이 프로토콜은 순차적 원심분리를 통해 지질 방울의 크기 기반 분리 및 농축을 달성하여, 지질 대사 메커니즘과 지질 방울 관련 생물학적 과정을 정확하고 재현 가능하게 하는 것을 목표로 합니다.
방법 논문
* These authors contributed equally
이 프로토콜은 순차적 원심분리를 통해 지질 방울의 크기 기반 분리 및 농축을 달성하여, 지질 대사 메커니즘과 지질 방울 관련 생물학적 과정을 정확하고 재현 가능하게 하는 것을 목표로 합니다.
이 프로토콜은 소 유선 상피세포(BMECs)와 유선 조직에서 다양한 크기의 지질 방울(LD)을 농축하기 위한 순차적 차등 원심분리 접근법을 설명하며, 기존의 대용량 LD 분리 방법을 넘어서는 크기 분해 분석을 가능하게 합니다. 세포 내 지질 대사의 동적 조절 허브로서, LD는 중성성 지질(중성지방, 콜레스테릴 에스터 등)을 저장하고 합성, 가수분해, 운송을 조정하는 중요한 기능을 수행합니다. 이들은 에너지 항상성 유지, 막 생합성 지원, 세포 신호 전달 촉진에 중심적인 역할을 합니다. LD 추출은 지질 대사의 조절 메커니즘을 연구하는 데 필수적입니다. 유선의 지질 대사 연구는 영아 발달, 인간 건강, 농업 경제학, 그리고 기본 세포 생물학에 중요한 영향을 미칩니다. 따라서 우리는 BMECs와 유선선 조직에서 LD를 추출하는 차동 원심분리 방법을 설명합니다. 기존의 대량 LD 분리 접근법과 달리, 이 프로토콜은 원심력을 순차적으로 조정하여 크기 기반 LD 하위 집단의 농축을 가능하게 합니다. LD 분획의 무결성과 상대적 농축도는 BODIPY493/503 염색을 통해 예비적으로 평가되어, 지질 대사 및 LD 관련 과정의 후속 분석에 실용적이고 재현 가능한 접근법을 제공합니다.
지질 방울(LDs)은 세포 내의 동적 소기관으로, 중성 지질의 주요 저장 부위 역할을 합니다. LD의 비정상적인 축적은 비만을 넘어 지방간 질환2, 심혈관 질환3, 당뇨병4, 암5와 같은 다양한 질환과 관련이 있습니다. 반대로 LD의 수가 부족하면 심각한 결과를 초래하여 세포 에너지 저장량 손실과 이후의 기능 장애로 이어질 수 있습니다6. 농업 경제학 맥락에서, 반추동물의 LDs 부족은 우유 지방 분비 부족으로 이어져 우유 지방 억제를 초래하고, 이는 다시 유제품의 영양가와 시장성을 저해합니다7. 현재 LD 대사 조절은 중요한 연구 분야로 떠오르고 있습니다.
20세기 이후 LDs 추출 기술 개발은 일관되게 더 많은 양, 더 높은 순도, 그리고 더 잘 보존된 생물학적 활성을 목표로 해왔습니다. 이는 방법론의 지속적인 확립과 최적화를 포함합니다. 현재 여러 회사가 LD 분리8을 위한 상업용 키트를 설계하고 있습니다. 이 키트들은 분리 시간을 크게 단축하고 기존 원심분리기만 사용하면 되지만, 해리가 어려운 시료의 경우 시약을 조절할 수 없고, 시험 단계를 최적화하기도 어렵습니다. 더 나아가, LDs 추출은 지방간9, 암10, 신경퇴행성 질환11과 같은 대사 질환의 기전을 밝히는 데 필수적인 역할을 하며, 병리학적 경로를 해독하는 다차원적 탐침 역할을 합니다. 단백질과 지질 조성은 LD를 추출하여 해부하여 LD의 생물학적 기능의 다양성을 밝혀낼 수 있습니다12.
우유 지방의 형성은 단순히 기질이 분해되는 과정이 아닙니다; 오히려 유방 상피세포에 의해 수행되는 고도로 조율된 지질 합성과 포장 과정을 나타냅니다. 13. 낙농 소에서 우유 지방 생성은 이 세포들의 첨단 막 분비 메커니즘에 의존합니다: 소포체에서 합성된 트리글리세리드는 세포질 LD를 형성하고, 이 물질은 첨단막으로 운반되어 출아를 통해 분비됩니다. 이 과정에서 LD는 첨단 막에서 유래한 유지방 구덩이 막에 둘러싸여 구조적으로 안정적인 유지방 구덩이가 형성됩니다. 소 유선은 포유류 수유 연구의 고전적 모델이며, LD 합성과 분비를 조절하는 핵심 메커니즘은 인간에서 매우 보존되어 있습니다15. BMECs와 유선 조직에서 LD를 추출하는 방법을 확립하는 것은 가축 생산과 인간 건강을 연결하는 역할을 합니다. 추출한 LDs의 단백질체학 및 지질세포 분석은 이후 우유 생산량과 품질을 개선하는 데 활용되어 안전성과 보안을 보장할 수 있습니다.
본 방법은 LD의 저밀도 특성에 주로 기반하며, 이로 인해 원심분리16번 과정에서 구배의 상단으로 떠오르게 됩니다. 추출 절차는 세 가지 주요 단계로 구성됩니다: 샘플 수집, LD 부상을 위한 초원심분리, 그리고 LD 세척. LD를 보호하기 위해 2.5 M의 자당을 버퍼에 첨가하고, 원심분리 속도는 실험 요구사항에 따라 조정됩니다; 일반적으로 큰 LD는 10,000 x g 이하의 힘으로 농축할 수 있으며, 10,000 x g 이상의 속도로 작은 LD를 추출하는 데 사용됩니다. 이 조건에서는 더 큰 LD가 파열될 수 있기 때문입니다. 마지막으로, 추출된 LD는 오염을 방지하기 위해 여러 차례 세척을 거치며, 추출 순도는 BODIPY493/503 염색을 통해 예비 평가됩니다.
기존의 LD 분리 방법은 주로 이질적인 LD 집단의 대량 회수를 달성하여 크기에 따른 구조 및 기능적 차이 분석을 제한합니다. 본 프로토콜은 순차적 차등 원심분리를 통해 LD 아집단의 크기 기반 농축을 가능하게 하여 표준 접근법을 확장하여, LD 성장, 교체, 세포 내 운송, 그리고 지방 매개 또는 자가포식 경로에 의한 차별 이용에 대한 연구를 용이하게 합니다. 이 접근법은 절대 정제보다는 농축을 달성하며, 연속적인 크기 분포와 공통된 물리적 특성으로 인해 크기 분획 간 부분적 중복이 발생할 수 있습니다.
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농축을 위한 목표 지질 방울 크기를 결정합니다(그림 1).
1. 시약 설정
2. 세포에서 LDs 추출
3. 조직에서 LDs 추출
4. 염색을 통한 LD 순도의 예비 검증
5. 서부 블롯을 통한 LD 순도 검증
6. 일시정지 지점과 보관 지침
7. 문제 해결
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워크플로우 및 방법론적 틀
실험 목표에 따라 원심분리 조건 선택을 안내하기 위해 의사결정 트리 도식(그림 1)이 설정되었습니다. 구체적으로, 큰 LD(≥2 μm)를 농축할 때는 원심력≤10,000 x g )을, 작은 LD(<1 μm)를 농축할 때는 원심력>10,000 x g )을 가했습니다. 이 프레임워크는 크기 기반 LD 분리를 달성하는 실질적인 기반을 제공합니다. BMECs와 유선 조직으로부터 LD 분리의 전체 작업 흐름은 그림 2에 나와 있습니다. 샘플 기원의 차이에도 불구하고, 이 절차는 샘플 준비, 교란, 순차 원심분리를 포함한 표준화된 순서를 따르기 때문에 샘플 유형 간에 일관된 처리 및 비교가 가능합니다.
지질 방울 분리...
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LD는 인지질 단일층으로 둘러싸인 중성 지질 핵이 특징인 독특한 소기관입니다. 이들은 소포체에서 발아하여 크기와 수를 동적으로 변화시키며, 세포 내 수송과 다른 세포 내 구조와의 광범위한 소통을 용이하게 하여 세포 지질 항상성을 조정합니다 17,18,19. 이 동적 행동은 전신 대사 신호에 의해 추가로 조절되는데, 인슐린은 포도당-지질 대사 교차를 조율하여 LD 교체와 세포 에너지 균형에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다20. LD는 단순 박테리아부터 복잡한 고등 식물과 동물에 이르기까지 다양한 생물체에서 주요 에너지 저장 구획으로 기능하며, 다양한 생물에 걸쳐 존재합니다 1,21
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저자들은 공개할 것이 없습니다.
이 연구는 중국 국가 중점 연구개발 프로그램(연구 비 번호 2024YFD1300601), 허난성 자연과학기금(번호 242300421029)의 지원을 받았습니다.
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