ここで提示するのは、重水素(2H)標識法を使用してヒトのin vivo脂肪組織動態を測定するためのプロトコルです。
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ここで提示するのは、重水素(2H)標識法を使用してヒトのin vivo脂肪組織動態を測定するためのプロトコルです。
白色脂肪組織は、全身のエネルギー恒常性を維持するために必要な高度に可塑性のある器官です。脂肪組織の質量と脂肪の質量または分布の変化は、脂肪細胞とトリアシルグリセロールの合成と分解(すなわち、ターンオーバー)の変化によって調節されます。脂肪形成が肥満および関連疾患の病因に関与しているため、皮下脂肪組織の拡張(すなわち、肥大と過形成)および代謝回転の方法と大きさが代謝の健康に影響を与える可能性があることを示唆する証拠があります。脂肪代謝回転が人間の健康に果たす潜在的な役割にもかかわらず、脂肪細胞の生体内動態に関する知識は不足しています。これは、部分的には、脂肪組織中の細胞の代謝回転速度が遅いことと、in vivoでそれらの代謝前駆体を直接標識することの実際的な複雑さによるものです。ここでは、重水素(2H)標識水の消費を通じて、ヒトの生体内脂肪動態と代謝回転率を測定する方法について説明します。プレ脂肪細胞および脂肪細胞のDNAのデオキシリボヌクレオチド部分に2Hを取り込むことで、細胞の形成と死(脂肪代謝回転)を正確に測定できます。全体として、これはin vivo脂肪動態を測定するための革新的なアプローチであり、他のin vitro評価とは大きく異なります。
肥満は、過剰な白色脂肪組織(AT)を特徴とする疾患であり、II型糖尿病および心血管疾患の発症の重大な危険因子です1。白色ATは、トリアシルグリセロール(TG)の形でエネルギーを蓄える高度に可塑性な器官であり、代謝恒常性2に不可欠です。白色ATは、成人期に拡大、縮小、およびリモデリングする能力を保持し3、AT質量は、脂肪細胞体積の動的変化(TG合成および分解による )、前脂肪細胞の増殖および分化 による 継続的な脂肪細胞形成(すなわち、過形成または脂肪形成)、および脂肪細胞死4によって決定されます。
証拠は、皮下AT代謝回転(例えば、脂肪細胞の形成と死亡)と心血管代謝の健康との間に重要な関連性があることを示唆しており5,6,7,8、そして肥満関連障害の病因における脂肪生成の役割は議論の余地があります4。しかし、ヒトにおけるin vivo ATの代謝回転については、ATの細胞成分の代謝回転速度が遅いことや、代謝前駆体をin vivoで直接標識することの複雑さなど、ほとんど知られていません。in vitro法はいくつかの洞察を提供してきましたが、これらのアプローチはATの自然環境内での包括的なin vivo評価を提供していません。
ヘラーシュタイン研究室9は、重水(2H2O)からの安定同位体重水素(2H)をAT(図1)10に取り込むことにより、in vivoATの代謝回転を評価する方法を開発した。マウスとヒトで検証されたこのプロトコルには、体水の2H濃縮を増加させるための2H2Oの初期ランプアップが含まれ、その後、安定したプラトーに近い濃縮値を維持するための適切な毎日の摂取が含まれます。2H2Oからの2H(すなわち、重水)は、脂肪細胞のDNA中のデオキシリボヌクレオチドのデオキシリボース(dR)部分に取り込まれ、質量分析および質量同位体分布分析(MIDA)の適用により、DNA中の同位体濃縮を測定する9,10,11 .DNA中のプリンデオキシリボヌクレオチドのデオキシリボース部分を安定同位体前駆体で標識することは、ピリミジンヌクレオチド塩基部分(例えば、3H-チミジンまたはブロモ-デオキシウリジン)による標識を含む方法など、従来の方法に比べていくつかの利点があります。注目すべきは、DNAの複製における塩基の内因性再取り込み、特にピリミジンの内因性再取り込みが、以前には標識取り込みの解釈を混乱させなかったことである12。さらに、安定同位体標識をdRに組み込んでも、3H(トリチウム)やブロモ-デオキシウリジンなどの放射性または遺伝毒性物質が組み込まれるのとは対照的に、遺伝毒性はありません。したがって、この手法を動物モデルや人間に長期間使用しても安全です。
2H標識DNA合成の測定は、細胞分裂のS期を通る細胞の通過を示し、新たに形成された前脂肪細胞および脂肪細胞(前脂肪細胞分化による)または脂肪生成13を同定する。代謝回転が速い細胞(単球など)は、DNAを迅速に置換し、2H濃縮でプラトーに達するため、アッセイの内部参照が提供されます。脂肪細胞からのDNAの2H濃縮と単球(参照細胞)のそれ、または統合体の2H2O測定の比により、新たに合成された脂肪細胞の割合を計算することができます。ここでは、このプロトコルは、2H代謝標識プロトコルを介してヒトにおけるインビボ脂肪細胞代謝回転(脂肪形成)速度を測定する方法を記載しており、これには、負の免疫選択を介して脂肪細胞を精製し、前脂肪細胞集団を濃縮する洗練された技術を含む14。
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ペニントン生物医学研究センターの治験審査委員会 (IRB) は、すべての手順を承認し (#10039-PBRC)、すべての被験者は書面によるインフォームド コンセントを提供しました。
1. 8週間 2H2O-ラベリング期間
注: 2H2Oラベリングプロトコルは、8週間のラベリング期間中、体水中の 2H濃縮を1.0%〜2.5%の範囲内でプラトーに近い状態に保ちます(図2)10。
2.ヒト被験者からの脂肪組織生検コレクション
3. 精製脂肪細胞の単離
4. 前脂肪細胞の単離
5.血液単球の単離
注:単球は、(ほぼ)完全にひっくり返った細胞集団を表すように分析され、単球における2H濃縮の測定は、各個体における2H2O曝露の参照マーカーとして使用することができる。あるいは、ボディの2H2O濃縮を測定し、2H2O曝露を計算するために使用することもできます。
6. DNA調製(単離、加水分解、誘導体化)
7. DNAのガスクロマトグラフィー-質量分析(GC-MS)分析
8. 新規に合成された細胞の分画、または in vivo 脂肪生成の計算
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2H2O標識プロトコル(セクション1)は、図2に示すように、8週間の標識期間10の期間中、体水中のプラトーに近い2H濃縮を1.0%〜2.5%の範囲に維持する。以前の研究では、セクション2〜8で詳述されているように、脂肪細胞のDNAに2Hを組み込むことにより脂肪動態を評価するために2H2O標識プロトコルを利用し、in vivo脂肪生成(前脂肪細胞増殖と脂肪細胞形成の両方)は、肥満の女性の皮下腹部(scABD)デポーと比較して皮下大腿骨(scFEM)で高かったと報告されました(図5)13.追加のデータは、皮下ATデポにおける前脂肪細胞および脂肪細胞形成率が、体脂肪全体の割合と正の関連があることを示しました(図6
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in vitro評価はATの自然環境を網羅していないため、白色AT代謝回転のダイナミクスと肥満および関連する代謝性疾患におけるその役割に関する新しい知識を提供するためには、in vivo評価が必要です。脂肪動態を評価するためのレトロスペクティブ放射性炭素年代測定法の使用は有益であるが 7,25、このアプローチは、前向き介入研究中の動的変化を捉えるのには適していない。2H標識法は、ヒトにおけるin vivo脂肪細胞の形成と代謝回転の生理学的測定を提供することが検証されており、他の評価とは大きく異なります。近年、このアプローチは、げっ歯類26とヒト13,27,28の両方における新規の脂肪動態を評価し...
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著者は、宣言する利益相反を持っていません。
著者らは、Pennington Biomedical Research Centerの質量分析コアに感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1-メチルイミダゾール | ミリポアシグマ | 336092 | |
| 2H2O | Sigma Aldrich | ||
| 無水酢酸 | Aldridge | 539996 | |
| ACK Lysing Buffer (赤血球溶解バッファー) | Quality Biological Inc (VWR) | 10128-802 | |
| Agilent 6890/5973 GC/MS | Agilent | ||
| Anti-human CD31 (PECAM-1) Biotin | Invitrogen | 13-0319-82 | |
| Anti-human CD34 Biotin | Invitrogen | 13-0349-82 | |
| Anti-human CD45 | BioLegend | 304004 | |
| Antibiotic Antimycotic Solution | MilliporeSigma | A5955 | |
| Collagenase type 1 | Worthington Biochemical株式会社 | LS004196 | |
| デオキシリボース(2-デオキシd-リボース) | ミリポアSigma | 31170 | |
| 酸化重水素 | ミリポアSigma | 756822 | |
| DB-225カラム(30m、0.25mm、0.25um) | J&W Scientific | 122-2232 | |
| ジクロロメタン (DCM) | MilliporeSigma | 34856 | |
| DNA standard (仔牛胸腺 DNA) | MilliporeSigma | D4764 | |
| Dneasy Blood and Tissue Kit (DNA extraction kit) | Qiagen | 69504 | |
| Easy Sep Human Biotin kit | Stem Cell Technologies | 17663 | |
| EasySep Human CD14 Positive Selectionカクテル | 幹細胞技術 | 18058C | |
| 酢酸エチル | フィッシャー | EX0241-1 | |
| ファルコン 5 mL 丸底ポリスチレン試験管 | VWR | 60819-295 | |
| Ficoll-Paque Plus | MilliporeSigma | GE17-1440-02 | |
| GC バイアル (2 mL) | フィッシャー | C-4011-1W | |
| GC バイアル インサート | フィッシャー | C-4011-631;C-4012-530 | |
| 氷酢酸 | フィッシャー | AC14893-0010 | |
| ガラス管(加水分解用) | フィッシャー | 14-959-35AA | |
| HEPES バッファー | サーモフィッシャー | 15630080 | |
| ハイクロン 水、分子生物学グレード | トーマス・サイエンティフィ | SH30538.02 | |
| MEM アルファ | フィッシャー・サイエンティフィック | 32561-037 | |
| PFBHA(o-(2,3,4,5,6)-ペナットフルオロベンジルヒドロキシルアミン塩酸塩) | ミリポアシグ | マ194484 | |
| pH指示薬ストリップフィ | ッシャー | 987618 | |
| ホスファターゼ酸 | カルバイオケム(VWR) | 80602-592 | |
| S1ヌクレアーゼ(麹菌由来) | ミリポアシグマ | N5661 | |
| 硫酸ナトリウム | ミリポアシグマ | 23913 |
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