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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Este método descreve a preparação da amostra de células cultivadas e tecidos animais, extração e derivatização da coenzima A nas amostras, seguida de cromatografia líquida de alta pressão para purificação e quantificação da coenzima a derivatizada por absorvância ou detecção de fluorescência.
A pesquisa emergente revelou que a fonte celular da coenzima A (CoA) pode tornar-se limitando com um impacto prejudicial no crescimento, no metabolismo e na sobrevivência. A medida do COA celular é um desafio devido a sua abundância relativamente baixa e à conversão dinâmica de COA livre aos tioésteres de COA que, por sua vez, participam em reações metabólicas numerosas. Um método é descrito que navega através das armadilhas potenciais durante a preparação da amostra para render um ensaio com uma escala linear larga da deteção que seja apropriada para o uso em muitos laboratórios biomédicos.
Coenzima A (COA) é um cofator essencial em todos os organismos vivos e é sintetizada a partir de ácido pantotênico, também chamado pantotenato (o sal do ácido pantotênico) ou vitamina B5. O CoA é o principal portador intracelular de ácidos orgânicos, incluindo ácidos de cadeia curta, como acetato e succinato, ácidos de cadeia ramificada, como propionato e metilmalonato, ácidos graxos de cadeia longa, como palmitato e oleato, ácidos graxos de cadeia muito longa, como ácidos graxos poliinsaturados e xenobióticos, como o ácido valproico. O ácido orgânico dá forma a um enlace do Tioéster enzymaticamente com o COA para permitir seu uso como um substrato em mais de 100 reações no metabolismo intermediário1. Os tioésteres de COA são também reguladores alostérico e activators transcricional. É apreciado agora2 que a fonte total celular do COA é regulada3,4; assim, a disponibilidade de CoA pode ser limitante, e que as deficiências de CoA podem ser catastróficas, como exemplificada por desordens genéticas herdadas que impactam o biossynthesis5do COA. A quinase de pantothenate catalisa a primeira etapa na biossíntese de CoA (Figura 1) e a neurodegeneração associada Pantothenate da quinase, chamada pkan, é causada por mutações no gene PANK2 6. A enzima CoA sintase, codificada pelo gene Coasyn , catalisa os dois últimos passos na biossíntese de COA (Figura 1) e a neurodegeneração associada à proteína Coasy, denominada Copan, é causada por uma mutação no gene da coasyn 7. Ambos pkan e Copan são doenças neurodegenerativas herdadas associadas com a acumulação do ferro nas deficiências do cérebro e do COA Underly as patologias da doença.
Os níveis celulares do CoA total variam entre os tecidos8 e o COA total pode aumentar ou diminuir uma variedade de Estados fisiológicos, patológicos e farmacológicos. O CoA do fígado aumenta durante o switching do combustível do FED ao estado jejuado9, e os níveis do COA do fígado são anormalmente elevados em ratos obesos leptin-deficientes10. O CoA do fígado diminui em resposta à ingestão crônica do etanol11. Os níveis do CoA do cérebro no modelo do rato do Knockout Pank2 são deprimidos durante o período perinatal, mas mais tarde no índice adulto do COA do cérebro do estágio são equivalentes aos níveis do selvagem-tipo, indicando uma resposta adaptativa do COA durante o desenvolvimento12. A manipulação do conteúdo de COA tecidual por métodos de transgênese ou de entrega gênica impacta as funções metabólicas e neurais13,14,15. O desenvolvimento pré-clínico de terapias potenciais para pkan ou Copan inclui medidas da célula ou do tecido COA como indicadores da eficácia16,17,18,19,20 . A avaliação de todas estas condições e suas conseqüências metabólicas ou funcionais exige um método quantitativo para a medida do CoA total.
Um ensaio preciso e fiável para a medição de CoA em amostras biológicas é um desafio técnico em muitos laboratórios. Infelizmente, não há sondas disponíveis para avaliar ou quantificar tioésteres de COA ou CoA em células intactas, embora os análogos de tioésteres de CoA natural tenham sido amplamente utilizados como sondas mecanísticas em estudos de éster CoA utilizando enzimas21. A conversão do COA, com uma fração livre do sulfidrila (-SH), a um Tioéster de COA (ou reciprocamente) é rápida nas pilhas ou nos tecidos animais durante a transferência a um ambiente diferente e durante o lysis da pilha. Numerosas sinthetases de acilo-CoA e tioesterases de acilo-CoA nas células mediam as interconversões dentro da piscina CoA, e enzimas adicionais que utilizam tioésteres de CoA como substratos permanecem ativas em amostras biológicas até serem extinto por substâncias químicas ou físicas Significa. O off-loading de Acyl-grupos do COA à carnitina por Acyl-transferases é um exemplo dentro da rede das reações que podem alterar a distribuição do Tioéster de COA/COA. Os traçadores radioativos podem ser usados para medir as taxas de síntese de CoA nas células. Os métodos atuais para a medição de derivados de CoA e CoA em amostras biológicas foram revisados22 e incluem ensaios espectrofotométricos enzimáticos acoplados, cromatografia líquida de alta pressão e procedimentos baseados em espectrometria de massas. Entretanto, estes métodos são centrados frequentemente em espécies moleculars específicas do CoA e são cegos à variação da associação total do CoA. Os ensaios enzimáticos acoplados geralmente exigem maiores quantidades de material de entrada devido a baixas sensibilidades de detecção e têm uma faixa limitada de linearidade.
Nosso laboratório desenvolveu um procedimento de confiança para a quantificação do CoA total em pilhas cultivadas e em tecidos animais. A estratégia inclui a hidrólise de todos os tioésteres de COA para render somente o COA livre durante a preparação da amostra, um pouco do que fazendo esforços para manter e analisar o espectro inteiro de espécies de COA. O procedimento é uma compilação de métodos publicados individuais para a preparação da amostra, a derivação do COA, a purificação e a identificação depois da cromatografia líquida de alta pressão (HPLC), e a quantificação do COA derivatizado pela absorvência ou detecção de fluorescência23,24,25. As determinações do CoA obtidas usando este procedimento permitiram nossa compreensão da regulação do CoA e o desenvolvimento de uma aproximação terapêutica para o tratamento de deficiências de CoA.
O procedimento animal referido neste protocolo foi realizado de acordo com os protocolos 323 e 556 e especificamente aprovado pelo Comitê de cuidados e uso de animais institucionais do hospital de pesquisa infantil St. Jude.
1. preparação de soluções
Nota: Use água ultrapura para todas as soluções e quando indicado nos procedimentos.
2. preparação do padrão de CoA-bimane
3. extração e derivatização de CoA em células cultivadas
4. extração e derivatização de CoA nos tecidos
5. amostra de limpeza com coluna de extração de fase sólida (SPE)
6. purificação de HPLC e medição de CoA-bimane
Um método relativamente rápido e de confiança para a deteção do COA total em pilhas e em tecidos cultivados foi desenvolvido derivatização o tiol do COA a um agente fluorescente usando o mbbr, e então purificante o COA-bimane derivatizado usando a HPLC da fase reversa. Uma curva padrão é gerada pela primeira vez, onde as quantidades conhecidas e crescentes da norma CoA-bimana são injetadas individualmente e as áreas os picos dos cromatogramas CoA-bimane são plotadas em função da entrada CoA-bimana (Figura 4). O CoA-bimane tem um máximo de absorbância a λ 393 nM e um perfil de HPLC representativo mostra o tempo de retenção do padrão CoA-bimano em uma coluna de HPLC C18 (Figura 3) usando o programa de eluição na tabela 1. As curvas-padrão representativas do CoA-bimano, detectadas pela medição de absorvância ou por unidades de fluorescência, são mostradas na Figura 4A e na Figura 4B, respectivamente. A curva padrão na Figura 4a reflete a magnitude da absorvência de COA-bimane a λ 393 nm e a Figura 4B representa a fluorescência de CoA-bimane (λex = 393 nm e λem = 470 nm) plotada versus a quantidade de entrada de CoA-bimane. O padrão de CoA-bimane pode ser detectado de 0, 1 a 12.000 pmol e cobre uma escala de 106dobras quando a deteção usando a absorvência e a fluorescência são combinadas. Embora o limite inferior de detecção da norma seja 0, 1 pmol, o limite inferior da quantificação de CoA-bimane em amostras experimentais é de 0,2 pmol, que é cerca de 5 vezes maior do que a fluorescência basal ou de fundo no cromatograma. A escolha da detecção por absorvância ou fluorescência de CoA-bimano depende da quantidade de CoA normalmente presente nos tecidos ou células, juntamente com a praticidade de trabalhar com tamanhos amostrais maiores ou menores. A absorvência é geralmente útil para amostras de tecido, pois a manipulação 40-50 mg de material de partida produz melhor recuperação do que 5 mg amostras de tecido, enquanto que a fluorescência é geralmente útil para amostras de células cultivadas que são menores em tamanho e há maior confiança na interpolação de valores na extremidade inferior da curva padrão de fluorescência. Os laboratórios com detecção de absorvência somente podem considerar aumentar ou diminuir o tamanho da amostra inicial, aumentando o volume de injeção de HPLC ou diminuindo o volume para a ressuscitura da amostra (seção 5,9 acima) para medições em células cultivadas.
As condições para hidrolisamento de acilo-CoAs de tecidos e células cultivadas foram otimizadas ajustando a concentração de KOH, e o tempo e a temperatura da incubação subsequente (dados não mostrados). A condição óptima foi encontrada para ser 0,25 M em 55 ° c por 2 horas. O grupo do tiol do COA livre mais todo o COA liberado dos tioésteres foi derivatizado pela reação com o mbbr depois do ajuste do pH. A separação subsequente da HPLC e os perfis típicos da deteção para o fígado do rato ou as pilhas C3A cultivadas humanas são indicados em Figura 5 como picos vermelhos, com um tempo de retenção entre 11 e 12 minutos usando o programa da eluição descrito na tabela 1. Quantidades típicas de material de partida biológica são 30-40 mg de fígado murino (peso molhado), 6-8 x 106 células para células C3a humanas "fígado-like", ou ~ 1,3 x 107 células para células HEK293T humanas. As células C3A foram tratadas com uma droga experimental de PanK PZ-2891 a 10 uM que eleva o CoA17 (Figura 6). As medições de CoA em células HEK293T quando as isoformas PanK são superexpressas mostram medidas de CoA em uma ampla faixa (431-6925 pmoles/μL) (Figura 6). Os tamanhos de amostra exigidos para esta metodologia são práticos para a aplicação a muitos contextos experimentais.
A área o pico de CoA-bimane foi calculada utilizando-se o software fornecido com a HPLC. Os limites máximos podem ser determinados automaticamente pelo software da HPLC que pendem o ajuste apropriado de valores da entrada para a correção da linha de base e a definição do pico, mas nosso laboratório prefere designar manualmente o pico do CoA-bimane em cada cromatograma, particular para amostras biológicas desconhecidas.
| Tempo (min) | Taxa de fluxo (mL/min) | % A | % B | Curva |
| 0 | 0,5 | 90 | 10 | 0 |
| 2 | 0,5 | 90 | 10 | 6 |
| 6 | 0,5 | 85 | 15 | 6 |
| 18 | 0,5 | 60 | 40 | 6 |
| 23 | 0,5 | 60 | 40 | 6 |
| 25 | 0,5 | 90 | 10 | 6 |
| 30 | 0,5 | 90 | 10 | 66 |
Tabela 1: programa de HPLC para separação de COA-bimane. Tampão A: 50 mM KH2po4, pH 4,6; Tampão B: acetonitrila. A mistura do tampão A e do amortecedor B segue a curva 6 que é um inclinação linear, com uma curva 8 de intervenção que seja um inclinação côncavo médio.

Figura 1. Via de biossíntese de coenzima A. A quinase de pantotenato (Pank) catalisa o fosforilação do pantotenato (vitamina B5) a 4 ′-phosphopantothenate na primeira etapa da biossíntese de COA. A formação de fosfopantotenato é seguida por condensação com cisteína catalisada por 4 ′-fosfopantothenoylcysteine sintase e, em seguida, descarboxilação para formar 4 ′-fosfopantetheine por 4 ′-fosfopanthenoylcysteine decarboxylase. 4 ′-phosphopantetheine é convertido ao Coenzyme A (CoA) em um processo Two-Step catalisado pelo sintase do CoA. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2. reação de mBBr com COA. Monobromobimane (mbbr) é misturado com COA-sh (COA livre) e incubadas na temperatura ambiente por 2 horas no escuro. O mBBr não-fluorescente torna-se fluorescente quando acoplado ao CoA para formar CoA-bimane. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: traço da HPLC da absorvência do padrão de COA-bimane. O CoA-bimane foi separado em uma coluna de Gemini C18 usando o programa de HPLC na tabela 1. O tempo de retenção típico (min) é indicado por unidades de aborbance (UA). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: curvas padrão COA-bimana detectadas por absorvância ou fluorescência. (A) a curva padrão medida utilizando unidades de detecção de absorvância para COA-bimano foi medida a λ 393 nm. As amostras de tecido são geralmente avaliadas usando a curva padrão de absorvância. (B) a curva padrão medida usando unidades de detecção de fluorescência para COA-bimane em λex = 393 nm, λem = 470 nm. As células cultivadas são geralmente avaliadas para o conteúdo de CoA usando a curva padrão de fluorescência. Padrões duplicados (e amostras) são avaliados rotineiramente. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5: traços de HPLC de amostras típicas de células hepáticas ou cultivadas. (A) identificação do COA-bimane e quantificação do índice no extrato do fígado do rato. Unidades de absorvância (UA) são indicadas. (B) identificação de COA-bimane e quantificação de conteúdo em células cultivadas HEPG2/C3a. As unidades de emissão de fluorescência (UE) são indicadas. Os picos de CoA-bimane são mostrados em vermelho. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6. Os níveis de CoA no fígado do rato, cultivadas C3A e HEK293T células. (A) medida do COA no fígado do rato do knockout do pantotenato da quinase (Pank1-/-) e animais selvagens-tipo combinados (WT). Pank1-/- os animais têm COA inferior no fígado em comparação com os animais em peso devido à ausência de Pank1 expressão9. Os dados foram obtidos por meio de 5 camundongos machos por genótipo e representados como a média ± SEM. (B) níveis de COA em células HEPG2/C3a tratadas com dimetilsulfóxido (controle do veículo) ou PZ-2891, uma droga experimental que modula a atividade de Pank em 10 um o nível de CoA celular 17. The é elevado que segue a incubação de 24 horas com PZ-2891. (C) os níveis de COA em pilhas HEK293T transfected com o vetor vazio pcDNA 3.1, ou cDNAs que codificam isoforms humanos de Pank: PANK1β, PANK2m que é o isoforma maduro, processado do PANK2 humano, ou PANK3. Os níveis de COA são elevados pelo superexpressão de todas as isoformas ativas de Pank. Os dados em (B) e (C) são de amostras independentes de triplicado e são representados como a média ± sem. A análise estatística foi realizada por meio do teste t não pareado e os valores de significância são mostrados em vermelho. Os dados nos painéis (B) e (C) são adaptados de Sharma et al. 12por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
MWF, CS e SJ escreveram o artigo, MWF e CS forneceram os dados e figuras, o COR projetou os experimentos e revisou criticamente o manuscrito. SJ e cor são inventores em um pedido de patente pendente (PCT/US17/39037) "moduladores de pequenas moléculas de pantotenato kinases" detidos por St. Jude Children ' s Research hospital que abrange o composto PZ-2891 referenciado neste artigo.
Este método descreve a preparação da amostra de células cultivadas e tecidos animais, extração e derivatização da coenzima A nas amostras, seguida de cromatografia líquida de alta pressão para purificação e quantificação da coenzima a derivatizada por absorvância ou detecção de fluorescência.
Os autores reconhecem o financiamento para a pesquisa patrocinada fornecida pela CoA Therapeutics, Inc., uma subsidiária da BridgeBio LLC, a concessão nacional dos institutos de saúde GM34496, e as instituições de caridade associadas sírias americanas libanesas.
| Coluna SPE de gel de sílica 2-(2-piridil) -etil | Millipore-Sigma | 54127-U | |
| coenzima A | Avanti Polar Lipids | 870700 | |
| Gemini C18 3 μ m 100 & Aring; Coluna para HPLC | Phenomenex | 00F-4439-E0 | |
| monobromobimane | ThermoFisher Scientific | M-1378 | |
| Omni-Tip sonda disruptor tecidual | Omni International | 32750H | |
| Parafilm Fisher | S37440 | ||
| PowerGen 125 rotor motorizado homogeneizador de estator | ThermoFisher Scientific | NC0530997 | |
| Spin-X filtro de tubo de centrífuga | CoStar | 8161 | |
| Trizma-HCl | Fisher | T395-1 | |
| Waters 2475 detector de fluorescência | Waters | 2475 | |
| Waters 2489 detector UV-Vis | Waters | 2489 | |
| Waters e2695 módulo de separações Waters e2695 |