פרוטוקול זה מתאר שיטה קולורימטרית מסוג אנתרון לכימות גליקוגן בכבד ובשריר השלד של חולדה במצבים מטבוליים שונים.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
פרוטוקול זה מתאר שיטה קולורימטרית מסוג אנתרון לכימות גליקוגן בכבד ובשריר השלד של חולדה במצבים מטבוליים שונים.
גליקוגן הוא מאגר גלוקוז תוך-תאי עיקרי בכבד ובשריר השלד ומשחק תפקיד מרכזי במטבוליזם הפחמימות. גליקוגן כבדי חיוני לשימור הומאוסטזיס גליקמי מערכתית, בעוד שגליקוגן שריר השלד תומך בפעילות גופנית ובביצועי פעילות גופנית. לכן, כימות מדויק של גליקוגן רקמתי הוא קריטי למחקרים שבהם מטבוליזם הגליקוגן מווסת דינמית או משתנה פתולוגית. כאן אנו מתארים שיטה קולורימטרית אמינה ורגישה של אנתרון לכימות תכולת הגליקוגן בכבד ובשריר השלד של חולדות. הפרוטוקול מורכב משלבים עוקבים, כולל עיכול אלקליני, דה-חלבון, הפקעת גליקוגן, שטיפת אלכוהול ופיתוח צבע באמצעות תגובת אנתרון. היישום של שיטה זו מודגם בחולדות שעברו שלושה מצבים פיזיולוגיים רלוונטיים: האכלה אד ליביטום , צום לילה והאכלה חוזרת לטווח קצר. פרדיגמות ניסיוניות אלו לוכדות מצבים מטבוליים מרכזיים הקשורים לאגירת גליקוגן, דלדול וסינתזה מחדש. ניתוח כתם מערבי אורתוגונלי של אנזימים מרכזיים, גליקוגן סינתאז וגליקוגן פוספורילאז, מספק תמיכה מכנית לשינויים המטבוליים שנצפו. היישום של שיטה זו מודגם עוד יותר בבעלי חיים שטופלו באפינפרין כדי למודל פירוק גליקוגן שנגרם מלחץ. ביחד, שיטה זו מספקת טווח דינמי רחב ורגישות מספקת לכימות גליקוגן רקמתי במצבים פיזיולוגיים שונים באופן בולט. הוא מציע כלי אמין לחקר חילוף חומרים של גליקוגן ב-vivo וניתן ליישמו גם על מודלים של תרביות תאים במבחנה.
גליקוגן הוא פוליסכריד מסועף מאוד, המשמש כמאגר אנרגיה עיקרי בשריר השלד ובכבד של יונקים, ובמידה פחותה באיברים אחרים כמו המוח, הכליה, הלב ורקמת השומן1. במהלך האכלה, גלוקוז עודף עובר פולימריזציה או ליפוגנזה דה נובו , ונאגר כגליקוגן או ליפידים. עם זאת, במהלך צום או מאמץ פיזי, הגליקוגן עובר פירוק אנזימטי, מה שמבטיח אספקה מתמדת ומהירה של גלוקוז למילוי דרישות האנרגיה. יכולת הבופר הזו של הגליקוגן חיונית לשמירה על הומאוסטזיס גליקמי במהלך מחזורי צום והזנה פיזיולוגיים2.
סינתזת גליקוגן מופעלת על ידי גליקוגן סינתאז (GYS), הקיים בשני איזופורמים יונקים: GYS1 ו-GYS2. GYS1 מתבטא בעיקר בשריר השלד, בעוד ש-GYS2 הוא האיזופורם של הכבד. הפעילות הקטליטית של GYS מדוכאת על ידי פוספורילציה באתרים רבים, כולל Ser641, בתנאי צום, בעוד שפעילותו מגובה בדפוספורילציה בתנאי הזנה. פירוק הגליקוגן מזורז על ידי גליקוגן פוספורילאז. איזופורם הכבד הוא PYGL, והאיזופורם של השריר הוא PYGM. בניגוד ל-GYS, הפעילות הקטליטית שלהם מעוררת בזרחון ב-Ser15 במהלך צום ומדוכאת עם דה-פוספורילציה לאחר האכלה3.
ויסות נכון של חילוף החומרים של גליקוגן הוא יסודי לתהליכים ביולוגיים רבים, ומטבוליזם גליקוגן לא מאוזן זוהה כגורם סיבתי במחלות רבות. בפרט, שינוי במטבוליזם הגליקוגן בכבד קשור להפרעות מטבוליות שונות, כולל מחלות אגירת גליקוגן4, סוכרת סוג2 5, מחלת כבד סטאטוטי הקשורה לתפקוד מטבולי 6,7 ותגובה נגד-רגולטורית לקויה להיפוגליקמיה8. בנוסף, גליקוגן מוחי חיוני ליצירת זיכרון לטווח ארוך9, בעוד שגליקוגן שריר השלד הוא רגולטור מרכזי של קיבולת הסיבולת10. לכן, כימות מדויק של גליקוגן ברקמה הוא קריטי למחקרים שבהם המטבוליזם של הגליקוגן מווסת דינמית או משתנה פתולוגית, מה שמאפשר חקירה של מנגנוני מחלה והערכת התערבויות המווסתות גליקוגן.
דווחו מספר שיטות לכימות גליקוגן, כולל שיטת אנתרון11,12, שיטת אמילולוקוזידאז13, שיטת חומצה פנולית-גופרתית14 וספקטרוסקופיית תהודה מגנטית גרעינית לא פולשנית (MRS)15, כאשר לכל שיטה יתרונות ומגבלות מסוימים. כאן אנו מתארים פרוטוקול מפורט לשיטת הקולורימטריה של אנתרון לכימות גליקוגן בכבד ובשריר השלד של חולדות (איור 1). פרוטוקול זה כולל שלבים עוקבים של עיכול אלקלי, דה-פרוטניזציה, שקיעת גליקוגן, שטיפת אלכוהול והתפתחות צבע באמצעות תגובת אנתרון. שיטה זו פשוטה, חסכונית ודורשת מינימום כלים מיוחדים. כדי להדגים את רגישותו ויכולת השחזור שלו, חישבנו את גבול הגילוי (LOD), את גבול הכימות (LOQ), וכן את מקדם השונות התוך-מבחן ובין הבדיקות (CV%), באמצעות סדרת תקני גליקוגן. כדי להוכיח את יישומותו, רמות הגליקוגן בכבד ובשריר השלד הוערכו בשלושה תנאים פיזיולוגיים רלוונטיים: האכלה אד ליביטום, צום לילה של 16 שעות, והאכלה חוזרת קצרה טווח. בנוסף, השיטה הודגמה באמצעות בעלי חיים שטופלו באפינפרין למידול פירוק גליקוגן חריף שנגרם מלחץ. בוצע ניתוח ווסטרן בלוט אורתוגונלי של אנזימים מרכזיים המעורבים במטבוליזם גליקוגן כדי לאמת את השינויים המטבוליים שנצפו.

איור 1: סקירה של תהליך הכימות של גליקוגן. ייצוג סכמטי של תהליך הניסוי לכימות גליקוגן בכבד ובשריר השלד. ההליך כולל איסוף רקמות, עיכול אלקלי, משקעי חלבונים, בידוד גליקוגן וזיהוי קולורימטרי מבוסס אנתרון. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל הפרוטוקולים לבעלי חיים אושרו על ידי ועדת הטיפול והשימוש בבעלי חיים המוסדית (IACUC; #1905019) באוניברסיטת נאנג'ינג לרפואה.
1. הכנת ריאגנטים
2. טיפול בבעלי חיים
3. קציר רקמות

איור 2: הליכי כריתת רקמות לשריר כבד ושלד. (א) שלבים עוקבים לחשיפת חלל הבטן ולקצירת רקמת הכבד, כולל חתך עור, הארכת חתך, הפרדת עור מהשריר התחתון, ולפרוטומיה רוחבית. (ב) שלבים עוקבים לבידוד שריר גסטרוקנמיוס, כולל חתך אורכי, השתקפות שרירים מעל, זיהוי מבנים אנטומיים וכריתת השריר. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.
4. מבחן קולורימטרי גליקוגן

איור 3: בידוד וכימות גליקוגן במצבים תזונתיים שונים. (א) תמונה מייצגת של כדורי גליקוגן שוקעים מדגימות כבד בתנאי האכלה, צום ומזוקק. (B) תמונה מייצגת של כדורי גליקוגן שוקעים מדגימות שריר שלד בתנאים מוזנים, צומים ומזוקנים. (C) עקומה סטנדרטית שנוצרה מתקני גלוקוז המראה את הקשר הליניארי בין ספיגה ב-620 ננומטר לריכוז גלוקוז. (ד) רמות הסוכר בדם בתנאים של אוכל, צום ורפיד. (ה) תכולת הגליקוגן בכבד בתנאים של אוכל, צום ומזוקק. (F) תכולת גליקוגן בשריר השלד בתנאים של אוכל, צום וריפר. הנתונים מוצגים כממוצע ± SEM (n = 6 לקבוצה). ניתוח סטטיסטי בוצע באמצעות ניתוח חד-כיווני רגיל של שונות (ANOVA) עם השוואות מרובות שתוקנו בשיטת בנג'מיני–הוכברג. **p < 0.01, ****p < 0.001, ****p < 0.0001, NS: לא משמעותי. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.
| ריאגנטים | 0 מ"ג/מ"ל | 0.01 מ"ג/מ"ל | 0.02 מ"ג/מ"ל | 0.05 מ"ג/מ"ל | 0.1 מ"ג/מ"ל | 0.2 מ"ג/מ"ל | 0.5 מ"ג/מ"ל | 1 מ"ג/מ"ל | Blank | דגימה לא ידועה |
| תמיסת תקן גלוקוז | 50 מיקרוליטר | 50 מיקרוליטר | 50 מיקרוליטר | 50 מיקרוליטר | 50 מיקרוליטר | 50 מיקרוליטר | 50 מיקרוליטר | 50 מיקרוליטר | – | – |
| מים מזוקקים (H₂O) | – | – | – | – | – | – | – | – | 50 מיקרוליטר | – |
| דגימת גליקוגן | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 50 מיקרוליטר |
| פתרון תגובת אנתרון | 200 מיקרוליטר | 200 מיקרוליטר | 200 מיקרוליטר | 200 מיקרוליטר | 200 מיקרוליטר | 200 מיקרוליטר | 200 מיקרוליטר | 200 מיקרוליטר | 200 מיקרוליטר | 200 מיקרוליטר |
טבלה 1: הגדרת תגובה לבדיקת קולורימטריה בגליקוגן. הכנת תגובה לתקני גלוקוז, דגימות גליקוגן ריקות ובלתי ידועות בשימוש במבחן הקולורמטרי של אנתרון. נפחים מוגדרים של דגימות תקני גלוקוז, מים מזוקקים או דגימות גליקוגן שולבו עם תמיסת תגובת אנתרון לפני הדגירה ומדידת הספיגה.
5. חישוב תכולת הגליקוגן ברקמה
הערה: נרמול הגליקוגן הנמדד למשקל רטוב ברקמה או למסת חלבון כוללת.


6. כתם מערבי של אנזימים מרכזיים המזרזים את מטבוליזם הגליקוגן
7. רגישות ושחזוריות של השיטה




כערך הממוצע מארבע הריצות ביום הראשון.

כערך הממוצע של CV1,CV 2,CV 3 ו-CV 4.הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
רמות גליקוגן בשרירי הכבד והשלד במצבים תזונתיים שונים
צום לילי ירד משמעותית את רמות הסוכר בדם (ממוצע ± שגיאת תקן ממוצעת [SEM]) מ-7.9 ± 0.4 מ"מ בעכברים שהוזנו ב-ad libitum ל-5.4 ± 0.3 מ"מ. רמות הסוכר בדם שוחזרו ל-8.3 ±-0.1 מ"מ לאחר שעתיים של הזנה מחדש (איור 3D). בהתאם לשינויים אלו, רמות הגליקוגן בכבד (ממוצע ± SEM) היו 45.05 ± 3.85 מ"ג/גרם רקמה בתנאי הזנה, ירדו משמעותית ל-0.63 ±-0.13 מ"ג/גרם רקמה לאחר צום לילה, ועלו ל-13.29 ±-0.73 מ"ג/גרם רק...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
במאמר זה אנו מתארים שיטת אנתרון קולורימטרית מותאמת לכימות גליקוגן ברקמות בעלי חיים. בנוסף לשלבים הסדרתיים הקונבנציונליים של קצירת רקמות, עיכול בסיסי, השקעת גליקוגן, שטיפת אלכוהול ופיתוח צבע מבוסס אנתרון, שילבנו שלב דה-פרוטניזציה להפחתת הפרעות רקע (איור 1). לאחר מכן השתמשנו בשיטה זו להערכת שינויים בתכולת הגליקוגן בכבד ובשריר הגסטרוקנמיוס בתנאים פיזיולוגיים שונים, והדגמנו את יכולתה לזהות שינויים פיזיולוגיים רלוונטיים במטבוליזם הגליקוגן. ניתוח Western Blot אורת...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין ניגוד עניינים.
עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית המחקר והפיתוח הלאומית של סין (2022YFA0806103) והקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (82270871).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 1.5 mL microcentrifuge tubes | LABGIC | BS-15-M | משמש לעיבוד דגימות והגדרת תגובה |
| 15 mL microcentrifuge tubes | LABGIC | BS-150-M-S | משמש לטיפול בליזט ולשלבי משקע |
| 20X TBST | Solarbio Life Sciences | T1082 | מאגר לשטיפת ממברנה ב-western blot |
| 37 oC Incubator | Shanghai Jinghong Instrument | HWS-150 | דגירה של צלחת BCA |
| 50 mL centrifuge tubes | LABGIC | CT-112-50A | משמש לעיכול רקמות ותמצית |
| 96-well plate | LABGIC | BS-MP-96W-CL | מדידת ספיגה מבוססת צלחת |
| Analytical balance | Changzhou Xingyun | FA2204N | שקילה של אבקות כימיות |
| Anthrone | Shanghai Aladdin Biochemical Technology | A108571 | ריאגנט לגילוי צבעוני של גליקוגן |
| Anti-GYS1 antibody | Proteintech | 10566-1-AP | גילוי של גליקוגן סינתאז 1 |
| Anti-GYS2 antibody | Proteintech | 22371-1-AP | גילוי של גליקוגן סינתאז 2 |
| Anti-phospho-GYS1/2 (Ser641) antibody | Cell Signaling Technology | 47043S | גילוי של GYS מפוספט |
| Anti-phospho-PYGL (Ser15) antibody | Abcam | ab227043 | גילוי של פוספט גליקוגן פוספורילז |
| Anti-PYGL antibody | Proteintech | 15851-1-AP | גילוי של פוספורילז גליקוגן בכבד |
| Anti-PYGM antibody | Novus Biologicals | NBP2-16689 | גילוי של פוספורילז גליקוגן בשרירים |
| BCA assay kit | Beyotime | P0012 | כימות חלבון |
| Benzoic acid | Shanghai Aladdin Biochemical Technology | B116255 | הכנת תמיסה רווייה לסטנדרטים |
| Blunt forcepts | Shanghai Jinzhong | J42010 | צביטת אצבעות; ניתוח רקמות |
| BSA Fraction V | Beyotime | ST023 | חומר חוסם ב-western blot |
| Chemiluminescent imager | Tanon | Tanon 5200 Multi | גילוי אותות ב-western blot |
| Chemiluminescent substrate (ECL) | Beyotime | P0018S | פיתוח אותות ב-western blot |
| Distilled water | Beyotime | ST872 | ממס להכנת ריאגנטים |
| Epinephrine hydrochloride | Sigma-Aldrich | E4642 | גירוי פירוק גליקוגן in vivo |
| Ethanol | Macklin | E809065 | משקע גליקוגן ושטיפה |
| Fine surgical scissors | Shanghai Jinzhong | JA2601 | ניתוח רקמות |
| Fresco 17 centrifuge | Thermo Fisher Scientific | 75002402 | צנטריפוגה של דגימות |
| Glucometer | i-SENS | CareSens N | מדידת רמת גלוקוז בדם |
| Glucometer | i-SENS | CareSens N | מדידת רמת גלוקוז בדם בוריד הזנב |
| Glucometer strips | i-SENS | CareSens N Strips | מדידת רמת גלוקוז בדם בוריד הזנב |
| Glucose | Macklin | G6172 | הכנת עקומת סטנדרט |
| Glycogen stock | Beyotime | D0812 | הכנת סדרת סטנדרטים של גליקוגן |
| Goat anti-rabbit IgG secondary antibody | Thermo Fisher Scientific | 31462 | גילוי של נוגדנים ראשוניים |
| Handheld homogenizer | GreenPrima | PB100 | הומוגניזציה של רקמות |
| India ink | Sigma-Aldrich | 198285 | צביעת חלבון סה"כ לנורמליזציה |
| Isoflurane | RWD Life Science | R510-22-10 | המתת בעלי חיים |
| Laboratory heating block | Changzhou Guowang | GWJ300-1 | חימום דגימות במהלך בדיקות |
| Lithium chloride | Macklin | 767397 | מגביר את משקע הגליקוגן |
| Methanol | Shanghai Aladdin Biochemical Technology | M116115 | שלב שטיפת גליקוגן |
| Microplate reader | BioTek | ELx800 | מדידת ספיגה ב-620 nm |
| Nitrocellulose membrane | Millipore | HATF04700 | ממברנת העברת חלבון |
| Orbital shaker | DLAB SCIENTIFIC CO.,LTD | SK-O180-S | דגירה של ריאגנט צבעוני |
| P1000 Pipettor | Thermo Fisher Scientific | 4641100N | העברת תמיסה |
| P200 Pipettor | Thermo Fisher Scientific | 4641080N | הסרת נוזל שנותר |
| Phosphatase inhibitors (PhosSTOP) | Roche | 4906845001 | שימור זרחון חלבון |
| Plastic containers (for tissue storage) | Thermo Fisher Scientific | 6A0008 | אחסון של רקמות שנאספו |
| Protease inhibitors cocktail | MCE | HY-K0011 | מניעת פירוק חלבון |
| RIPA lysis buffer | Beyotime | P0013B | חילוץ חלבון |
| SDS-PAGE gel kit | Beyotime | P0012A | הפרדת חלבון |
| SDS-PAGE loading buffer (6X) | Beyotime | P0015F | ערבוב עם דגימות חלבון לפני טעינה לתוך בארות SDS-PAGE |
| SDS-PAGE running buffer (5x) | Beyotime | P0014D | אלקטרופורזה של SDS-PAGE |
| Small Animal Anesthesia |
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה