Reactieve zuurstofsoorten die in cellen worden geproduceerd, zijn betrokken bij weefselhomeostase, cellulair veroudering en ziektetoestanden zoals kanker. Zoals de naam al doet vermoeden, ontstaan deze moleculen uit zuurstof, die van nature bestaat als een stabiel, dioxygenmolecuul omdat al zijn elektronen zijn gepaard. Het toevoegen van één ongepaard elektron maakt het onstabiel en leidt tot de vorming van het superoxide-anion—een vorm van reactieve zuurstofsoorten of ROS. Naast het superoxide-anion zijn er verschillende soorten reactieve soorten met ongepaarde elektronen, waarvan de cel de niveaus strikt probeert te controleren.
In deze video leren we hoe reactieve zuurstofsoorten gerelateerd zijn aan celmetabolisme en ziekte, verkennen we de principes achter een assay voor detectie met behulp van een fluorescerende sonde, en we bespreken een gegeneraliseerd protocol voor deze assay. Ten slotte onderzoeken we hoe wetenschappers deze methode vandaag de dag in experimenten implementeren.
Eerst bespreken we hoe reactieve zuurstofsoorten worden geproduceerd en bekijken we hun invloed op celmetabolisme en ziekte.
Een belangrijke bron van cellulaire reactieve zuurstofsoorten zijn de mitochondriën. Normaal gesproken worden elektronen tijdens celmetabolisme getransporteerd door een keten van eiwitcomplexen, culminerend in de reductie van moleculaire zuurstof tot water en gelijktijdige generatie van ATP. Ondanks de buitengewone regulatie van dit proces lekken elektronen toch uit, wat resulteert in de vorming van superoxide-anion.
De aanwezigheid van superoxide-anion leidt snel tot andere vormen van reactieve zuurstofsoorten, zoals waterstofperoxide en hydroxyl radicaal. Deze radicalen, die allemaal een zeer reactieve ongepaarde elektron bezitten, kunnen membraan, DNA en eiwitten oxidatief beschadigen. Om dit tegen te gaan, bewaart de cel zijn eigen antioxidantvoorraad van enzymen zoals superoxide dismutase, of moleculen zoals vitamine C, die vrije radicalen reduceren. Elke onbalans in dit afweersysteem kan resulteren in een potentieel dodelijke positieve feedbacklus, resulterend in een toestand van overmatige reactieve zuurstofsoorten, bekend als oxidatieve stress.
Reactieve zuurstofsoorten zijn betrokken geweest bij de initiatie en progressie van kanker. Een ander schadelijk effect van deze moleculen is het induceren van cellulair veroudering, ook bekend als senescentie. De “Vrije Radicalentheorie van Veroudering” stelt dat reactieve zuurstofsoorten die in cellen worden geproduceerd tijdens normale stofwisseling cellulaire senescentie en dood veroorzaken.
Tot nu toe hebben we de negatieve aspecten van deze zeer reactieve moleculen besproken, maar ze hebben ook positieve rollen in de cellulaire fysiologie. Tijdens immuunresponsen wanneer fagocyten pathogenen ophopen, zetten cellen een “ademhalingsstoot” in waarbij overmatige hoeveelheden reactieve zuurstofsoorten worden gegenereerd om pathogenen oxidatief af te breken. Bovendien zijn ze noodzakelijke intermediairen en regulatoren van een verscheidenheid aan celsignaleringsroutes en kunnen ze zelfs de dood van cellen signaleren die kankerachtig zijn geworden.
Om deze invloedrijke cellulaire oxidanten te kwantificeren, maken wetenschappers gebruik van moleculen die bij oxidatie fluorescerend worden. Een veelgebruikte sonde om de reactieve zuurstofsoorten te detecteren is H2DCFDA of dichloro-dihydro-fluorescein diacetaat, een niet-fluorescerende analoog van fluoresceïne. Wanneer toegevoegd aan cellen, staat de celpermeabele aard ervan passieve diffusie toe.
Vervolgens katalyseren intracellulaire esterases een hydrolysereactie, wat resulteert in het splitsen van acetaatgroepen. Dit maakt de verbinding polairder, zodat het binnen de cel wordt vastgehouden. Bij oxidatie, wat de verwijdering van waterstofatomen door een breed scala aan reactieve zuurstofsoorten omvat, wordt de niet-fluorescerende H2DCFDA omgezet in de zeer fluorescerende dichloro-fluoresceine, of DCF. Dit kan worden gelezen en gekwantificeerd door een plate reader, flowcytometer of fluorescentiemicroscoop.
Nu u weet hoe deze assay werkt, laten we zien hoe deze in een laboratoriumomgeving wordt uitgevoerd.
Begin met het overbrengen van cellen die in kweekmedium zijn gekweekt naar fosfaat gebufferd zoutoplossing, gevolgd door centrifugatie om ze te wassen. Verwijder supernatant en voeg de fluorescerende sonde H2DCFDA-oplossing toe. Incubeer de met kleurstof geladen cellen in het donker om fotobleken te voorkomen. Na incubatie worden de cellen gewassen om ongeladen kleurstof te verwijderen en worden de cellen overgebracht naar een plaat. Op dit punt kunnen experimentele oxidatieve stress-inductoren worden toegevoegd.
Wanneer klaar voor analyse, kunnen cellen in de plate reader worden geplaatst. De excitatie- en emissiegolflengten worden ingesteld voor fluoresceïne. Nadat de platen zijn gelezen, kunnen de waarden worden geanalyseerd. De resultaten onthullen de relatieve hoeveelheid reactieve zuurstofsoorten tussen monsters op bepaalde tijdstippen.
Nu we het werkelijke protocol hebben onderzocht, laten we zien hoe het vandaag in experimenten wordt toegepast.
Onderzoekers gebruiken deze methode vaak om de mechanica van fagocytose te onderzoeken. Deze groep wetenschappers wilde de capaciteit van zebravissen onderzoeken om een immuunrespons te ontwikkelen in verschillende ontwikkelingsstadia. Zoals eerder vermeld, resulteert fagocytose in de generatie van hoge reactieve zuurstofsoorten, of “een ademhalingsstoot,” die wordt gebruikt om pathogenen te doden. Aangezien het enzym NADPH-oxidase een belangrijke ROS-producent is in fagocytische cellen, induceerden deze wetenschappers de burst-respons door zebravissen te behandelen met een NADPH-inductor. De resultaten toonden aan dat onder de zebravis-embryo's waarvan de “burst” respons was uitgelokt, degenen op 72 uur na bevruchting hogere reactieve zuurstofsoorten ontwikkelden dan degenen op 48 uur na bevruchting.
Mitochondr
Reactieve zuurstofsoorten zijn chemisch actieve, zuurstofafgeleide moleculen die in staat zijn andere moleculen te oxideren. Vanwege hun reactieve aar…
Hoofdstukken in deze video
0:00
Overview
1:15
Cell Metabolism, Disease and ROS
3:43
Principles of ROS Measurement Using a Fluorescent Probe
4:52
Generalized Protocol for Measuring ROS
5:52
Applications
8:16
Summary
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.