이 프로토콜은 지방세포 특이적 CD63-GFP 리포터 마우스 라인을 사용하여 지방세포 유래 세포외 소포(EV)의 분비를 시각화하고 정량화하며, 전구세포에 의한 흡수를 입증하여 지방 조직 내 파라크린 경로를 밝혀냅니다.
방법 논문
이 프로토콜은 지방세포 특이적 CD63-GFP 리포터 마우스 라인을 사용하여 지방세포 유래 세포외 소포(EV)의 분비를 시각화하고 정량화하며, 전구세포에 의한 흡수를 입증하여 지방 조직 내 파라크린 경로를 밝혀냅니다.
지방세포는 단백질, 지질, 핵산이 풍부한 EV를 상당량 분비하는 활성 내분비 세포로 점점 더 인식되고 있습니다. 그러나 EV 분비 메커니즘과 다양한 생물학적 맥락에서의 EV 방출 역학은 완전히 이해되지 않았습니다. 이 격차를 해소하기 위해, 우리는 GFP 표지 CD63의 발현이 아디포넥틴 프로모터에 의해 구동되는 새로운 지방세포 특이적 CD63-GFP 리포터 마우스 계통을 개발하여, 생체 내에서 AdEVs의 선택적 표지 및 추적이 가능해졌습니다. 이 리포터 모델을 사용하여 우리는 지방 조직 내 AdEV의 분비와 이를 APC로 전달하는 과정을 조사했습니다. 공초점 영상과 유세포 분석 결과, AdEV가 APC에 의해 적극적으로 흡수된다는 사실이 밝혀져, 지방 미세환경 내에서 파라크린 소통의 기전이 과소평가되었음을 강조합니다.
생 체 내 연구를 보완하기 위해, 분화된 지방세포의 EV 분비를 직접 모니터링할 수 있는 시험관 내 시스템이 구축되었습니다. APC는 리포터 마우스의 피하 백색 지방 조직에서 분리되어 성숙한 지방세포로 분화하도록 유도하였다. 이 세포들에서 CD63-GFP 신호는 이산된 지점으로 관찰되었으며, EV 분비가 억제될 때 원형질막에서 농축되었는데, 이는 차단된 방출 시 소포 축적과 일치합니다. 정상적인 성장 조건에서 배양지에 분비된 EV는 농축된 후 크기 배제 크로마토그래피를 사용해 정제하여 후속 기능 및 생화학적 분석을 가능하게 했습니다.
이 플랫폼은 부고체 백색 및 갈색 지방 조직과 같은 다른 지방 저장소에서 유래한 APC에 적용하거나, 저장소별 지방세포로 구분하여 서로 다른 지방세포 유형 간 EV 분비를 비교할 수 있게 합니다.
이 방법들은 함께 강력한 유전 도구와 상호 보완적인 시험관 내 시스템을 도입하여 AdEV 분비 및 표적 역학을 분석합니다. 이러한 진전은 지방 내 세포 간 소통에 대한 조명을 제공하며, AdEV가 건강과 질병에 미치는 광범위한 대사 영향을 이해하는 데 기반을 다집니다.
지방 조직은 전신 에너지 항상성(1,2,3,4,5)에서 핵심적인 역할을 하는 역동적인 내분비 기관으로 점점 더 인식되고 있습니다. 지방 세포는 고전적인 지질 저장 저장소 기능을 넘어 전신 인슐린 감수성을 조절하며, 지방 질량의 교란—과잉 또는 결핍—은 인슐린 저항성과 대사 질환과 연관되어 있습니다 6,7,8,9. 이러한 조절 능력에 기여하는 한 가지 메커니즘은 분비 인자를 통한 세포 간 소통입니다. 아디포카인은 지방 조직 10,11,12,13,14,15,16,17,18에서 주요 내분비 신호로 잘 알려져 있지만, 지방세포는 또한 지질, 단백질, 핵산, 대사산물을 포함하는 막 결합 입자인 세포외 소포(EV)를 상당수 방출합니다. 지방세포 분비 전기(AdEV)도 다른 유형의 전기차처럼 글리칸을 운반하는지는 아직 불분명하다. 지방세포는 EV의 주요 공급원임이 입증되었으며, 약 80%의 순환 외계체 마이크로RNA가 마우스 모델에서 지방세포에서 유래한다는 것이 입증되었습니다. 이는 지방세포 특이적 Dicer 녹아웃 마우스를 기준 조건25에서 입증했습니다. AdEVs가 대사, 염증, 인슐린 감수성, 지방 생성에 미치는 역할은 보고되었으나, 아직 완전히 이해되지 않았습니다 26,27,28,29. 특히 다른 세포 유형 및 기관과의 교차 교류를 매개하는 잠재적 기능은 아직 대부분 알려지지 않았습니다. 26개의 EVs 풍부도는 이들이 국소 및 전신 신호 전달에서 중요한 역할을 할 수 있음을 시사하지만, AdEVs의 생물학적 중요성과 작용 기전은 아직 거의 탐구되지 않았습니다. 이러한 지식 격차는 AdEV의 분비와 기능을 연구하기 위한 견고하고 전문화된 방법의 필요성을 강조합니다.
이 격차를 해소하기 위해 우리는 Adiponectin-Cre 마우스와 Stopfl/fl/CD63-GFP 마우스(균주#:036865, JAX)를 교배하여 지방세포 특이적 CD63-GFP 마우스(AdipCD63-GFP)를 생성하였습니다. Cre가 없을 때 CD63-GFP를 발현하지 않은 스톱fl/fl/CD63-GFP 형제를 대조군으로 사용하였다. CD63-GFP 리포터 균주는 내피 및 신경세포 유래 EV를 포함하여 생체 내에서 세포 유형 특이적 EV를 추적하는 데 성공적으로 사용되었습니다30,31. 아디포넥틴은 성숙한 지방세포에서만 발현되며 지방세포 전구세포(APCs)에서는 발현되지 않으며, CD63은 EVs의 표지자이기 때문에, 순환과 조직에서 검출되는 GFP+ EVs는 AdEVs로 특이적으로 식별할 수 있습니다. 따라서 본 연구에서는 APC 내에서 검출된 GFP+ EV를 이 전구세포에 의해 흡수된 AdEV로 해석합니다. 이 리포터 시스템은 생체 내외에서 소포 방출과 잠재적 표적 상호작용을 직접 모니터링할 수 있게 하여, 다른 세포 유형의 지방 조직 내 AdEV 연구를 가능하게 합니다. 중요한 점은, AdEV는 다른 세포 유형에 비해 지질이 특히 풍부하여 부력이 높고 취약하며 전통적인 초원심분리 방법으로는 회수가 어렵다는 것입니다 35,36,37. 강한 원심력은 이러한 소포를 손상시키거나 상당한 샘플 손실과 오염을 초래하여 하류 분석을 복잡하게 만들 수 있습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 우리는 여러 차례의 저속 원심분리 단계와 크기 배제 크로마토그래피를 결합한 워크플로우를 최적화하여 전단 응력을 최소화하고 소포의 완전성을 유지하며 순도와 수율을 개선하여 정확한 정량화와 기능 연구를 가능하게 했습니다. CD63-GFP 시스템과 이 최적화된 분리 파이프라인은 지방 조직 교차 반응 및 전신 대사 조절에서 AdEV 분비와 기능을 탐구하는 접근성 있고 재현 가능한 접근법을 제공합니다.
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알버트 아인슈타인 의과대학의 동물 관리 및 사용 지침에 따라, 수컷 쥐는 22°C, 상대 습도 30-70%에서 12시간 빛/12시간 어둠 주기로 그룹에 배치되었고, 음식과 물을 자유 롭게 섭취할 수 있었으며, C57BL/6J 배경에서 유지되었습니다.
1. APC에 의한 흡수를 통한 분비된 AdEV의 생체 내 검출
2. 분비된 AdEV의 시험관 내 검출 및 분석
3. 안전 및 폐기물 정보
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공초점 현미경을 통한 APC 흡수를 통한 AdEV 검출 프로토콜을 사용하여, 우리는 AdipCD63-GFP 및 Stopfl/fl/CD63-GFP 마우스의 서하니 지방 조직에서 APC를 분리하고 핵을 시각화하기 위해 DAPI로 염색했습니다. 공초점 현미경으로 검사한 Stopfl/fl/CD63-GFP 마우스의 APC는 검출 가능한 GFP 지점이 없었습니다(그림 1A). 반면, AdipCD63-GFP 마우스에서 분리된 APC는 세포질 전반에 걸쳐 다수의 독특한 GFP 점점을 보였습니다(그림 1B). GFP 신호는 CD63-GFP 라벨이 성숙한 지방세포에서만 발현되고 APCs에서는 발현되지 않는 아디포넥틴 프로모터에 의해 구동되기 때문에 APCs에 의한 AdEVs의 흡수를 보여줍니다. 이...
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설명된 프로토콜은 AdEV와 APC에 의한 흡수를 분리하고 특성화할 수 있는 견고하고 재현 가능한 시스템을 제공함으로써 중요한 방법론적 공백을 메운다. 다른 원료의 EV와 비교할 때, AdEV는 지질이 더 풍부하고 부력이 높아, 고전적인 초원심분리 기반 EV 격리 기술의 효율성이 떨어집니다. 그러나 대부분의 AdEV 정제 프로토콜은 여전히 초원심분리에 의존하고 있으며, 이는 소포 형태에 영향을 미치고 EV 응집체를 유발하며 단백질 오염을 유발할 수 있습니다37,44. 저희 프로토콜은 대신 직렬 저속 원심분리(≤ 4,000 × g)와 크기 배제 크로마토그래피(SEC)를 결합하여 AdEV를 정제합니다. 유사한 직렬 원심분리-SEC 방법은 비지방세포 EV에서도 수율과 순도 향상으로 검증되었습니다
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저자들은 재정적 이익을 선언할 권리가 없습니다.
FACS를 제공해 준 아인슈타인 유동 세포 분석 센터와 모든 영상 분석을 제공해 준 분석 영상 시설에 감사드립니다. 이 연구는 국립보건원(NIH)의 보조금과 NCI 암센터 지원 보조금의 DK128839 P30CA013330 부분적으로 지원받았습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 0.5 M EDTA, pH 8.0 | 피셔 | AM9260G | 500배 희석 |
| 10배 PBS | 피셔 사이언티브 | 70-013-032 | 물을 넣어 1000배 희석 |
| 1 M 헤페스 | 깁코 | 15630080 | 1000배 희석 |
| 지방 조직 전구체 분리 키트, 마우스 | 밀텐이 바이오텍 | 30-106-639 | 사용 준비 완료 |
| 아미콘 울트라 원심 필터, 100 kDa MWCO | 시그마 | UFC9100 | 15 mL 샘플 부피 |
| 아미콘 울트라 원심 필터, 100 kDa MWCO | 시그마 | UFC9100 | 4 mL 샘플 부피 |
| BSA | 시그마 | A6003 | 사용 준비 완료 |
| 칼넥신 항체 | 칼넥신 | AB22595 | 1000배 희석 |
| CD63 항체 | ABCAM | AB217345 | 500배 희석 |
| CD81 | 세포 신호 전달 기술 | 10037 | 500배 희석 |
| 코닝 BioCoat 콜라겐 I 배양 슬라이드 | 시그마 | CLS354630 | 사용 준비 완료 |
| 코닝 셀 스트레이너 | 시그마 | CLS431750 | 40 & mu; m 공극 크기 |
| 코닝 셀 스트레이너 | 시그마 | CLS431752 | 100 & mu; m 공극 크기 |
| 콕스 IV 항체 | 세포 신호 전달 기술 | 4844 | 1000배 희석 |
| DMEM | 깁코 | 11965092 | 사용 준비 완료 |
| DMEM/F-12, GlutaMAX 보충제 | 서모피셔 | 10565018 | 사용 준비 완료 |
| DNASE 1 | 시그마 | D4513 | 기본 5 KU/mL, -20 & 도; C |
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