ראשית המר CPM ל-DPM (התפרקות לדקה), המבוססת על היעילות של מונה הנצנוץ המשמש (DPM = CPM / יעילות). היעילות נקבעת על ידי ספירת מקור סטנדרטי עם DPM ידוע. המשוואה לחישוב פעילות האנזים היא:
[ממוצע...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מדידת פעילות אנזים גליקוגן סינתאז היא כלי רב ערך לניטור חילוף החומרים של גליקוגן במצבי חילוף חומרים ומחלות שונים. מדידה בהיעדר ונוכחות של גלוקוז-6-פוספט (G6P) מציעה תובנה לגבי המצב הרגולטורי של האנזים ואינדקס עקיף של מצב הזרחון. בדיקת שילוב גלוקוז [U-14C]-UDP היא טכניקה יעילה ומתועדת היטב למדידת פעילות אנזימטית של גליקוגן סינתאז, המציעה רגישות גבוהה, ספציפיות מצע ויכולת הסתגלות לדגימות רקמה קטנות כגון שריר השלד של העכבר. במאמר זה, הנוהל הכתוב מותאם לכימות פעילות GYS1 בליזטים ש...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
המימון ניתן בחלקו על ידי אוניברסיטת בול סטייט, בית הספר לרפואה של אוניברסיטת אינדיאנה-מונסי ו-Aro Biotherapeutics.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| [<>14C] אורידין 5-דיפוספו-גלוקוז | כימיקלים אמריקאיים מתויגים ברדיו | ARC 0154 | |
| 31 נייר כרומטוגרפיה ETCHR | ווטמן | 3031 915 | |
| הידראט בנזמידין הידרוכלוריד | סיגמא | B6506 | |
| בטא מרקפטואנול | סיגמא | M3148 | |
| אמבטיה יבשה | טורי פיינס סיינטיפיק | SC25 | |
| אתנול (200 proof) | PharmcoAaper | 111000200 | |
| אתילן גליקול טטראצטית (EGTA) | סיגמא | E4378 | |
| אתילנדיאמינטרטראאצטית (EDTA) | סיגמא | E5134 | |
| מלח נתרן גלוקוז-6-פוספט | סיגמא | G7879 | |
| גליקוגן מכבד ארנב (סוג III) | סיגמא | G8876 | |
| מיקרופלטה, תחתית שטוחה, באר 96 | גריינר | 655101 | |
| מיקרופלטה, pcr, באר 96 | DOT Scientific | 951-PCR | |
| מונה סינטילציה רב-תכליתי | בקמן קולטר | LS 6500 | |
| דיהידרט פלואוריד אשלגן | סיגמא | 221872 | |
| קוקטייל מעכב פרוטאז | GoldBio | GB-108-2 | |
| קוקטייל סינטילציה | Reasearch Products International | 111195 | |
| בקבוקי סינטילציה | Reasearch Products International | 125509 | |
| פלואוריד נתרן | סיגמא | S7920 | |
| קריעת רקמות | מוצרי Biospec | דגם 398 | |
| טוזיליזין כלורומתיל קטון (TLCK) | סיגמא | T7254 | |
| בסיס טריזמה (99.9%) | סיגמא | T1503 | |
| טריזמה הידרוכלוריד | סיגמא | T3253 | |
| אורידין 5-דיפוספו-גלוקוז | סיגמא | U-4625 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.