Tutaj prezentujemy protokół, który może być użyty do mikroskopowego obrazowania i ilościowego określania aktywności dehydrogenaz w komórkach i tkankach oraz jej kinetyki, funkcji i lokalizacji subkomórkowej.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy protokół, który może być użyty do mikroskopowego obrazowania i ilościowego określania aktywności dehydrogenaz w komórkach i tkankach oraz jej kinetyki, funkcji i lokalizacji subkomórkowej.
Zmieniony metabolizm komórkowy jest cechą charakterystyczną wielu chorób, w tym raka, chorób układu krążenia i infekcji. Metaboliczne jednostki motoryczne komórek są enzymami, a ich aktywność jest silnie regulowana na wielu poziomach, w tym na poziomie transkrypcyjnym, stabilności mRNA, translacyjnym, potranslacyjnym i funkcjonalnym. Ta złożona regulacja oznacza, że konwencjonalne testy ilościowe lub obrazowe, takie jak ilościowe eksperymenty mRNA, Western Blot i immunohistochemia, dostarczają niekompletnych informacji na temat ostatecznej aktywności enzymów, ich funkcji i / lub lokalizacji subkomórkowej. Ilościowa cytochemia enzymatyczna i histochemia (tj. mapowanie metaboliczne) dostarczają szczegółowych informacji na temat aktywności enzymatycznej in situ i jej kinetyki, funkcji i lokalizacji subkomórkowej w sytuacji niemal zgodnej z naturą.
Opisujemy protokół do wykrywania aktywności dehydrogenaz, które są enzymami przeprowadzającymi reakcje redoks w celu redukcji kofaktorów, takich jak NAD(P)+ i FAD. Komórki i skrawki tkanek są inkubowane w pożywce, która jest specyficzna dla aktywności enzymatycznej jednej dehydrogenazy. Następnie dehydrogenaza, która jest przedmiotem badań, wykonuje swoją aktywność enzymatyczną w swoim miejscu subkomórkowym. W reakcji chemicznej z podłożem reakcyjnym ostatecznie generuje to niebieski formazan w miejscu aktywności dehydrogenazy. Absorbancja formazana jest zatem bezpośrednią miarą aktywności dehydrogenazy i może być określona ilościowo za pomocą monochromatycznej mikroskopii świetlnej i analizy obrazu. Ilościowy aspekt tego protokołu umożliwia naukowcom wyciąganie wniosków statystycznych z tych testów.
Oprócz badań obserwacyjnych, technika ta może być wykorzystana do badań hamowania określonych enzymów. W tym kontekście, badania korzystają z wiernych naturze zalet mapowania metabolicznego, dając wyniki in situ, które mogą być fizjologicznie bardziej istotne niż badania inhibicji enzymów in vitro. Ogólnie rzecz biorąc, mapowanie metaboliczne jest nieodzowną techniką badania metabolizmu na poziomie komórkowym lub tkankowym. Technika ta jest łatwa do zastosowania, dostarcza dogłębnych, kompleksowych i zintegrowanych informacji metabolicznych oraz umożliwia szybką analizę ilościową.
Podstawowym kamieniem węgielnym fizjologii komórkowej jest metabolizm. Metabolizm dostarcza komórkom energii potrzebnej do wszystkich procesów fizjologicznych, dostarcza elementów budulcowych do biosyntezy makromolekularnej i reguluje homeostazę komórkową w odniesieniu do produktów przemiany materii, toksycznych cząsteczek oraz demontażu i recyklingu niepotrzebnych lub dysfunkcyjnych składników komórkowych. Enzymy katalizują prawie wszystkie ważne komórkowe reakcje chemiczne i dlatego są jednostkami motorycznymi w fizjologii komórek. 1,2
Aktywność enzymów jest ściśle regulowana na wielu poziomach, dlatego też ilościowa histochemia enzymów i cytochemia (zwana również mapowaniem metabolicznym) jest preferowaną metodą badania aktywności enzymów in situ. Na poziomie transkrypcyjnym regulowana jest ekspresja genów do mRNA. Efekt regulacji transkrypcji można określić za pomocą ilościowych testów mRNA, takich jak mikromacierze lub bezpośrednie sekwencjonowanie RNA, lub jakościowych testów mRNA, takich jak hybrydyzacja in-situ, która dostarcza informacji na temat (sub)komórkowej lokalizacji cząsteczek mRNA. Pozwala to docenić względne różnice w aktywności transkrypcyjnej między komórkami. Jednak interpretacja i trafność tych testów mRNA w odniesieniu do aktywności metabolicznej jest skomplikowana, ponieważ regulacja zachodzi również na poziomie mRNA, gdzie sekwencja i stabilność cząsteczek mRNA są edytowane po transkrypcji z DNA. Ta edycja reguluje translację izoform białek i ilość translacji białek w rybosomach. Ponadto proces translacji białek jest kontrolowany i ostatecznie wpływa na ekspresję enzymów, a tym samym na aktywność. Połączone efekty wyżej wymienionych etapów regulacyjnych można ocenić za pomocą ilościowych testów ekspresji białek, takich jak Western Blotting lub mikromacierze lizatu białek z odwróconą fazą, lub jakościowych testów ekspresji białek, takich jak immunocytochemia i immunohistochemia, ale techniki te nie uwzględniają dalszych efektów regulacyjnych, takich jak potranslacyjna modyfikacja białek i funkcjonalna regulacja enzymów w ich zatłoczonym mikrośrodowisku. Co więcej, ekspresja enzymu może słabo korelować z jego aktywnością, tak więc pomiary aktywności oczyszczonego enzymu w homogenatach komórkowych lub tkankowych lub w rozcieńczonych roztworach są szeroko stosowane do badań aktywności enzymów. Jednak eksperymenty te nie są w stanie odtworzyć wpływu zatłoczonej cytoplazmy lub organelli na aktywność enzymu. Co więcej, wszystkie wyżej wymienione techniki określają albo ilość, albo lokalizację ekspresji mRNA lub enzymu, ale nie są w stanie dostarczyć wyczerpujących informacji na temat obu tych aspektów ekspresji enzymów, nie mówiąc już o integracji tych informacji z określeniami aktywności enzymu. 2,3,4
Mapowanie metaboliczne pozwala na docenienie wszystkich wyżej wymienionych zmiennych, które determinują aktywność enzymu. Co więcej, mapowanie metaboliczne jest formą obrazowania żywych komórek lub tkanek z komórkami i tkankami, które są utrzymywane w stanie nienaruszonym podczas analizy, w celu wygenerowania niemal wiernej naturze sytuacji w celu wygenerowania danych o aktywności enzymów. Tworzy obrazy, które ułatwiają zarówno szczegółową ocenę lokalizacji aktywności enzymu, jak i solidną ocenę ilościową aktywności enzymu w komórce lub przedziale tkankowym. 3,4 Opisane tutaj protokoły metabolicznego mapowania aktywności dehydrogenaz są oparte na podręczniku laboratoryjnym wszystkich dostępnych metod histochemicznych enzymów,5 na zasadach ilościowej histochemii enzymów,6 oraz na analizie obrazu ilościowego mapowania metabolicznego. 4
Dehydrogenazy to enzymy, które przeprowadzają reakcje redoks w celu zredukowania kanonicznych kofaktorów, takich jak NAD+, NADP+ i FAD do odpowiednio NADH, NADPH i FADH2. Nienaruszone komórki lub skrawki tkanek kriostatu, które nie są chemicznie utrwalone, inkubuje się w pożywce reakcyjnej, która zawiera, między innymi, substrat i kofaktory specyficznej dehydrogenazy i soli tetrazolowej. Następnie ta dehydrogenaza wykonuje swoją aktywność katalityczną i redukuje, na przykład, NADP+ do NADPH. Za pomocą nośnika elektronów, 2 cząsteczki NADPH ostatecznie redukują 1 rozpuszczalną w wodzie, półbezbarwną cząsteczkę soli tetrazolowej do 1 nierozpuszczalnej w wodzie niebieskiej cząsteczki formazanu, która natychmiast wytrąca się w miejscu dehydrogenazy. W związku z tym absorbancja wytrąconego formazanu jest bezpośrednią miarą lokalnej aktywności dehydrogenazy i może być obserwowana za pomocą mikroskopii świetlnej lub określana ilościowo za pomocą monochromatycznej mikroskopii świetlnej i analizy obrazu. Ilościowy aspekt tego protokołu umożliwia naukowcom wyciąganie wniosków statystycznych z tych testów. Ponadto ta kwantyfikacja ułatwia określenie parametrów enzymów kinetycznych in situ, takich jak maksymalna aktywność enzymu (Vmax) i powinowactwo substratu do enzymu (Km). 3,4,5,6
Podczas planowania eksperymentu mapowania metabolicznego, ważne jest, aby zdać sobie sprawę, że na eksperyment zaleca się maksymalnie pięćdziesiąt szkiełek z przylegającymi preparatami komórkowymi lub skrawkami tkanki, aby zminimalizować opóźnienia czasowe podczas inkubacji w celu uzyskania spójnych wyników. Możliwe jest przetwarzanie większej liczby preparatów i/lub kompozycji podłoża, gdy te etapy protokołu są przeprowadzane wspólnie przez więcej niż jednego eksperymentatora. Co więcej, istnieje pewna zmienność między eksperymentami. W związku z tym identyczne doświadczenia należy powtórzyć co najmniej 3 razy z cytospinami z każdego preparatu komórkowego lub skrawkami z każdej próbki tkanki, a do każdego doświadczenia powinny być włączone odpowiednie kontrole. Zawsze należy przygotować kontrolną pożywkę inkubacyjną przy braku substratu, ale w obecności kofaktorów w celu kontroli barwienia niespecyficzną aktywnością enzymatyczną. Najbardziej reprezentatywne wyniki uzyskuje się w doświadczeniach, w których różne stężenia substratu/kofaktora są stosowane do skrawków tkanek lub preparatów komórkowych z tej samej próbki, tak aby eksperymentator mógł przeprowadzić analizy kinetyki enzymów przy użyciu krzywych dawka-aktywność.
Ten protokół jest zgodny z wytycznymi Komisji Oceny Medyczno-Etycznej Akademickiego Centrum Medycznego dotyczącymi wykorzystania materiału ludzkiego.
1. Przygotowanie komórek lub skrawków tkanek
2. Enzymatyczne histo/cytochemia dla rozpuszczalnych dehydrogenaz
3. Akwizycja obrazu
4. Analiza obrazu
Przedstawiono kilka protokołów przygotowania pożywki inkubacyjnej w celu zbadania aktywności konkretnej dehydrogenazy. W przypadku każdej dehydrogenazy należy rozpuścić wymienione odczynniki w roztworze PVA, utrzymując temperaturę co najmniej 37 °COdczynniki należy rozpuszczać w kolejności wymienionej w tabeli, t. j. nitroBT jest zawsze rozpuszczany jako pierwszy, a (m)PMS jako ostatni. Każde 5 mg nitroBT rozpuszcza się w 40 µL wymieszaj (20 µL etanol + 20 µL dimetyloformamid). Wszystkie objętości podano w przeliczeniu na 1 ml 18% roztworu PVA, którym można zabarwić ok. 2 przekroje tkanek lub ok. 4 preparaty komórkowe na szkiełkach przedmiotowych. NitroBT, NAD+, NADP+roztwory ADP i substratów należy przygotować bezpośrednio przed użyciem. NaN3, MgCl22 or roztwory (m)PMS można przechowywać w 4 °C przez jeden miesiąc. 18% PVA rozpuszczony w buforze fosforanowym można przechowywać w 60 °C przez 2 tygodnie. Wartość pH 18% roztworu PVA można ustawić, stosując różne składy 0,1 M fosforanu potasu jednowodnego (KH2PO4) oraz 0,1 M wodorofosforanu sodu (NA2HPO4) bufory. Przedstawione okresy inkubacji stanowią dobre punkty wyjścia, jednak optymalny czas inkubacji zależy od gatunku, rodzaju tkanki oraz stopnia jej utrwalenia. Generalnie preparaty komórkowe powinny być inkubowane dłużej niż skrawki tkanek, aby uzyskać podobny poziom produkcji formazanu.
Izocytrynian dehydrogenaza 1 i 2 (IDH1/2) typu dzikiego katalizują przekształcenie izocytrynianu w α-ketoglutaran (αKG) z jednoczesną redukcją NADP+ do NADPH odpowiednio w cytoplazmie i mitochondriach. Enzymy te wzbudziły ostatnio zainteresowanie, ponieważ mutacje IDH1/2 występują w różnych typach nowotworów u ludzi, w tym w pierwotnym raku mózgu (glejak wielopostaciowy) i raku jelita grubego, co daje wyjątkową możliwość zademonstrowania możliwości mapowania metabolicznego. Mutacje IDH1 znoszą aktywność enzymu IDH1 typu dzikiego, a także indukują aktywność neoenzymatyczną, która prowadzi do produkcji i następującej po niej akumulacji onkometabolitu D-2-hydroksyglutaranu (D-2HG),11 co jest szczegółowo omówione w innym miejscu.12 Eksperymenty z mapowania metabolicznego wykazały, że aktywność IDH1/2 zależna od NADP+ była znacznie niższa w komórkach raka jelita grubego z wprowadzona heterozygotyczną mutacją IDH1 niż w komórkach raka jelita grubego typu dzikiego IDH1 (Rycina 1A). Różnicę tę określono ilościowo poprzez analizę obrazu monochromatycznych mikrofotografii świetlnych (Rycina 1B).12
Kolejny przykład ilustrujący eksperymenty z mapowaniem metabolicznym przedstawiono na Rysunku 2, który jest obrazem skrawka mózgu myszy pobranego z kriostatu, do którego wstrzyknięto ludzkie komórki glejaka wielopostaciowego. IDH1/2 jest najważniejszym dostawcą NADPH w ludzkim mózgu, a jego aktywność jest zwiększona w glejaku wielopostaciowym z dzikim typem IDH1/2, podczas gdy zdolność produkcji NADPH przez IDH1/2 w mózgach gryzoni jest znacznie niższa.11 Rysunek 2A pokazuje różnicę między wysoką aktywnością IDH1/2 zależną od NADP+ w ludzkich komórkach glejaka wielopostaciowego a niską aktywnością IDH1/2 zależną od NADP+ w zdrowym mózgu myszy. Aktywność IDH1/2 jest określona jako produkcja µmol NADPH na mL tkanki na minutę na Rysunku 2B.
Reakcja enzymatyczna IDH1/2 jest stosunkowo prosta, natomiast dehydrogenaza mleczanowa (LDH) stanowi bardziej złożony kompleks enzymatyczny. LDH katalizuje odwracalną przemianę mleczanu w pirogronian z jednoczesną redukcją NAD+ do NADH lub odwrotnie. Dostępność mleczanu i pirogronianu oraz skład kompleksu enzymatycznego LDH determinują, czy mleczan jest przede wszystkim przekształcany w pirogronian (co jest katalizowane przez LDH-B i prowadzi do powstania NADH), czy też pirogronian jest przede wszystkim przekształcany w mleczan (co jest katalizowane przez LDH-A i zużywa NADH).13 Eksperymenty z mapowania metabolicznego pozwalają na wizualizację aktywności reakcji LDH-B, lecz są „ślepe” na aktywność reakcji LDH-A, ponieważ nie dochodzi w niej do produkcji NADH, a w konsekwencji nitroBT nie zostaje zredukowane do formazanu. Rysunek 3 przedstawia zależną od NAD+ aktywność LDH (t.j. przekształcanie mleczanu w pirogronian) w przekrojach ludzkiego mózgu wobec braku substratu (Rysunek 3A), w obecności wysokiego stężenia mleczanu (Rysunek 3B), w obecności 6 mM mleczanu (Rysunek 3C) oraz w obecności niskiego stężenia mleczanu i wyższego stężenia pirogronianu (Rysunek 3D). Wyniki tych eksperymentów ilustrują, że mapowanie metaboliczne w sposób adekwatny oddaje fakt, iż zależna od NAD+ aktywność LDH w przekrojach tkanek zależy od dostępności mleczanu i pirogronianu w środowisku reakcyjnym.

Rysunek 1. Aktywność IDH1/2 zależna od NADP+ w ludzkich komórkach raka jelita grubego. (A) Reprezentatywne monochromatyczne mikrofotografie komórek ludzkiego raka jelita grubego HCT116 po barwieniu na aktywność IDH1/2 zależną od NADP+ w obecności 1-10 mM izocytrynianu i 0,8 mM NADP+. Paski skali = 50 µm. (B) Ilościowe oznaczenie absorbancji niebieskiego formazanu powstałego z nitroBT w wyniku aktywności IDH1/2 zależnej od NADP+ na jedną komórkę, przeprowadzone z wykorzystaniem światła monochromatycznego w (A) oraz analizy obrazu. Skróty: IDH1WT/WT, dehydrogenaza izocytrynianowa 1 typu dzikiego; IDH1WT/MUT, dehydrogenaza izocytrynianowa 1 zmutowana. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 2. Aktywność IDH1/2 zależna od NADP+ w próbkach glejaka wielopostaciowego człowieka. (A) Reprezentatywna mikrofotografia przekroju mózgu myszy zawierającego zdrowy mózg myszy (h) oraz ksenoprzeszczep guza glejaka wielopostaciowego człowieka (t) po barwieniu na aktywność IDH1/2 zależną od NADP+ w obecności 0,8 mM NADP+ i 2 mM izocytrynianu. Pasek skali = 200 µm (B) Ilościowe oznaczenie aktywności enzymatycznej obszarów mózgu myszy (h) i ksenoprzeszczepu glejaka wielopostaciowego człowieka (t) przedstawionych na (A) z zastosowaniem prawa Lamberta-Beera. Słupki błędu reprezentują odchylenia standardowe. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Rycina 3. Aktywność dehydrogenazy mleczanowej (LDH) zależnej od NAD+ w próbkach ludzkiego mózgu. Reprezentatywne mikrofotografie seryjnych przekrojów próbek ludzkiego mózgu po barwieniu na aktywność LDH zależnej od NAD+ (A) w warunkach kontrolnych (wobec 3 mM NAD+, bez substratu i pirogronianu) (B) w obecności 150 mM mleczanu, bez pirogronianu (C) w obecności 6 mM mleczanu, bez pirogronianu oraz (D) w obecności 6 mM mleczanu i 18 mM pirogronianu, który jest konkurencyjnym inhibitorem produktowym reakcji przemiany mleczanu w pirogronian. Pasek skali = 200 µm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
| Enzym: | G6PDH | LDH | SDH | MDH | IDH1 | IDH2 | IDH3 | 6PGD | GDH |
| 18% PVA w 100 mM buforze fosforanowym | 1 ml; pH = 7,4 | 1 mL; pH = 7,4 | 1 mL; pH = 8,0 | 1 ml; pH = 7,4 | 1 ml; pH = 7,4 | 1 ml; pH = 7,4 | 1 mL; pH = 7,4 | 1 ml; pH = 8,0 | 1 ml; pH = 8,0 |
| 5 mM NitroBT | 5 mg/40 µL wymieszać | 5 mg/40 µL mieszaj | 5 mg/40 µL wymieszać | 5 mg/40 µL wymieszać | 5 mg/40 µL wymieszać | 5 mg/40 µL wymieszać | 5 mg/40 µL wymieszać | 5 mg/40 µL wymieszać | 5 mg/40 µL wymieszać |
| 5 mM NaN₃3 | 10 µL | 10 µL | 10 µL | 10 µL | 10 µL | 10 µL | 10 µL | 10 µL | 10 µL |
| 5 mM MgCl22 | 10 µL | 10 µL | 10 µL | 10 µL | 10 µL | 10 µL | |||
| 3 mM NAD+ | 10 µL | 10 µL | 10 µL | ||||||
| 0,8 mM NADP | 10 µL | 10 µL | 10 µL | 10 µL | 10 µL | ||||
| 2 mM ADP | 10 µL | ||||||||
| podłoże | 10 mM glukozo-6-fosforanu | 150 mM mleczanu | 50 mM bursztynianu | 100 mM kwasu jabłkowego | 2 mM izocytrynianu | 2 mM izocytrynianu | 2 mM izocytrynianu | 10 mM 6-fosfo-galaktonianu | 10 mM kwasu glutaminowego |
| 0,32 mM mPMS | 10 µL | 10 µL | 10 µL | 10 µL | 10 µL | ||||
| 0,2 mM PMS | 10 µL | 10 µL | 10 µL | 10 µL | |||||
| Czas inkubacji | 5 min | 30 min | 60 min | 60 min | 30 min | 30 min | 30 min | 10 min | 30 min |
Tabela 1. Schematyczny przegląd protokołu mapowania metabolicznego dla dehydrogenaz. Skróty: ADP, difosforan adenozyny; (m)PMS (metoksy)-5-metylofenazynium metylosiarczan; nitroBT, chlorek nitro błękitu tetrazoliowego; G6PDH, dehydrogenaza glukozo-6-fosforanu; LDH, dehydrogenaza mleczanowa; SDH, dehydrogenaza bursztynianowa; MDH, dehydrogenaza jabłczanowa; IDH, dehydrogenaza izocytrynianowa; 6PGD, dehydrogenaza 6-fosfoglukonianowa; GDH, dehydrogenaza glutaminianowa.
Badania nad metabolizmem komórkowym przeżywają obecnie renesans, ponieważ naukowcy zdają sobie sprawę, że efekty metaboliczne mają kluczowe znaczenie dla patogenezy i leczenia wielu chorób. 1 Ponadto badania metaboliczne są wspomagane przez rosnącą dostępność technik, które zapewniają tej dziedzinie badań więcej narzędzi niż kiedykolwiek, w tym spektrometrię mas, znakowanie radioizotopowe i spektrometrię magnetycznego rezonansu jądrowego. Mapowanie metaboliczne nie jest w żadnym wypadku nową techniką, ale jej zdolność do dostarczania zintegrowanych informacji na temat aktywności enzymów w sytuacji niemal zgodnej z naturą sprawia, że technika ta jest bardziej istotna niż kiedykolwiek. cyfra arabska
Kofaktory NAD+ i NADP+ znajdują się we wszystkich żywych komórkach, co wskazuje, że dehydrogenazy powstały bardzo wcześnie podczas ewolucji i odgrywają kluczową rolę w metabolizmie komórkowym. Obecnie zachodzą 523 reakcje katalizowane enzymami, które są klasyfikowane jako dehydrogenazy i występują u wszystkich gatunków. 16 Teoretycznie aktywność wszystkich różnych reakcji dehydrogenazy może być oddzielnie badana poprzez dostosowanie opisanego tutaj protokołu mapowania metabolicznego. Każda reakcja enzymatyczna jest wyjątkowa ze względu na substrat i kofaktory, które są potrzebne do jej działania. W związku z tym aktywność każdej reakcji enzymatycznej można określić za pomocą eksperymentu mapowania metabolicznego z odpowiednim substratem i kofaktorami w pożywce reakcyjnej. Jednak niektóre izoformy enzymów różnią się lokalizacją subkomórkową, np. jedna izoforma katalizuje reakcję w cytoplazmie, podczas gdy inna izoforma funkcjonuje w mitochondriach. Godnym uwagi przykładem są IDH1 i IDH2, z których pierwsze jest cytoplazmatyczne, a drugie mitochondrialne i są to dwa różne białka kodowane przez dwa różne geny. 11 Metylosiarczan 1-metoksy-5-metylofenazyny (metoksy-PMS) i metylosiarczan 5-metylofenazyny (PMS) mogą być używane jako nośniki elektronów w tych eksperymentach. Ten pierwszy nie przechodzi przez błony mitochondrialne, drugi tak. W związku z tym badania nad enzymami mitochondrialnymi (np. IDH2) powinny wykorzystywać PMS, podczas gdy badania nad enzymami cytozolowymi (np. IDH1) powinny wykorzystywać mPMS.
Podobnie jak w przypadku wielu technik, istnieją różne warianty tego protokołu, takie jak stosowanie różnych rodzajów soli tetrazoliowych, wykluczanie dodawania PMS i azydku sodu, stosowanie wodnego podłoża montażowego oraz różne czasy inkubacji i płukania, które mogą działać równie dobrze. Zastosowanie mapowania metabolicznego za pomocą soli tetrazolowych nie ogranicza się do dehydrogenaz. Z niewielkimi modyfikacjami protokołu, może on być również wykorzystywany do oceny aktywności enzymów, które działają bezpośrednio przed dehydrogenazą w szlaku metabolicznym. Wcześniej opisaliśmy tę zasadę dla enzymu glutaminazy, który działa bezpośrednio przed dehydrogenazą glutaminianu w szlaku glutaminolizy. 18 Teoretycznie tę samą zasadę można zastosować do innych enzymów, które działają bezpośrednio za lub przed dehydrogenazą, np. tojadazy, która leży bezpośrednio przed IDH2 i IDH3 w cyklu kwasu trikarboksylowego (TCA). Inną prostą zmianą stężeń opisanych w tabeli 1 jest sporządzenie fiolek z pożywką inkubacyjną o różnych stężeniach substratu, kofaktora i/lub inhibitora. Pozwala to na generowanie krzywych dawka-aktywność w funkcji substratu, kofaktora i/lub stężenia inhibicji.
Technicznie rzecz biorąc, eksperymenty z mapowaniem metabolicznym nie ułatwiają bezstronnych obserwacji aktywności enzymów in situ, ponieważ naukowcy muszą wybrać stężenie substratu i kofaktora, które mogą nie odzwierciedlać poziomów substratu i kofaktora obecnych in situ. Ponadto zastosowanie lepkiego 18% PVA w pożywce reakcyjnej służy utrzymaniu makrocząsteczek w stanie nienaruszonym, na miejscu i w konformacji, ale uniemożliwia skuteczną dyfuzję odczynników o niskiej masie cząsteczkowej przez podłoże reakcyjne. 3,5 W związku z tym określone aktywności enzymatyczne w opisanych tutaj doświadczeniach, w których wykorzystuje się suprafizjologiczne stężenia substratów, nie odzwierciedlają sytuacji in vivo przy danym stężeniu substratu, ale są odpowiednie do porównań wewnątrzdoświadczalnych. Zatem wynikiem eksperymentów mapowania metabolicznego jest zdolność produkcyjna (maksymalna aktywność) reakcji enzymatycznej w kontekście poziomów substratu i kofaktora, które są obecne in situ. Ponadto zastosowanie różnych stężeń substratu i/lub kofaktorów oraz wielu próbek pozwala na bezstronne porównanie maksymalnej zdolności produkcyjnej (Vmax) i powinowactwa (Km) enzymu do substratu/kofaktora w preparatach komórkowych, tkankach lub regionach tkankowych. Parametry te są wynikiem sumy ekspresji białek enzymatycznych, modyfikacji potranslacyjnych oraz wpływu zatłoczonego mikrośrodowiska na aktywność enzymów. Dlatego mapowanie metaboliczne jest nadal lepszym odzwierciedleniem aktywności enzymu niż eksperymenty, które określają ekspresję białka lub aktywność oczyszczonego enzymu in vitro.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
R.J.M. jest wspierany przez stypendium doktoranckie AMC. Badania te były wspierane przez Holenderskie Towarzystwo Onkologiczne (grant KWF UVA 2014-6839). Autorzy dziękują dr A. Jonkerowi za pomoc w napisaniu protokołu.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Sól sodowa adenozyno-5′-difosforanu | Sigma-Aldrich | A2754 | |
| Sól sodowa 6-fosforanu D-glukozy | Sigma-Aldrich | G7879 | |
| Wodorofosforan disodowy (NA2HPO4) | Merck Millipore | 106559 | |
| bursztynian di-sodu | Sigma-Aldrich | W327700 | |
| Hydrat soli trisodowej kwasu DL-izuelowego | Sigma-Aldrich | I1252 | |
| Kwas D-jabłkowy | Sigma-Aldrich | 2300 | |
| Żelatyna glicerolowa | Sigma-Aldrich | GG1 | |
| Kwas L-glutaminowy | Sigma-Aldrich | G1251 | |
| 6-fosfo-D-galaktonian litu | Sigma-Aldrich | 55962 | |
| Chlorek magnezu | Sigma-Aldrich | M8266 | |
| metoksy-fenazynosiarczan | Serva | 28966.01 | |
| Dinukleotyd nikotynamidoadeninowy | Sigma-Aldrich | N0505 | |
| Fosforan dinukleotydu nikotynamidoadeninowego | Sigma-Aldrich | NADP-RO | |
| Nitrotetrazolium Niebieski chlorek | Sigma-Aldrich | N6876 | |
| Metosiarczan fenazyny | Serva | 32030.01 | |
| Alkohol poliwinylowy, w pełni hydrolizowany | Sigma-Aldrich | P1763 | |
| Diwodorofosforan potasu (KH2PO4) | Merck Millipore | 104873 | |
| Azydek sodu | Sigma-Aldrich | S2002 | |
| L-mleczan sodu | Sigma-Aldrich | L7022 | |
| Filtr pasmowoprzepustowy | Optyka Edmund | https://www.edmundoptics.de/optics/optical-filters/bandpass-filters/Hard-Coated-OD-4-10nm-Bandpass-Filters/ | |
| Szary | klin schodkowyStouffer Industries | http://www.stouffer.net/TransPage.htm |
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie