1. Hodowla byczych komórek śródbłonka aorty (BAEC)
- Przestrzegano odpowiednich zasad aseptyki.
- W łaźni wodnej ogrzano pożywkę bez antybiotyków do 37 °C.
Uwaga: Pożywka składa się z wolnego od fenolu DMEM (Dulbecco's modified Eagle's medium) z 4.5 g/L D-glucose, 4 mM L-glutamine, 1% nieessential amino acids, uzupełnionego o 10% FBS (fetal bovine serum) oraz 2.5 mg/L czynnika wzrostu śródbłonka.
- Wyjąć z inkubatora kolbę T75 zawierającą komórki i oczyścić jej powierzchnię 70% etanolem przed umieszczeniem jej w dygestorium.
- Usunąć stare pożywkę za pomocą aspiratora i przemyć dwukrotnie 5 ml soli fizjologicznej z buforem fosforanowym Dulbecco (DPBS).
- Dodać 2 ml trypsyny i odczekać 4-5 min do odklejenia się komórek, okresowo kontrolując proces pod mikroskopem.
- Dodać 3 ml pożywki i kilkakrotnie wymieszać za pomocą pipety, aby rozdzielić komórki i stworzyć jednorodną zawiesinę.
- Przenieść 5 ml pożywki z trypsyną do probówki 15 ml i wirować przy 121 g przez 5 min.
- Usunąć nadsącz za pomocą aspiratora. Dodać 5 ml DPBS i dokładnie wymieszać. Wirować przy 121 g przez 5 min.
- Odssać nadsącz i zawiesić ponownie osad komórkowy, dodając 6 ml pożywki.
- Do każdego dołka płytki 6-dołkowej dodać 1 ml zawiesiny komórkowej, a następnie dodać 1 ml pożywki. Wymieszać zawiesinę za pomocą pipety.
- Opisać płytkę i inkubować przez noc w temperaturze 37 °C i 5% CO2.
2A. Detekcja NO w komórkach BAEC
- Zastosowano odpowiednie techniki aseptyczne.
- Wyjmij płytkę 6-dołkową z inkubatora i odessij medium z pierwszego dołka. Przemyj komórki dwukrotnie 1 ml DPBS.
- Dodaj 210 μl 1,9 mM siedmiowodnianu siarczanu żelaza(II) (FeSO4.7H2O, przygotowanego na świeżo poprzez rozpuszczenie 0,8 mg w 1 ml DPBS z CaCl2 i MgCl2) oraz 210 μl ditiokarbaminianu N-metylo-D-glukaminy amonu (MGD, przygotowanego na świeżo poprzez rozpuszczenie 2,7 mg w 500 μl DPBS z CaCl2 i MgCl2), zachowując stosunek 1:7. (Uwaga: Stosunek ten, w którym zastosowano nadmiar MGD, jest konwencjonalnie wykorzystywany do przygotowania kompleksu Fe2+-MGD ze względu na fakt, że wydajność Fe3+-MGD jest maksymalizowana w obecności nadmiaru MGD. Dodatek askorbinianu do roztworu w celu stabilizacji Fe2+-MGD nie jest konieczny, ponieważ utworzony NO-Fe3+-MGD jest endogennie redukowany do wykrywalnego metodą EPR NO-Fe2+-MGD przez askorbinian, hydrochinon lub cysteinę z wydajnością konwersji do 99,9%. Stan diamagnetyczny niskiego spinu Fe2+ umożliwia detekcję NO przy użyciu płaskiej celi lub rurki kapilarnej bez konieczności stosowania urządzenia do niskich temperatur)15.
- Dobrze wymieszaj powstałą zawiesinę i dodaj 4,6 μl jonoforu wapnia (CaI) (przygotowanego z roztworu stokowego 1,9 mM poprzez rozpuszczenie 1 mg w 1 ml DMSO).
- Ponownie wymieszaj roztwór i inkubuj w temperaturze 37 °C przez 36 min, aby umożliwić dalszą redukcję NO-Fe3+-MGD do wykrywalnego metodą EPR NO-Fe2+-MGD.
- Zbierz nadsącz (425 μl) do probówki Eppendorfa i przenieś do płaskiej celi EPR (lub do rurki kapilarnej o pojemności 50 μl).
- Parametry akwizycji EPR to: częstotliwość mikrofal: 9,8 GHz; pole centralne: 3427 G; amplituda modulacji: 6,0 G; szerokość sweepu: 100 G; wzmocnienie odbiornika: 1 x 105; moc mikrofal: 10 mW; całkowita liczba skanów: 121; czas sweepu: 10 s; oraz stała czasowa: 20 ms. (Uwaga: Ponieważ parametry różnią się w zależności od urządzenia i warunków eksperymentalnych, najważniejszymi parametrami do rozważenia są jedynie pole centralne, częstotliwość i amplituda modulacji.)
- Zarejestruj widma w temperaturze pokojowej; widma 2-D zostały zintegrowane w celu redukcji szumu tła i poddane korekcji linii bazowej przy użyciu oprogramowania Bruker WinEPR Data Processing lub innego oprogramowania do przetwarzania danych. Do ilościowego oznaczenia tworzenia adduktów można sporządzić standardowe wykresy zależności stężenia od intensywności sygnału (lub pola) przy użyciu donora NO SNAP.
2B. Eksperyment dotyczący rozprzęgania eNOS
- Wyjąć płytkę 6-dołkową z inkubatora, odessać pożywkę z drugiego dołka i przemyć go dwukrotnie 1 ml DPBS.
- W celu rozprzęgnięcia eNOS16 zastosowano donor nadtlenku azotku, chlorek 5-amino-3-(4-morfolinilo)-1,2,3-oksadiazoliu (SIN-1). Dodać 100 μl 0,5 mM SIN-1 (Mr 206,6 g/mol, z roztworu zapasowego 10 mM świeżo przygotowanego poprzez rozpuszczenie 1 mg SIN-1 w 500 μl PBS bez jonów Ca/Mg) i rozcieńczyć do 2 ml za pomocą DPBS i 10% FBS.
- Inkubować przez 2 h w 37 °C i 5% CO2.
- Wyjąć płytkę z inkubatora i przemyć dwukrotnie DPBS.
- Dodać 210 μl 2,8 mM FeSO4.7H2O oraz 210 μl 19,6 mM MGD świeżo przygotowanego zgodnie z opisaną powyżej procedurą.
- Zamieszać roztwór i dodać 4,6 μl 1,9 mM CaI.
- Ponownie zamieszać roztwór i inkubować w 37 °C przez 36 min.
- Zebrać nadsącz (425 μl) do probówki Eppendorfa i przenieść do płaskiej celi EPR.
- Parametry akwizycji EPR to: częstotliwość mikrofal: 9,8 GHz; pole centralne: 3427 G; amplituda modulacji: 6 G; szerokość sweepu: 100 G; wzmocnienie odbiornika: 1 x 105; moc mikrofal: 10 mW; całkowita liczba skanów: 121; czas sweepu: 10 s; oraz stała czasowa: 20 ms.
- Zarejestrować widma; widma 2-D zintegrowano w celu zredukowania szumu tła i poddano korekcji linii bazowej zgodnie z powyższym opisem.
3. Wykrywanie O2•- z neutrofili polimorfojądrowych (PMN)
- Neutrofile wyizolowano z ludzkich próbek krwi zgodnie z wcześniej opisaną metodą17.
- Należy przygotować roztwór zapasowy 1 M DMPO* w PBS zawierającym 0,1 mM kwasu dietylenotriaminopentaoctowego (DTPA). DMPO ma temperaturę topnienia 25-29 °C, dlatego wygodniej jest pipetować ciekły DMPO (gęstość ~ 1,02 g/ml w 25 °C) do szklanej fiolki (Uwaga: do odważania nie należy używać plastikowych fiolek, ponieważ czysty DMPO reaguje z plastikiem). Zamrożony DMPO można rozpuścić, polewając fiolkę letnią wodą (Uwaga: nie należy używać gorącej wody, ponieważ DMPO może ulec rozkładowi).
- Ważne jest zastosowanie DMPO o wysokiej czystości (> 99%), ponieważ niektóre z dostępnych komercyjnie pułapek spinowych zawierają zanieczyszczenia paramagnetyczne; dlatego niezbędne jest wykonanie widma EPR samego roztworu DMPO (w tym przypadku 10 mM). Krytyczne jest, aby nie było widocznego sygnału tła (patrz Rysunek 3A).
- Przygotować roztwór zapasowy (1 mg/ml) forbolu-12-mirystynianu-13-octanu (PMA) w DMSO. Przygotować alikwoty poprzez rozcieńczenie roztworu do stężenia 10 μg/ml w PBS.
- W probówce Eppendorfa o pojemności 1,5 ml przygotować roztwór o całkowitej objętości 0,6 ml, przestrzegając następującej kolejności dodawania: ~106 komórek PMN na ml, D-glukoza (1 mg/ml) i albumina (1 mg/ml), 10 mM DMPO oraz 0,2 μg/ml PMA. (Uwaga: PMA jest aktywatorem rodników i powinien zostać dodany na końcu).
- Przenieść roztwór do płaskiej kuwety EPR.
- Parametry akwizycji EPR są następujące: częstotliwość mikrofal: 9,8 GHz; pole centralne: 3486 G; amplituda modulacji: 0,5 G; zakres sweep: 100 G; wzmocnienie odbiornika: 5 x 105; całkowita liczba skanów: 10; czas sweep: 30 s; moc mikrofal: 20 mW oraz stała czasowa: 81 ms. Do ilościowego oznaczenia tworzenia adduktów można sporządzić standardowe wykresy zależności stężenia od intensywności sygnału (lub pola) z wykorzystaniem stabilnych nitroksydów, takich jak TEMPO lub kwas 3-karboksylowy-PROXYL.
* Ważna uwaga dotycząca stosowania DMPO: dzięki zastosowaniu płaskiej kuwety można zwiększyć gęstość komórek, a tym samym zwiększyć intensywność sygnału adduktu spinowego, jednak okres półtrwania adduktu O2•- z DMPO jest krótki (t1/2 ~ 1 min), a on sam rozkłada się do DMPO-OH. DMPO można zastąpić takimi samymi stężeniami EMPO, BMPO lub DEPMPO, które są dostępne w sprzedaży, w celu zwiększenia stabilności adduktu z t1/2 odpowiednio ok. 8 i 14 min.
4. Reprezentatywne wyniki
Pułapkowanie spinowe rodnika NO przeprowadzono z użyciem Fe2+-MGD. Rycina 2A i 2B nie wykazują sygnału EPR dla Fe2+-MGD ani mieszaniny Fe2+-MGD z CaI, co wskazuje, że od tych odczynników nie pochodzi sygnał tła NO. BAEC po stymulacji CaI uwalniają NO, który reaguje z Fe2+-MGD, tworząc addukt spinowy NO-Fe2+-MGD, co objawia się charakterystycznym sygnałem tripletowym o wartości stałej rozszczepienia nadsubtelnego (hfsc) aN = 12.66 G i czynniku g wynoszącym g= 2.040 (Rycina 2C). Wartość hfsc została wyznaczona przy użyciu programu symulacyjnego WINSIM, który można pobrać ze strony bazy danych oprogramowania EPR NIEHS. Eksperymentalna wartość hfsc jest zgodna z wartością literaturową aN=12.70 G i g = 2.04118 dla adduktu NO-Fe2+-MGD. Podobnie, wpływ SIN-1 na BAEC obniżył produkcję NO z powodu rozprzęgania eNOS, co przedstawiono na Rycini 2D.
Do detekcji O2•- wykorzystano pułapkę spinową DMPO. Sam DMPO nie generował sygnału, co pokazano na Rysunku 3A, potwierdzając tym samym, że pułapka spinowa jest wolna od zanieczyszczeń paramagnetycznych. Rysunek 3B przedstawia widmo samego DMPO i PMN; analogicznie nie stwierdzono wykrywalnego sygnału, co sugeruje, że DMPO nie powoduje aktywacji enzymu NADPH oksydaza. Rysunek 3C pokazuje zaobserwowany sygnał EPR po stymulacji PMN za pomocą PMA. Wartości hfsc dla tego sygnału określono jako aN =14,71 G, aβ-H =11,40 G oraz aγ-H =1,25 G, co jest zgodne z wartościami literaturowymi aN =14,3 G, aβ-H =11,7 G oraz aγ-H =1,3 G 19 dla adduktu DMPO-O2H.

Rysunek 1. Schemat blokowy detekcji rodników z neutrofili i BAEC przy użyciu pułapkowania spinowego EPR. (A) PMN zmieszano z DMPO i PMA, a otrzymaną mieszaninę przeniesiono do płaskiej kuwety EPR w celu pozyskania danych. (B) Komórki BAEC hodowano na płytce, a następnie przemyto DPBS. Dodano pułapkę spinową Fe(MGD)2 wraz z CaI. Roztwór dokładnie wymieszano i inkubowano. Mieszaninę przeniesiono do płaskiej kuwety EPR w celu pozyskania danych EPR.

Rysunek 2. Detekcja NO z BAEC metodą EPR. (A) Widmo samego Fe2+-MGD (B) Widmo samego Fe2+-MGD + CaI. (C) Widmo tripletowe wynikające z wychwytywania NO przez Fe2+-MGD z użyciem komórek stymulowanych CaI. (D) Widmo wykazujące spadek produkcji NO w wyniku traktowania komórek 0.5 mM SIN-1.

Rysunek 3. Detekcja EPR DMPO-O2H z aktywowanych neutrofili. (A) Widmo samego 10 mM
DMPO. (B) Widmo samych PMN w obecności 10 mM DMPO. (C) Widmo PMN aktywowanych PMA w obecności 10 mM DMPO.