2017년 2월 4일
이 논문은 안정 동위원소 추적, 특정 세포 유형을 분리하기 위한 세포 분류 및 질량 분석법의 조합을 사용하여 여러 세포 유형의 복잡한 군집에서 세포 대사를 연구하는 방법을 설명합니다.
이 방법의 전반적인 목표는 동위원소 추적을 사용하여 복잡한 세포 군집의 분류된 집단의 신진대사를 측정하는 것입니다. 따라서 이 방법을 통해 우리는 복잡한 세포 군집의 하위 집단 간의 대사 차이와 이러한 하위 집단 간의 대사 협력을 연구할 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 동위원소 추적과 세포 분류를 결합함으로써 보다 신뢰할 수 있는 대사 측정을 얻을 수 있고 이 방법이 얼마나 신뢰할 수 있는지 검증할 수 있다는 것입니다.
이 방법의 시각적 시연은 다양한 기술을 결합하고 세포를 처리하는 방식 및 절차의 길이가 세포 대사에 영향을 미칠 수 있기 때문에 매우 중요합니다. 접시에서 대사 산물을 추출하기 위해, 먼저 투석 보충제를 함유한 안정 동위원소 표지 배양 배지의 6웰 플레이트에서 세포를 배양합니다. 세포가 75% 포화도에 도달하면 균일하게 라벨링된 포도당을 함유한 500마이크로리터의 차가운 HBSS로 웰을 두 번 헹굽니다.
그런 다음 600마이크로리터의 100% 드라이아이스 예냉각된 메탄올을 각 웰에 추가하고 플레이트를 드라이아이스로 옮깁니다. 세포 스크레이퍼를 사용하여 세포를 분리한 다음 각 웰의 추출물을 개별 마이크로 원심분리 튜브로 조심스럽게 옮깁니다. 질량 분석이 이루어질 때까지 섭씨 영하 80도에서 세포를 보관합니다.
분류된 세포의 대사 산물 추출을 위해 투석 보충제가 포함된 라벨이 부착된 배양 배지의 100mm 접시에 세포를 배양하여 분류 날짜까지 75% 포화도에 도달하도록 합니다. 세포주기가 분류된 세포의 펄스 라벨링을 위해 투석 보충제가 포함된 라벨링되지 않은 배지에서 세포가 75% 포화도에 도달할 때까지 배양합니다. 그런 다음 배지를 표지된 새로운 배양 배지로 교체하여 2시간 동안 세포에 펄스 라벨을 부착합니다.
균일하게 표시된 포도당이 함유된 따뜻한 HBSS로 접시를 헹구고 섭씨 37도에서 1.5ml의 트립신 EDTA로 세포를 분리합니다. 4분 후, 라벨이 붙은 포도당 및 투석 보충제가 함유된 얼음처럼 차가운 HBSS 3ml로 트립신을 비활성화하고 원심분리를 위해 세포를 15ml 원추형 튜브로 옮깁니다. 표지된 포도당, 투석 보충제 및 EDTA를 함유한 펠릿을 1-2배 10배에서 밀리리터당 6개 세포 농도로 재현탁하고 40미크론 스트레이너를 통해 세포를 여과하여 단일 세포 현탁액을 얻습니다.
세포를 5ml 튜브로 옮기고 유세포 분석기에서 분류합니다. 모의 분류된 세포에서 대사 산물을 추출하려면 파편을 걸어 내고 단일체만 분류합니다. 세포주기 분류된 세포에서 대사산물을 추출하기 위해 geminin 프로브 형광을 기반으로 파편과 이중항을 걸어 내고 세포를 G1 및 SG2M으로 분류합니다.
종류가 끝나면 원심분리로 세포를 수집하고 펠릿을 50마이크로리터의 얼음처럼 차가운 증류수에 재현탁하여 균일한 펠릿을 얻습니다. 그런 다음 540마이크로리터의 드라이아이스 냉각 메탄올을 첨가하여 대사 산물을 빠르게 추출합니다. LCMS 분석이 이루어질 때까지 시료를 섭씨 영하 80도에서 보관합니다.
분류된 세포에서 대사 산물을 추출하는 것은 사전에 잘 계획되어야 하며, 대사 변화를 최소화하기 위해 가능한 한 빨리 실험 작업을 완료해야 합니다. 추출된 대사산물을 분석하려면 먼저 우수한 품질의 샘플 피크를 나타내는 해당 사용 가능한 표준물질을 가진 여러 대사산물을 선택합니다. 다음으로, 거짓 동위원소가 포함되지 않도록 주의하면서 피크의 품질을 확인합니다.
각 질량 동위원소의 피크 면적을 우리 분획에서 모든 질량 동위원소의 총 피크 면적으로 나누어 동위원소로 표시된 샘플에 대한 분획에서 질량 동위원소를 계산합니다. 그런 다음, 탄소 농축 공식을 사용하여 탄소-13 농축에 대해 표시된 탄소 분율을 계산합니다. 마지막으로, 질소 농축 공식을 사용하여 질소-15 농축에 대해 표시된 질소 분율을 계산합니다.
이 대표적인 실험에서, 데이터 분석에서 선택된 66개의 대사 산물이 모의 분류된 세포에 존재했으며, 그 중 60개는 접시 추출물과 모의 분류된 세포 사이의 분포에서 유사한 질량 동위원소로 표지된 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 글루타메이트 분포의 질량 동위원소는 접시와 모의 분류된 추출물 간에 유사하며, 이는 분포의 글루타메이트 질량 동위원소가 분류된 세포 집단에서도 신뢰할 수 있음을 나타냅니다. FUCCI geminin 프로브를 사용하여 G0, G1 또는 SG2M 세포 주기 단계로 분류된 HELA 세포를 분석한 결과, 두 집단 모두에서 SG2M 단계에서 더 높은 농축을 보인 시티딘 표지가 확인되었으며, 이는 S기 동안 뉴클레오티드의 새로운 합성이 증가한 것과 일치합니다.
이 실험에서, 우리 분포의 질량 동위원소는 두 세포주기 분류 분획 모두에서 동일한 패턴을 보였는데, 이는 동일한 합성 경로가 사용되지만 SG2M 단계에서 더 활성화됨을 시사하며, 밀접하게 관련된 하위 집단 사이에서도 이 방법으로 대사 차이를 쉽게 감지할 수 있음을 보여줍니다. 이 비디오를 시청한 후에는 정렬된 분획에서 대사 산물을 추출하는 방법을 잘 이해하고 주의 사항을 이해해야 합니다. 이 절차를 시도하는 동안, 세포를 처리하는 방식과 시간이 신진대사에 영향을 미칠 수 있으므로 분류 및 대사 산물 추출 중에 세포를 신속하게 처리해야 한다는 것을 기억하는 것이 중요합니다.
이 기술을 숙달하면 5시간 안에 수행할 수 있습니다. 이 절차는 다른 셀 유형에도 적용할 수 있습니다. 예를 들어, 혈액 내 면역 세포 부분 집합 또는 종양 내의 다양한 유형의 세포는 다양한 프로브, 항체 또는 염색 방법을 사용하여 분류할 수 있습니다.
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이 기사는 여러 세포 유형의 복잡한 커뮤니티에서 세포 대사를 연구하는 방법을 설명합니다. 이 기술은 안정 동위원소 추적, 세포 분류 및 질량 분석법을 결합하여 하위 집단 간의 대사 차이 및 협력을 분석합니다.
This method addresses a key challenge in discovery biology: obtaining reliable metabolic measurements from heterogeneous cell populations without introducing sorting-induced artifacts. By leveraging stable isotope tracing and mass isotopomer distributions (MIDs), it enables de-risking of target validation through more confident assessment of subpopulation-specific pathway activity. The approach supports predictive confidence in early discovery by distinguishing true metabolic differences from procedural noise, informing go/no-go decisions in portfolio triage.
The method fits within the discovery continuum from hypothesis testing to lead identification, providing metabolic resolution that complements genomic and proteomic subpopulation analysis.