La proteina è un elemento nutritivo importante e circa il 50% del peso secco del corpo umano è composto di proteine che hanno diversi tratti biologici e funzioni1. Di conseguenza, la sintesi delle proteine è uno della maggior parte degli eventi che richiede energia e un'alterazione nel metabolismo delle proteine altamente è associata con lo sviluppo di malattie, tra cui malattie metaboliche2,3,4. Nel fegato, biosintesi della proteina rappresenta circa 20 – 30% del consumo totale di energia5,6. Inoltre, la funzione di proteine come non solo passivo o blocchi del fegato, ma attivi anche fattori che mediano segnale intracellulare o extracellularly a regolare il metabolismo sistemico7. Per esempio, la riduzione dei livelli di albumina di siero, che viene sintetizzata e secreta dal fegato e la proteina più abbondante nel plasma8, aumenta il rischio di tipo 2 diabete sviluppo9,10, 11, mentre una maggiore concentrazione di albumina è protettiva contro lo sviluppo di sindrome metabolica12. Inoltre, disturbi o interruzioni delle proteine epatiche secretive o membrana-limita, che modulano l'omeostasi del colesterolo, incluse le lipoproteine e LDLR LRP1, possono portare allo sviluppo di insulino-resistenza, iperlipidemia o aterosclerosi 13. Pertanto, l'identificazione dei meccanismi molecolari patofisiologici che sono coinvolti nella dispersione del metabolismo della proteina nel fegato e delle complicanze metaboliche associate potrebbe essere utile per scoprire romanzo farmacologico si avvicina per ritardare l'insorgenza o trattare malattie metaboliche come l'insulino-resistenza, diabete e steatosi epatica non alcolica.
Sintesi proteica è strettamente legata allo stato di energia cellulare (ad es., la formazione di un legame peptidico durante la fase di allungamento della sintesi proteica richiede di legami fosfodiesterei 414) ed è regolata da meccanismi molecolari che senso Inter - e intra - cellulari disponibilità nutriente15,16. Chinasi proteica AMP-attivata (AMPK) è uno dei sensori di energia intracellulare che mantengono l'omeostasi di energia17. Una volta AMPK attivata quando i livelli energetici cellulari diventano più bassi, AMPK e suoi substrati mirate funzionano per stimolare le vie cataboliche e inibire i processi anabolici compreso proteina sintesi18,19. La regolazione della sintesi proteica è mediata dalla fosforilazione di molteplici fattori di traduzione e proteine ribosomiali20. Di nota, l'obiettivo mammifero della rapamicina complesso 1 (mTORC1), delle principali cause della sintesi proteica, è uno degli obiettivi principali di AMPK21. Attivazione del pathway di mTORC1 migliora la crescita delle cellule e la proliferazione di stimolante proteina traduzione e autofagia20,21. Pertanto, è logico che l'attivazione di AMPK può inibire la sintesi di mTORC1-mediato della proteina22. Infatti, l'attivazione di AMPK contrasta e fosforila direttamente mTORC1 il residuo di treonina 2446 (Thr2446) che conduce alla sua inattivazione23 e la soppressione della proteina biosintesi24. Inoltre, AMPK indirettamente può inibire la funzione di mTORC1 di fosforilazione e l'attivazione della sclerosi tuberosa complessa 2 (TSC2)25 che è il regolatore a Monte della cascata di segnalazione di mTORC1. In breve, disregolazione di queste vie nel fegato è spesso legata allo sviluppo di malattie metaboliche e di conseguenza c'è una necessità critica di stabilire efficaci strumenti sperimentali per studiare il ruolo di queste vie nella regolazione dell'energia e metabolismo delle proteine negli epatociti.
C'è una forte somiglianza tra le proprietà funzionali di epatociti primari isolati e in vivo gli epatociti rispetto con in vitro fegato-derivato delle cellule linee26,27,28. È stato dimostrato che epatociti umani primari condividano 77% somiglianza con quello delle biopsie del fegato, mentre le cellule HepG2, che sono cellule cancerose epatiche ben differenziate e ampiamente utilizzati per indagare le funzioni epatiche, visualizzare inferiore al 48% nel contesto della 29di profili di espressione genica. Pertanto, l'utilizzo di epatociti primari, piuttosto che le cellule immortalizzate cultura, è di vitale importanza nella ricerca di fisiologia e funzione epatica, e diversi protocolli sono disponibili per l'isolamento e la coltura di epatociti primari soprattutto da ratti30,31. Mentre gli epatociti di ratto sono utili con un rendimento relativamente più elevato di cellule, epatociti del topo hanno un potenziale maggiore in molti aspetti scientifici grazie alla vasta disponibilità di topi geneticamente modulati. Tuttavia, ci sono diverse sfide tecniche in isolamento sani e abbondanti epatociti primari dai topi per cellulare e molecolare-valutazioni basate su: in primo luogo, inserimento della cannula per irrorare il fegato con i reagenti buffer è molto difficile da gestire a causa del mouse piccolo e sottile vena portale o la vena cava inferiore; in secondo luogo, un tempo più lungo di manipolazione delle cellule durante l'isolamento può causare riduzione nella cella quantità e qualità; metodi di separazione meccanica in terzo luogo, non-enzimatica possono causare seri danni e produrre un rendimento basso di epatociti primari isolato vitali32,33. Nel 1980, tecnica di aspersione della collagenosi è stato introdotto per isolare gli epatociti dal fegato di animali34. Questo metodo si basa sulla perfusione collagenosi del fegato35,36,37, infusione del fegato con calcio chelante soluzione38,39, digestione enzimatica e dissociazione meccanica del parenchima epatico35. Nel primo passaggio, un fegato di topo è irrorato con un buffer liberi di calcio [Ca2 +] contenente un chelatore [Ca2 +] (etilenediammina acido etilendiamminotetraacetico, EDTA). Nel secondo passaggio, il fegato di topo è irrorato con un buffer contenente collagenasi per idrolizzare le interazioni cellulari-matrice extracellulare. A differenza di buffer utilizzato nella prima fase, la presenza di ioni [Ca2 +] nel buffer del secondo passaggio è necessaria per l'attività della collagenosi efficace, dopo di che il fegato digerito deve essere ulteriormente delicatamente e meccanicamente separati utilizzando forcipe tra il capsula epatica e tessuti parenchimatosi. Infine, tessuto connettivo viene rimosso dal filtro e successiva centrifugazione separa epatociti vitali dalle cellule non parenchimali sia e non-viventi epatociti con l'uso di densità gradiente buffer40,41 ,42. Nello studio presente, vi mostriamo una tecnica di aspersione di collagenasi modificate in due fasi per isolare epatociti primari da un fegato di topo per l'analisi della sintesi proteica.
La radiomarcatura di proteine è ampiamente usato per quantificare i livelli di espressione, tassi di fatturato e determinare la distribuzione biologica delle proteine43 grazie all'elevata sensibilità di rilevazione di radioattività44. Tuttavia, l'uso di isotopi radioattivi richiede circostanze e delle procedure di ricerca altamente controllata45. Metodi alternativi non radioattivo sono stati sviluppati e sempre più hanno guadagnato in popolarità. La reazione di legatura chemo-selettive con un metodo di rilevazione della proteina tetrametilrodamina (TAMRA) è uno di loro e si basa sulla reazione tra un'azide e alchino gruppi46, che può essere utilizzata per analizzare gli eventi cellulari come chemo-selettive rilevamento di sintesi proteica nascente e sottoclassi delle glicoproteine per volta con un gruppo di azide. Per la sintesi proteica nascente, L-Azidohomoalanine (L-AHA, un amminoacido per volta azide) può essere incorporato nelle proteine metabolicamente e rilevato utilizzando il TAMRA proteina rilevamento metodo47. Usando questo test in epatociti primari del topo, indichiamo che il tasso di sintesi proteica nascente è strettamente legato alla disponibilità di ATP da mitocondriale e l'attivazione di AMPK (Figura 1).
In sintesi, l'utilizzo di epatociti primari del topo è fondamentale per indagare il metabolismo proteico ed energetico e quantificare la sintesi proteica nascente è prezioso per ottenere approfondimenti il ruolo fisiologico delle vie rilevanti per lo sviluppo e cura delle malattie relative dell'epatocita.