この記事では、マウス妊娠中の鉄輸送の研究のために、トランスフェリン結合非放射性同位体鉄を調製および投与する方法を示します。胎児胎盤区画中の同位体鉄を定量するためのアプローチも記載されている。
方法論記事
この記事では、マウス妊娠中の鉄輸送の研究のために、トランスフェリン結合非放射性同位体鉄を調製および投与する方法を示します。胎児胎盤区画中の同位体鉄を定量するためのアプローチも記載されている。
鉄は妊娠中の母体と胎児の健康に不可欠であり、健康な妊娠を維持するために人間には約1gの鉄が必要です。胎児の鉄の供給は胎盤を横切る鉄の移動に完全に依存しており、この移動の摂動は妊娠に悪影響を与える可能性があります。マウスでは、胎盤を横切る鉄フラックスの測定は、伝統的に放射性鉄同位体に依存していましたが、これは非常に敏感ですが負担の大きいアプローチでした。安定鉄同位体(57Feおよび 58Fe)は、ヒトの妊娠研究で使用するための非放射性の代替物を提供します。
生理学的条件下では、トランスフェリン結合鉄は胎盤に取り込まれる鉄の主な形態です。したがって、 58Fe-トランスフェリンを調製し、妊娠中のダムに静脈内注射して、胎盤鉄輸送を直接評価し、交絡変数として母親の腸内鉄吸収をバイパスしました。同位体鉄は、誘導結合血漿質量分析(ICP-MS)によって胎盤およびマウス胚組織において定量された。これらの方法は、生理学または疾患の他の動物モデル系において、 in vivo 鉄動態を定量化するためにも使用することができる。
鉄は、成長と発達、エネルギー生産、酸素輸送など、さまざまな代謝プロセスに不可欠です1。鉄の恒常性の維持は、動的で調整されたプロセスです。鉄は十二指腸で食物から吸収され、鉄輸送タンパク質トランスフェリン(Tf)に結合して循環して体内を輸送されます。これは、酵素プロセスのためにすべての細胞によって利用され、新生赤血球のヘモグロビンに取り込まれ、マクロファージによって老化赤血球からリサイクルされます。鉄は過剰になると肝臓に貯蔵され、出血や細胞脱落によって体から失われます。循環中の鉄の量は、鉄の消費と供給のバランスの結果であり、後者は鉄の恒常性の中心的な調節因子である肝ホルモンヘプシジン(HAMP)によって厳しく調節されています1。ヘプシジンは、ユビキチン化を閉塞または誘導し、鉄輸出者フェロポーチン(FPN)を分解することにより、血中の鉄バイオアベイラビリティを制限する働きをします2。機能性FPNの減少は、食事中の鉄吸収の減少、肝臓での鉄隔離、およびマクロファージからの鉄リサイクルの減少につながります1。
ヘプシジンは、鉄の状態、炎症、赤血球生成ドライブ、および妊娠によって調節されている(3でレビュー)。鉄の恒常性は非常に動的であることを考えると、鉄プールと鉄の分布と回転率の合計を理解して測定することが重要です。動物実験は伝統的に放射性鉄同位体に依存していましたが、これは鉄のダイナミクスを測定するための非常に感度が高くて負担の大きいアプローチです。しかし、ここで紹介した研究4を含む最近の研究では、非放射性の安定な鉄同位体(58Fe)が妊娠中の鉄輸送を測定するために利用されています5,6,7,8,9。安定同位体は、栄養代謝を研究するための貴重なツールです(10でレビュー)。ヒトの研究における安定鉄同位体の使用は、i)妊娠の終わりに向かって鉄吸収が増加する5,6、ii)胎児への食事性鉄の移動は母親の鉄の状態に依存する7、iii)母親が摂取したヘム鉄は非ヘム鉄8よりも胎児に取り込まれやすい、iv)胎児への鉄の移動は母親のヘプシジンレベル8と負の相関があることを示した。9.これらの実験では、血清中の鉄同位体または赤血球への鉄同位体の取り込みを測定しました。ただし、赤血球に取り込まれた鉄の測定だけでは、真の鉄吸収を過小評価する可能性があります9。現在の研究では、ヘム鉄と非ヘム鉄の両方が組織で測定されています。
妊娠中、鉄は母体の赤血球量の拡大をサポートし、胎児の成長と発達をサポートするために胎盤を横切る移動に必要です11。胎児の鉄の供給は、胎盤を横切る鉄の輸送に完全に依存しています。ヒト12およびげっ歯類4,13の妊娠中、ヘプシジンレベルは劇的に減少し、胎児への移送のための血漿鉄の利用可能性を増加させる。
胎盤鉄輸送の基礎は、1950年代から70年代に放射性トレーサー(59Feおよび55Fe)を使用して最初に特徴付けられました。これらの研究により、胎盤を横切る鉄輸送は一方向であり14,15、二鉄トランスフェリンは胎盤と胎児の主要な鉄源であると判断されました16,17。胎盤鉄輸送の現在の理解はより完全ですが、いくつかの重要な鉄輸送体と調節メカニズムは不明のままです。マウスモデルは、主要な輸送体とメカニズムが非常に類似しているため、鉄の調節と輸送を理解するために不可欠でした18。ヒト胎盤とマウス胎盤の両方が血脈性であり、すなわち、母体血は胎児絨毛膜19と直接接触している。ただし、いくつかの顕著な構造上の違いがあります。
合胞体栄養膜は、母体と胎児の循環を分離し、鉄や他の栄養素を積極的に輸送する胎盤細胞層です20。ヒトでは、合胞体栄養膜は融合細胞の単層です。対照的に、マウス胎盤は、2つの合胞体栄養膜層21、Syn-IおよびSyn-IIからなる。しかしながら、Syn−IおよびSyn−IIの界面におけるギャップ結合は、層22、23間の栄養素の拡散を可能にする。したがって、これらの層は、ヒトの合胞体栄養膜と同様の単一の合胞体層として機能する。ヒト胎盤とマウス胎盤のさらなる類似点と相違点は、RossantとCross21によってレビューされています。胎盤鉄輸送は、母体血からシンシチオトロフォブラスト24の頂端側に局在するトランスフェリン受容体(TfR1)への鉄-Tfの結合によって引き起こされる。この相互作用は、クラスリンを介したエンドサイトーシスを介して鉄-Tf/TfR1のインターナリゼーションを誘導します25。その後、鉄は酸性エンドソーム26のTfから放出され、未決定のフェリレダクターゼによって第一鉄に還元され、まだ決定されていないトランスポーターによってエンドソームから細胞質に輸出されます。鉄が合胞体栄養膜内でどのようにシャペロン化されるかもまだ説明されていません。鉄は最終的に、合胞体栄養膜の基底面または胎児に面した表面に局在する鉄輸出者FPNによって胎児側に輸送される(27でレビュー)。
TfR1、FPN、およびヘプシジンの生理学的および病理学的調節が胎盤の鉄輸送にどのように影響するかを理解するために、安定鉄同位体を利用して、母体循環から胎盤および胚への鉄輸送をin vivoで定量しました4。この論文では、妊娠マウスへの同位体鉄トランスフェリンの調製と投与、ICP-MSのための組織の処理、および組織内の鉄濃度の計算方法を紹介します。in vivoでの安定鉄同位体の使用は、生理学的および病理学的鉄調節を調査するために、異なる動物モデルにおける鉄の調節および分布を調べるために適応させることができる。
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すべての動物のプロトコルと実験手順は、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の施設動物管理および使用委員会(IACUC)によって承認されました。
1. 58Fe-Tfの調製
注:プロトコルは 58Feを使用します。ただし、 57Feにも同じプロトコルを使用できます。どちらの同位体も、追加の予防措置なしに標準的な鉄化学物質として使用および廃棄できます。
2.時限マウス妊娠を設定します
3. E17.5妊娠マウスに 58Fe-Tfを静脈内投与する
4. ICP-MSによる定量的鉄分析のためのプロセス組織
5.データ分析
注:ICP-MSからのデータは、ng / mLまたはmg、ppbで 56Feおよび 58Fe濃度として提供されています(表1)。 56名Feは自然界で最も豊富な鉄同位体であり、その測定値は妊娠全体にわたる胎盤/胚への鉄の蓄積を反映していますが、 58Feの測定は注射後6時間に転移した鉄を反映しています。

図1:プロトコルの手順の視覚的な要約。 (a)58Fe-トランスフェリンの調製。(b)58Fe-トランスフェリンのインビボ投与。(C)組織の収集と保管。(D)ICP-MSによる金属種の定量のための胎盤および胚肝臓の処理。略語:Fe =鉄;NTA =ニトリロ三酢酸;Tf =トランスフェリン;PPS =タンパク質沈殿溶液;Sup =上清;TCA = トリクロロ酢酸;ICP-MS = 誘導結合プラズマ質量分析。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
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鉄輸送を測定するために安定鉄同位体を使用した以前の研究では、母体の鉄欠乏が胎盤鉄輸出者であるFPN4のダウンレギュレーションをもたらすことが示されました。FPNは唯一の既知の哺乳類鉄輸出物質であり、発生中にFPNが存在しないと、E9.5より前に胚死が発生します29。観察されたFPN発現の減少が胎盤鉄輸送の減少に機能的に翻訳されるかどうかを判断するために、 58Fe-Tfを妊娠中のダムに静脈内注射し、胎盤と胚の鉄を母体の鉄欠乏の存在下で定量しました。
胎盤の鉄輸送が母親の鉄の状態によってどのように影響を受けるかを理解するために、鉄欠乏症をマウスでモデル化しました4。雌のC57BL / 6マウスは、妊娠前および妊娠中の2週間、低鉄食(4ppmの鉄)または標準的な固形飼料(185ppmの鉄)に置かれました。この食事療法により、標準的な食事の動物と比較して、E12.5、E15.5、およびE18.5で母体の肝臓の非ヘム鉄と血清鉄...
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鉄は多くの生物学的プロセスにとって重要であり、体内でのその動きと分布は非常に動的で調節されています。安定鉄同位体は、鉄恒常性のダイナミクスを評価するための放射性同位元素の一貫した便利な代替品を提供します。プロトコルの重要なステップは、すべての組織の重量と体積を追跡することです。鉄は元素であるため、合成も分解もできません。したがって、すべての重量と体積を注意深く記録すれば、システム内のすべての鉄を計算によって説明することができます。記載されたように、この方法は、ヘム鉄源および非ヘム鉄源を区別するために使用することができる。しかしながら、鉄形態間のこの区別は必要ではなく、総鉄のみが測定される場合、プロトコルステップ4.2で説明したように、濃縮HNO3 のみで組織を処理することによってプロトコルを単純化することができる。組織、特に胎盤などの血管性の高い組織を分析前に灌流しない場合、血液の存在により組織のヘム鉄含有量が過大評価される可能性があることに注意することが重要です。
トランスフェリン結合鉄は、胎盤に取り込まれる鉄の主要な供給源であるため、研究のために選択されま...
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ENは、Intrinsic LifesciencesとSilarus Pharmaの科学共同創設者であり、Protagonist、Vifor、RallyBio、Ionis、Shield Therapeutics、Disc Medicineのコンサルタントです。VS は競合を宣言しません。
著者らは、UCLAのCNSIにあるUCナノテクノロジー環境影響センター内のICP-MS施設が、 58Fe測定のプロトコルの最適化を支援するために使用されていることを認めています。この研究は、NIH国立糖尿病・消化器・腎臓病研究所(NIDDK)(K01DK127004、VSへ)およびNIH国立小児保健人間発達研究所(NICHD)(R01HD096863、EN)の支援を受けた。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 58Fe-鉄金属 | Trace Sciences International | Fe-58 | |
| Amicon ultra-15 遠心フィルター、30 kDa カットオフ | Millipore Sigma | UFC903024 | |
| 遠心チューブ、15 mL | Fisher Scientific | 14-959-49B | |
| 遠心チューブ、50 mL | Millipore Sigma | CLS430829 | |
| 遠心分離機、Sorvall Legend Micro 17 マイクロ遠心分離機 | フィッシャーサイエンティフィ | 75002432 | |
| 遠心分離機、Sorvall Legend RT | |||
| デリケートタスクワイパー | フィッシャーサイエンティフィック | 06-666 | |
| :鉄欠乏症(4ppm鉄) | Envigo Teklad | TD.80396 | |
| :標準チャウ(185ppm鉄) | PicoLab | 5053 | |
| 30mm刃先 | で解剖はさみVWR | 25870-002 | |
| 鉗子 4-1/2 インチ長さ | マッケソン | 157-469 | |
| HEPES | フィッシャー サイエンティフィック | BP310-500 | |
| ホモジナイザー、バイオジェン PRO200 | PROScientific | 01-01200 | |
| ヒト アポ トランスフェリン (apo-Tf) | Celliance | 4452-01 | 販売終了、代替品: ミリポア 616419 |
| 塩酸 (HCl) | フィッシャーサイエンティフィック | A144S-500 | |
| 過酸化水素(H2O2)、水中の35重量%溶液 | コールパー | マーEW-88216-36 | |
| インスリン注射器、BD低用量U-100 | ッシャーサイエンティフィック | 14-826-79 | |
| イソフルラン | VETone | 502017 | |
| イソフルラン気化器 | サミット麻酔ソリューション | ||
| 金属ヒートブロック | フィッシャーサイエンティフィック | ||
| フラットスクリューキャップ付きマイクロ遠心チューブ | VWR | 16466-064 | |
| マイクロ遠心チューブ 1.5 mL ローリテンション | フィッシャーサイエンティフィック | 02-681-320 | |
| マイクロ遠心チューブ 2.0 mL ローリテンション | フィッシャーサイエンティフィック | 02-681-321 | |
| Millex-GPシリンジフィルターユニット、0.22 µm、ポリエーテルスルホン、33 mm、ガンマ線滅菌 | ミリポア シグ | マ SLGP033RS | |
| ニトリロ三酢酸 (NTA) | シグマ | 72560-100G | |
| ニードル 25 G x 5/8 インチ 皮下注射 一般用 | フィッシャー・サイエンティフィック | 14-826AA | |
| pH ストリップ、プラスチック pH5.0-9.0 | フィッシャー・サイエンティフィック | 13-640-519 | |
| カミソリの刃 0.22 mm | VWR | 55411-050 | |
| スケール (g) | メトラー・トレド | PB1502-S | |
| スケール (mg) | メトラー・トレド | 天びん XS204 | |
| 重曹 (NaHCO3) | Sigma | S5761-500G | |
| 塩化ナトリウム (NaCl) | Fisher Scientific | S671-3 | |
| 水酸化ナトリウム (NaOH) | Fisher Scientific | SS266-1 | |
| 滅菌シリンジ、スリップチップ (1 mL) | Fisher Scientific | 309659 | |
| トリクロロ酢酸 (TCA) | Fisher Scientific | A322-500 | |
| Software | |||
| ImageLab | Bio-Rad | ||
| SigmaPlot | Systat |
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