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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
지방세포는 갓 태어난 마우스의 견갑골 간 갈색 지방 조직의 기질 혈관 분획에서 분리하여 지질 방울을 축적하고 분자 마커를 발현하며 성숙한 갈색 지방세포의 미토콘드리아 형태를 보여주는 세포로 분화합니다. 이러한 세포는 면역 형광 및 투과 전자 현미경으로 추가로 분석됩니다.
갈색 지방 조직(BAT)은 포유류에만 존재하며 발열 기능이 있습니다. 갈색 지방세포는 여러 개의 지질 방울이 있는 다엽 세포질, 중심핵, 높은 미토콘드리아 함량 및 결합 해제 단백질 1(UCP1)의 발현을 특징으로 합니다. BAT는 대사 에너지를 열로 발산하는 능력으로 인해 비만 및 관련 대사 장애에 대한 잠재적인 치료 대상으로 제안되었습니다. BAT 기능 및 조절을 연구하기 위해서는 갈색 지방세포 배양이 필수적입니다. 본 프로토콜은 신생아 마우스에서 갈색 지방 세포를 배양하기 위해 조직 처리 및 세포 분화를 최적화합니다. 또한 confocal immunofluorescence 및 transmission electron microscopy를 사용하여 분화된 지방세포를 이미징하는 절차를 보여줍니다. 본 명세서에 기술된 기법으로 분화된 갈색 지방세포에서는 높은 UCP1 수준, 미토콘드리아 질량 증가, 지질 방울과 미토콘드리아 사이의 매우 밀접한 물리적 접촉을 포함하여 기존 BAT의 주요 특징이 보존되어 이 방법을 BAT 연구에 유용한 도구로 만듭니다.
백색과 갈색 지방 조직은 해부학적 위치, 세포 기원, 기능, 형태 및 총 질량이 다릅니다. 백색 지방 조직(WAT)은 신체의 주요 생리적 에너지 저장소이며, 세포 부피의 대부분을 차지하는 단일 거대 지질 방울이 있는 고도로 전문화된 세포에 다량의 트리아실글리세롤(TAG)을 저장합니다1. TAG 지방 분해는 유리 지방산을 방출하여 단식 또는 기타 음의 에너지 균형 상태에서 에너지 수요를 충족시키기 위해 전신 순환에 들어갑니다. 또한 WAT는 대사, 면역 및 생식 조절 기능을 가진 아디포카인과 리포카인이라고 하는 단백질 및 지질 제품을 각각 분비하므로 WAT는 신체에서 가장 큰 내분비 조직입니다2.
갈색 지방 조직(BAT)은 저체온증을 예방하기 위해 떨리지 않는 열발생을 주요 생리적 기능으로 하는 훨씬 작은 장기입니다. 생쥐와 신생아에서 BAT는 견갑간 공간에 위치한 잘 정의된 장기입니다. 성인은 견갑간 BAT(iBAT)가 없습니다. 그럼에도 불구하고, 그들은 대부분 WAT를 구성하는 저장소에 통합된 갈색 지방세포와 같은 세포의 클러스터를 발달시킵니다. 이러한 "갈색-백색"(brite) 지방세포는 기존의 iBAT 지방세포와 형태학적 및 분자적 특징을 공유하지만 세포 기원은 다릅니다 3,4.
백색 지방세포와 대조적으로, 갈색 지방세포는 여러 개의 작은 지질 방울과 풍부한 미토콘드리아를 가지고있다 5. 분리 단백질 1(UCP1, 열원소라고도 함)은 갈색 및 영국산 지방 세포에 의해 고유하게 발현되며 내부 미토콘드리아 막(IMM)에서 양성자 누출을 매개하여 ATP 합성에서 전자 수송을 분리하고 열을 생성합니다. BAT에서 떨리지 않는 열발생은 노르에피네프린(NE)에 의해 활성화되며, 노르에피네프린은 차가운 자극에 대한 반응으로 BAT의 교감신경 말단에서 방출된다6. NE는 갈색 지방세포 표면의 베타 아드레날린 수용체(대부분 베타 3)에 결합하여 세포 내 cAMP 매개 신호 전달 캐스케이드를 유발합니다. 그 결과 TAG 지방 분해, 미토콘드리아 지방산의 베타 산화 및 UCP1 활성화시 열 생성이 발생합니다3. 갈색 지방세포에서 지질 방울과 미토콘드리아 사이의 밀접한 기능적 관계는 크고 매우 밀접한 물리적 접촉을 갖는 영역에서 이러한 소기관 간의 상호 작용과 같은 구조적 유사성을 가지고 있습니다 7,8.
아이밧은 풍부한 혈관과 교감신경 말단을 가지고 있다9. 이러한 구조는 지방세포, 면역세포, 섬유아세포 및 세포외 기질 분자와 함께 지방이 풍부한 기질 혈관 분획(SVF)을 구성합니다10. 많은 프로토콜이 지방세포(preadipocyte) 11,12,13,14,15로부터 성숙한 지방세포를 생성하는 것으로 보고되었다(보충 표 1); 그럼에도 불구하고, 그들은 조직 처리 및 분화 배양 배지의 구성에서 극단적인 변화를 나타냅니다. 본원에 기술된 프로토콜은 (1) 주요 지방생성 전사 인자인 과산화시좀 증식제 활성화 수용체 감마(PPARγ) 및 CCAAT/인핸서-결합 단백질 알파(C/EBPα)를 발현하고, (2) 성숙한 지방세포 마커인 페리리핀1(PLIN1) 및 클러스터 결정인자 36(CD36)을 발현하고, (3) 풍부한 지질 방울을 축적하고, (4) 높은 미토콘드리아 질량 및 높은 풍부의 OXPHOS 복합체를 갖는 갈색 지방세포의 효율적이고 재현 가능한 분화를 가능하게 하며, (5) 높은 수준의 UCP1에 의해 결정되는 열발생 전위가 있고 (6) 성숙한 갈색 지방세포의 표현형과 관련된 미토콘드리아 형태학적 변화가 있습니다. 이 방법론은 일반화된 지방이영양증 15,16,17의 기초가 되는 분자 메커니즘을 연구하는 데 사용됩니다.
동물 시술은 Pontificia Universidad Católica de Chile의 Institutional Animal Care and Use Committee에서 승인했습니다. C57BL/6J 및 129J 균주의 혼합 배경에서 파생된 남녀 모두의 P0.5 신생아 마우스가 이 연구에 사용되었습니다.
1. 조직 추출
2. 조직 소화
3. 조직 가공
참고: 분해 후 클래스 II 층류 조직 배양 후드에서 다음 단계를 모두 수행하십시오.
4. 기질 혈관 분획(SVF) 배양
5. Adipogenic 분화
6. 세포 균질액 제조
7. 서쪽 blotting
8. 고해상도 이미징
지방 형성은 갈색 지방 세포 형성을 유도하고 기능하는 주요 단백질의 발현을 담당하는 전사 인자 네트워크에 의해 조절됩니다22 PPARγ 및 C/EBPα 23,24,25와 같은 고전적인 지방 생성 조절제와 성숙한 지방 세포의 마커를 포함합니다 26,27. 열발생 갈색 지방 표현형의 획득을 허용하는 로시글리타존의 다양한 농도를 테스트함으로써, 본원에 기술된 방법은 신생아 P0.5 마우스의 iBAT의 SVF에 존재하는 지방세포를 성숙한 갈색 지방세포로 분화할 수 있도록 한다. 유도 및 유지 배지에 5μM 로시글리타존을 첨가하면 이 PPARγ 작용제(1nM)의 농도가 더 낮았던 것에 비해 분화 7일째에 지방 형성 조절제와 UCP1의 단백질 수준이 현저히 증가했습니다(그림 3). 미분화 지방세포(0일)는 매우 낮거나 검출할 수 없는 수준의 PPARγ, C/EBPα, PLIN1 및 CD36을 나타냅니다. 대조적으로, 이러한 마커는 분화 7일째에 유의하게 높았습니다(그림 4A-F). 이전에 발표된 결과15와 일치하게, 갈색 지방세포는 분화 프로토콜 전반에 걸쳐 여러 지질 방울을 축적했습니다(그림 5).
미토콘드리아 질량은 갈색 지방 형성 동안 증가하며 지질 방울 축적과 밀접한 관련이 있다28. 본 프로토콜은 분화 7일차에 미토콘드리아 질량 마커 TOM20(그림 6) 및 OXPHOS 복합체(그림 7) 단백질 수준을 현저하게 증가시켰습니다. UCP1은 성숙한 갈색 지방세포에서 높게 발현되며 이 세포 유형29의 진정한 마커입니다. 그림 6에서 볼 수 있듯이 UCP1은 미분화 지방세포(0일)에서 검출되지 않았지만 분화 7일째에 눈에 띄게 증가했습니다.
갈색 지방생성 분화는 미토콘드리아 형태의 변화 및 다른 세포소기관과의 물리적 연관성과 관련이 있다1 5,30. 그림 8에서 볼 수 있듯이 미토콘드리아는 0일째에 길쭉한 관 모양에서 7일째에 "둥글다" 또는 "콩 같은" 모양으로 진화했습니다(그림 8A,B). 미토콘드리아 내부 구조는 또한 지방 형성에 의해 변형되어 평행하게 포장된 크리스타의 밀도가 높아졌습니다. 중요한 것은 미토콘드리아가 분화된 갈색 지방세포의 지질 방울과 밀접하게 연관되어 있었기 때문에 미토콘드리아의 외막과 지질 방울 표면 사이의 식별 가능한 거리는 고해상도 투과 전자 현미경으로도 감지할 수 없었다는 것입니다(그림 8C,D).

그림 1: iBAT의 SVF에서 1차 배양된 지방세포의 생성. 지방세포-함유 SVFs는 신생아(P0.5) 마우스의 견갑간 지방 조직으로부터 수득하였다. 견갑골 간 갈색 지방 조직은 콜라겐분해효소 II형 소화 완충액으로 절단하였다. 혈액 세포를 ACK 완충액으로 용해시켰다. SVF에 포함된 지방세포는 24웰 플레이트에 파종되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 1차 배양 지방세포에서 지방형성 유도. SVF 세포가 밀도에 도달하면 유도 매체로 지방 형성을 유도했습니다. 분화 3일째에, 이 배지는 7일째까지 유지 배지로 교체되었습니다. 약어: DMEM-F12 = Dulbecco's Modified Eagle Medium/Nutrient Mixture F-12; FBS = 소 태아 혈청; DEX = 덱사메타손; IBMX = 이소부틸메틸크산틴; RSG = 로시글리타존; T3 = 트리요오드티로닌. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 1nM 또는 5μM 로시글리타존으로 분화된 분화된 갈색 지방세포에서 PPARγ, C/EBPα 및 UCP1의 단백질 수준. (A) 분화 7일째의 지방성 조절인자와 UCP1의 대표적인 면역블롯 이미지. (B) PPARγ, (C) C/EBPα 및 (D) UCP1 단백질 수준의 면역블롯 정량화; 빈쿨린 수준으로 정규화됨(실험 조건당 n = 4). 1 nM 대 5 μM 로시글리타존으로 처리된 지방세포 간의 평균 ± SD. ***p < 0.001 및 ****p < 0.0001로 표현된 결과. p-값은 스튜던트 t-검정을 사용하여 계산되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 분화된 갈색 지방세포에서 갈색 지방형성 조절인자와 성숙한 지방세포 마커의 단백질 수준. (A) 분화 0일째 및 7일째에 분화된 갈색 지방세포의 PPARγ, C/EBPα, PLIN1 및 CD36의 대표적인 면역블롯 이미지. (B) PPARγ, (C) C/EBPα, (D) PLIN1 및 (E) CD36 단백질 수준의 면역블롯 정량화; vinculin 수준으로 정규화됩니다 (분화 일당 n = 4). 결과는 평균 ± SD로 표현되었습니다. **p 는 미분화(0일)와 분화된 갈색 지방세포(7일) 사이에서 0.01을 <. p-값은 스튜던트 t-검정을 사용하여 계산되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 분화된 갈색 지방 세포에 의한 지질 방울의 축적. BODIPY(녹색) 및 PLIN1(빨간색)을 사용한 중성 지질의 염색과 분화 0일차 및 7일차에 갈색(사전)지방세포에서 Hoechst 33342(파란색)를 사용한 핵의 염색을 보여주는 대표적인 면역형광 이미지. (A) 갈색 지방세포, 분화 0일차. (B) 갈색 지방 세포, 분화 7일째. 눈금 막대: 20 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6: 분화된 갈색 지방세포에서 미토콘드리아 질량 및 열발생 마커의 단백질 수준. (A) 분화 0일째 및 7일째의 TOM20 및 UCP1의 대표적인 면역블롯 이미지. (B) UCP1 및 (C) TOM20 단백질 수준의 면역블롯 정량화; 빈쿨린 수준으로 정규화됩니다(차등 일당 n = 4). 결과는 미분화(0일)와 분화된 갈색 지방세포(7일) 사이에서 평균 ± SD. *p < 0.05였습니다. p-값은 스튜던트 t-검정을 사용하여 계산되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 7: 분화된 갈색 지방세포에서 OXPHOS subunit의 단백질 수준. (A) 분화 0일차 및 7일차의 대표적인 OXPHOS 면역블로팅. (B) 복합체 I, 소단위 NDUFB8, (C) 복합체 II, 소단위체 30, (D) 복합체 III, 소단위 코어, (E) 복합체 IV, 소단위체 I, (F) ATP 합성효소, 소단위 α의 면역블롯 정량화; vinculin 수준으로 정규화됩니다 (분화 일당 n = 4). 미분화(0일)와 분화된 갈색 지방세포(7일) 사이에서 평균 ± SD. *p < 0.05, **p < 0.01 및 ***p < 0.001로 표현된 결과. p-값은 스튜던트 t-검정을 사용하여 계산되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 8: 분화된 갈색 지방세포의 미토콘드리아 형태. 분화 0일차와 7일차에 투과 전자 현미경의 대표 이미지. (ᅡ,나) 분화 0일째의 갈색 지방세포; 배율: 각각 4,200x 및 16,500x. (씨,디) 분화 7일째에 갈색 지방세포; 배율: 각각 8,500x 및 28,000x. 약어 : LD = 지질 방울; M = 미토콘드리아. 눈금 막대: (A) = 5 μm; (B,C) = 1μm; (D) = 500nm입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
표 1: 완충액 및 배지 준비. 콜라겐분해효소 II형 소화 완충액: 멸균 탈이온수로 준비하고, 여과하고, 생물안전 캐비닛에서 분주합니다. 장기 보관의 경우 -20 °C에서 유지하고 사용 직전에 해동하는 것이 좋습니다. 배양 배지: pH 7.2로 조정. 보관을 위해서는 4 °C에서 유지하는 것이 좋습니다. 유도 및 유지 매체 : DMEM-F12, 10 % FBS, 1 % 항생제 - 항진균제, pH 7.2로 제조. 이 두 매체는 모두 사용 직전에 새로 준비해야 합니다. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 표 1: 보고된 다양한 연구에서 사용된 분화 매체의 비교. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
저자는 밝힐 것이 없습니다.
지방세포는 갓 태어난 마우스의 견갑골 간 갈색 지방 조직의 기질 혈관 분획에서 분리하여 지질 방울을 축적하고 분자 마커를 발현하며 성숙한 갈색 지방세포의 미토콘드리아 형태를 보여주는 세포로 분화합니다. 이러한 세포는 면역 형광 및 투과 전자 현미경으로 추가로 분석됩니다.
자금은 FONDECYT (1181214 및 1221146)와 Anillos (ACT210039)가 VC 및 박사 장학금, ANID 21171743는 AMF에, ANID는 FS에 21150665 제공했습니다. Alejandro Munizaga에게 샘플 처리에 도움을 주고 투과 전자 현미경에 대한 기술적 조언을 해준 것에 대해 감사드립니다. 일러스트레이션은 BioRender를 사용하여 제작되었습니다.
| 10x Tris/Glycine Buffer | BioRad | 1610734 | |
| 16% 파라포름알데히드 수용액 | 전자 현미경 과학 | 15710 | |
| 35mm TC 처리 Easy-Grip Style Cell Culture Dish | Falcon | 353001 | |
| 3-Isobutyl-1-methylxanthine (IBMX) | Calbiochem | 410957 | |
| 40% 아크릴아미드/비스 용액, 37.5:1 | BioRad | 1610148 | |
| 6웰 플레이트 | SPL 생명과학 | - | |
| 96 웰 광학 블랙 w/뚜껑 세포 배양 멸균 | Thermo Scientific | 165305 | |
| AccuRuler RGB Plus Pre-stained Protein Ladder | Maestrogen | 02102-250 | |
| ACK 용해 버퍼 | Gibco | A10492-01 | |
| 과황산암모늄 | BioRad | 1610700 | |
| 항생제-항진균제 | Gibco | 15240062 | |
| 항-마우스 IgG, HRP 연계 항체 | 세포 신호 | 7076 | |
| 항-토끼 IgG, HRP 연계 항체 | Cell Signaling | 7074 | |
| 블로팅 등급 차단제 | BioRad | 170-6404 | |
| 보디피 493/503 | Invitrogen | D3922 | |
| BSA | Sigma | A1470 | |
| C/EBPα 항체 | 세포 신호 | 2295 | |
| CaCl2 | Calbiochem | 208291 | |
| CD36 항체 | Invitrogen | PA1-16813 | |
| Cell Strainer 100 µ m, 나일론 | Falcon | 352360 | |
| 셀 스트레이너 40 &마이크로; m, 나일론 | Falcon | 352340 | |
| Collagenase type II | Gibco | 17101-015 | |
| Cytation 5 Cell Imaging Multimode Reader | Biotek | ||
| Dexamethasone | Sigma | D4902 | |
| DMEM/F-12, 분말 | Gibco | 12500062 | |
| EMBed-812 EMBEDDING KIT (Epon) | Electron Microscopy Sciences | 14120 | |
| 에탄올 절대 | Merck | 100983 | |
| 태아 소 혈청 | Gibco | 16000-044 | |
| 젤라틴, 차가운 물 물고기 피부에서 추출한 Sigma | G7041 | ||
| Glucose | Gibco | 15023-021 | |
| 글루타르알데히드 25% 수용액 | 전자 현미경 과학 | 16210 | |
| 염소 항-토끼 IgG (H+L) 교차 흡착 2차 항체, Alexa Fluor 594 | Life Technologies | A11012 | |
| Halt Phosphatase Inhibitor Cocktail 100X | Thermo Scientific | 78427 | |
| Halt Protease 억제제 칵테일 100X | Thermo Scientific | 78429 | |
| Hoechst 33258 | Invitrogen | H1398 | |
| Immun-Blot PVDF 멤브레인 | BioRad | 1620177 | |
| 인도메타신 | 시그마 | I7378 | |
| 인슐린 | 시그마 | I3536 | |
| KCl | Calbiochem | 529552 | |
| KH2PO4 | Calbiochem | 529568 | |
| KHCO3 | Sigma | 60339 | |
| 레인 마커 감소 샘플 버퍼 | Thermo Scientific | 39000 | |
| MgSO4 | Sigma | M2643 | |
| MilliQ 물 살균 | - | - | |
| Mitoprofile Total OXPHOS Rodent WB 항체 칵테일 | Abcam | MS604 | |
| NaCl | 머크 | 1064041000 | |
| 옴니퍼 10x PBS 액체 콘센트레이트 | Calbiochem | 6505-OP | |
| 오스뮴 테트록사이드 | 전자 현미경 과학 | 19100 | |
| 페리리핀 1 항체 | 세포 신호 | 9349 | |
| PPARγ (81B8) 항체 | 세포 신호 | 2443 | |
| RIPA 완충액 용해 | Thermo Scientific | 89901 | |
| Rosiglitazone | Merck | 557366 | |
| 중탄산나트륨 | Sigma | S5761 | |
| 소듐 카프딜레이트 | 전자 현미경 과학 | 12300 | |
| 소듐 도데실 설페이트 | BioRad | 1610301 | |
| T3 | Sigma | T6397 | |
| Talos F200C G2 | Thermo Scientific | ||
| TEMED | BioRad | 1610800 | |
| TOM20 항체 | 세포 신호 | 42406 | |
| Tris Buffered Saline (TBS-10X) | 세포 신호 | 12498 | |
| Triton X-100 | Sigma | 93443 | |
| Trypsin-EDTA (0,25%) | Gibco | 25200056 | |
| Tween 20, 분자 생물학 등급 | Promega | H5152 | |
| UCP1 항체 | 세포 신호 | 14670 | |
| Ultracut R | Leica | ||
| Uranyl 아세테이 | 트 전자 현미경 과학 | 22400 | |
| Westar Sun | 시아너젠 | XLS063 | |
| 웨스타 초신성 | 시아나겐 | XLS3 |