Tutaj przedstawiono protokół metabolicznego znakowania drożdży kwasem 14C-octowym, który jest sprzężony z chromatografią cienkowarstwową w celu oddzielenia obojętnych lipidów.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj przedstawiono protokół metabolicznego znakowania drożdży kwasem 14C-octowym, który jest sprzężony z chromatografią cienkowarstwową w celu oddzielenia obojętnych lipidów.
Neutralne lipidy (NLs) to klasa hydrofobowych, bezładunkowych biomolekuł, które odgrywają kluczową rolę w homeostazie energetycznej i lipidowej. NL są syntetyzowane de novo z acetylo-CoA i są obecne głównie w eukariontach w postaci trójglicerydów (TG) i estrów steroli (SE). Enzymy odpowiedzialne za syntezę NL są wysoce konserwatywne od Saccharomyces cerevisiae (drożdży) do ludzi, co czyni drożdże użytecznym organizmem modelowym do analizy funkcji i regulacji enzymów metabolizmu NL. Chociaż wiele wiadomo o tym, w jaki sposób acetylo-CoA jest przekształcany w różnorodny zestaw gatunków NL, mechanizmy regulacji enzymów metabolizmu NL i to, jak nieprawidłowa regulacja może przyczyniać się do patologii komórkowych, są nadal odkrywane. Liczne metody izolacji i charakterystyki gatunków NL zostały opracowane i wykorzystane w ciągu dziesięcioleci badań; jednak ilościowy i prosty protokół kompleksowej charakterystyki głównych gatunków NL nie został omówiony. W tym artykule przedstawiono prostą i adaptowalną metodę ilościowego oznaczania syntezy de novo głównych gatunków NL w drożdżach. Stosujemy znakowanie metaboliczne 14kwasów C-octowych w połączeniu z chromatografią cienkowarstwową w celu oddzielenia i ilościowego określenia różnorodnego zakresu fizjologicznie ważnych NL. Ponadto metoda ta może być łatwo zastosowana do badania szybkości reakcji in vivo enzymów NL lub degradacji gatunków NL w czasie.
Acetylo-CoA jest podstawowym budulcem różnorodnych biomolekuł, w tym neutralnych lipidów (NL), które służą jako wszechstronna waluta biomolekularna do budowy błon, generowania ATP i regulowania sygnalizacji komórkowej1,2. Dostępność NL, które mogą zostać przetoczone do którejkolwiek z tych odpowiednich ścieżek, jest częściowo regulowana przez ich magazynowanie. Kropelki lipidów (LD), organelle cytoplazmatyczne złożone z hydrofobowych rdzeni trójglicerydów (TG) i estrów steroli (SE), są głównymi przedziałami magazynowymi większości komórkowych NL. W związku z tym LD sekwestrują i regulują NL, które mogą być degradowane, a następnie wykorzystywane do procesów biochemicznych i metabolicznych3,4. Wiadomo, że nieprawidłowa regulacja białek związanych z NL i LD jest skorelowana z wystąpieniem patologii, w tym lipodystrofii i zespołów metabolicznych5,6. Z tego powodu obecne badania nad LD koncentrują się na tym, w jaki sposób synteza NL jest regulowana przestrzennie, czasowo i w różnych tkankach organizmów wielokomórkowych. Ze względu na wszechobecne role komórkowe NL, wiele enzymów odpowiedzialnych za syntezę i regulację NL jest konserwatywnych we wszystkich eukariontach7. Rzeczywiście, nawet niektóre prokariota przechowują NL w LDs8. W związku z tym genetycznie podatne organizmy modelowe, takie jak Saccharomyces cerevisiae (drożdże pączkujące), okazały się przydatne do badania syntezy i regulacji NL.
Separacja i kwantyfikacja NLs z ekstraktów komórkowych może być realizowana na wiele sposobów, włączając w to chromatografię gazową ze spektrometrią mas (GC-MS), wysokosprawną chromatografię cieczową (HPLC) i ultra-sprawną chromatografię cieczową ze spektrometrią mas (UPLC-MS)9,10,11. Być może najprostszą metodą separacji NL jest chromatografia cienkowarstwowa (TLC), która pozwala na późniejszą densytometryczną kwantyfikację z krzywej wzorcowej12,13. Chociaż TLC zapewnia tylko ziarnistą separację NL, pozostaje potężną techniką, ponieważ jest niedroga i pozwala na szybkie oddzielenie NL od kilku próbek jednocześnie. Dwa z najpoważniejszych wyzwań stojących przed badaniem NL za pomocą TLC to: 1) szeroki zakres liczebności komórkowej gatunków NL i ich produktów pośrednich oraz 2) zakres hydrofilowości/hydrofobowości pośrednich lipidów w szlakach syntezy NL. W związku z tym oznaczanie ilościowe gatunków NL za pomocą TLC jest zazwyczaj ograniczone do gatunków najliczniejszych; jednak wprowadzenie znakowania radioaktywnego kwasem 14C-octowym może znacznie poprawić wykrywanie produktów pośrednich o niskiej liczebności w szlakach NL. Kwas octowy jest szybko przekształcany w acetylo-CoA przez syntetazę acetylo-CoA ACS214, co sprawia, że kwas 14C-octowy jest odpowiednim substratem do znakowania radioaktywnego w drożdżach15. Dodatkowo, separacja zarówno hydrofobowych NL, jak i hydrofilowych produktów pośrednich NL może być osiągnięta przez TLC poprzez zastosowanie wielu systemów rozpuszczalników16. W tym miejscu przedstawiono metodę rozdzielania NL przy użyciu znakowania metabolicznego 14C-octowym kwasu octowego w drożdżach. Lipidy znakowane w okresie impulsowym są następnie izolowane za pomocą dobrze ugruntowanego protokołu całkowitej izolacji lipidów17, po czym następuje separacja gatunków NL przez TLC. Opracowanie płytek TLC zarówno za pomocą autoradiografii w celu wizualizacji znakowanych lipidów, jak i sprayu chemicznego w celu wizualizacji całkowitych lipidów, pozwala na zastosowanie wielu metod kwantyfikacji. Poszczególne prążki lipidowe można również łatwo wyekstrahować z płytki TLC za pomocą żyletki, a zliczanie scyntylacyjne można wykorzystać do ilościowego określenia ilości materiału znakowanego radioaktywnie w paśmie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Wzrost i znakowanie komórek drożdży kwasem 14C-octowym
2. Izolacja całkowitej ilości lipidów z drożdży
UWAGA: Poniższy protokół izolacji lipidów opiera się na dobrze znanej i często stosowanej metodzie, która skutecznie ekstrahuje najbardziej neutralne gatunki lipidów17,18.
UWAGA: Podczas korzystania z rozpuszczalnika organicznego zawsze noś odpowiednie środki ochrony osobistej i jeśli to możliwe, pracuj wewnątrz dygestorium. Podczas ekstrakcji lipidów należy unikać stosowania tworzyw sztucznych, które są niekompatybilne z rozpuszczalnikami organicznymi. Rurki polipropylenowe są odpowiednie dla następującego protokołu.
3. Separacja i kwantyfikacja znakowanych radioizotopowo NL metodą chromatografii cienkowarstwowej
4. Wizualizacja i kwantyfikacja lipidów oddzielonych TLC
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W niniejszym protokole wykazaliśmy, że znakowanie, detekcja i kwantyfikacja frakcji NL mogą zostać przeprowadzone za pomocą znakowania metabolicznego kwasem octowym z 14C. Główne frakcje NL można rozdzielić w układzie rozpuszczalników heksan:eter naftowy:eter dietylowy:kwas octowy w proporcji 50:40:10:1 (v/v/v/v%) (Rycina 1A,B). Obrazowanie fosforowe umożliwia wizualizację znakowanych wolnych kwasów tłuszczowych (FFA), triacylogliceroli (TG), diacylogliceroli (DG)...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W tym miejscu przedstawiono wszechstronny protokół znakowania radioaktywnego do ilościowego monitorowania syntezy gatunków NL w drożdżach. Protokół ten jest bardzo modułowy, co pozwala na zakończenie zabiegu w ciągu 3-6 dni. Ponadto istnieje bogata literatura na temat stosowania TLC do oddzielania form lipidów i metabolitów, co powinno pozwolić użytkownikowi na wykrycie kilku interesujących gatunków lipidów za pomocą prostej zmiany systemów rozpuszczalników TLC16,19
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie ma sprzecznych interesów w przygotowaniu tego manuskryptu.
Autorzy chcieliby podziękować członkom laboratorium Henne za pomoc i porady koncepcyjne w ukończeniu tego badania. W.M.H. jest wspierany przez fundusze z Welch Foundation (I-1873), NIH NIGMS (GM119768), Ara Paresghian Medical Research Fund oraz UT Southwestern Endowed Scholars Program. Firma S.R otrzymała wsparcie w ramach grantu programu T32 (5T32GM008297).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| [1-C14] Sól sodowa kwasu octowego Aktywność specyficzna: 45-60mCi | PerkinElmer | NEC084H001MC | |
| 18:1 1,2 dioleoilo-sn-glicerol | Avanti | 800811O | |
| 200 proof absolutny | Sigma | 459836 | |
| Koraliki szklane płukane kwasem 425-600um | Sigma | G8772 | |
| Bursztynowe żarówki do pipet Pastuer | Fisher | 03-448-24 | |
| Siarczan amonu >99% | Sigma | A4418 | |
| Beckman LS6500 Licznik scyntylacyjny | PerkinElmer | A481000 | |
| Chloroform (klasa HPLC) | Fisher | C607SK | |
| Cholesterol >99% | Sigma | C8667 | |
| >98% | Sigma | C0289 | |
| Skoncentrowany kwas siarkowy | Sigma | 339741 | |
| Corning 50mL probówki stożkowe, polipropylen z nakrętką centristar | Sigma | CLS430829 | |
| dekstroza, bezwodna Sigma | D9434 | ||
| Eter dietylowy bezwodny | Sigma | 296082 | |
| Suszarka | Fisher | 11-475-155 | |
| Ciecz scyntylacyjna EcoLume | Wirówka VWR | IC88247001 | |
| Eppendorf 5424R | Fisher | 05-401-205 | |
| GE Przechowywanie sita fosforowego | Sigma | GE28-9564-75 | |
| GE Typhoon FLA9500 imager | |||
| Lodowaty kwas octowy, klasa ACS | Sigma | 695092 | |
| Szklane fiolki scyntylacyjne 6 ml | Sigma | M1901 | |
| Szklane nakrętki do probówek wirówkowych | Fisher | 14-595-36A | |
| Szklane probówki wirówkowe | Fisher | 14-595-35A Szklane | |
| pipety Pasteura | Fisher | 13-678-20C | |
| Heksan bezwodny | Sigma | 296090 | |
| L-adenina >99% | Sigma | A8626 | |
| L-alanina >98% | Sigma | A7627 | |
| L-arginina >99% | Sigma | A1270000 | |
| L-asparagina >98% | Sigma | A0884 | |
| L-asparaginian >98% | Sigma | A9256 | |
| L-cysteina >97% | Sigma | W326305 | |
| Jednowodna sól monosodowa kwasu L-glutaminowego >98% | Sigma | 49621 | |
| L-glutamina >99% | Sigma | G3126 | |
| L-glicyna >99% | Sigma | G8898 | |
| L-histydyna >99% | Sigma | H8000 | |
| L-Izoleucyna >98% | Sigma | I2752 | |
| L-leucyna >98% | Sigma | L8000 | |
| L-lizyna >98% | Sigma | L5501 | |
| L-metionina, klasa HPLC | Sigma | M9625 | |
| L-fenyloalanina, odczynnik klasy | Sigma | P2126 | |
| L-Prolina >99% | Sigma | P0380 | |
| L-seryna >99% | Sigma | S4500 | |
| L-teronina, klasa odczynnika | Sigma | T8625 | |
| L-tryptofan >98% | Sigma | T0254 | |
| L-Tyrozyna >98% | Sigma | T3754 | |
| L-Uracyl >99% | Sigma | U0750 | |
| L-walina >98% | Sigma | V0500 | |
| Metanol, klasa ACS Kwas | Fisher | A412 | |
| >99% | Sigma | O1008 | |
| aldehyd anżynowy | Sigma | A88107 | |
| Eter naftowy, klasa ACS | Sigma | 184519 | |
| Fosfatydylocholina, dipalmitoilo >99% | Sigma | P1652 | |
| Pipety | Eppendorf | 2231000713 | |
| Chlorek potasu, klasa ACS | Sigma | P3911 | |
| Granulki wodorotlenku sodu, certyfikowane ACS | Fisher | S318-100 | |
| Skwalen >98% | Sigma | S3626 | |
| Kwas bursztynowy krystaliczna/certyfikowana | Fisher | 110-15-6 | |
| TLC | Sigma | Z265225 | |
| żel krzemionkowy TLC 60G szklana płytka kanałowa | Fisher | NC9825743 | Brak wskaźników fluorescencyjnych |
| Przezroczysta folia z tworzywa sztucznego | Apollo | 829903 | |
| Tricine | Sigma | T0377 | |
| Trioleina >99% | Sigma | T7140 | |
| Mieszalnik wirowy | Fisher | 02-215-414 | |
| Kaseta ekspozycyjna Whatman | Sigma | WHA29175523 | |
| Drożdżowa baza azotowa bez siarczanu amonu i aminokwasów | Sigma | Y1251 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.