Окисление жирных кислот β является важным процессом в липидном обмене, обеспечивая катаболический путь для балансировки синтеза и потребления жирных кислот из рациона. Этот процесс генерирует энергию для нескольких органов, включая сердечную мышцу, кору почек и печень натощак, и использует жирные кислоты, полученные из рациона, липолиза жировой ткани и внутренних запасов триглицеридов 1,2.
Окисление жирных кислот через β путь окисления приводит к последовательному укорочению жировой ациловой цепи двумя углеродами одновременно, высвобождаемыми в виде ацетил-КоА, и этот процесс происходит как в митохондриях, так и в пероксисомах. В то время как большинство жирных кислот подвергаются только β окислению, некоторые из них окисляются при различных углеродах, прежде чем войти в этот путь. Например, 3-метилзамещенные жирные кислоты, такие как фитановая кислота, подвергаются удалению одного углерода путем α-окисления в пероксисомах перед попаданием в β путь окисления. Аналогичным образом, некоторые жирные кислоты сначала превращаются в дикарбоновые жирные кислоты путем окисления концевой метильной группы (ω-окисление) в эндоплазматическом ретикулуме, прежде чем предпочтительно окисляются в пероксисомах путем β-окисления3.
Независимо от конкретной органеллы, жирная кислота должна быть сначала преобразована в тиоэстер коэнзима А (КоА), или ацил-КоА, для окисления через β путь окисления. β-окисление длинноцепочечных ацил-КоА в митохондриальном матриксе требует карнитинового челнока для их транслокации, где карнитин пальмитоилтрансфераза 1 (CPT1) катализирует превращение ацил-КоА в ацилкарнитины и является ферментом, ограничивающим скорость в этом процессе4. После перемещения в митохондриальный матрикс ацил-КоА повторно формируются и служат субстратами для митохондриального механизма β окисления. В состоянии голодания ацетил-КоА, образующийся в результате β-окисления в печеночных митохондриях, в основном направляется на кетогенез. Пероксисомы служат основным местом для β окисления очень длинноцепочечных, разветвленных и дикарбоновых жирных кислот. Пероксисомы не требуют карнитинового шаттла для импорта субстратов жирных кислот, вместо этого импортируя соответствующие ацил-КоА через активность транспортеров АТФ-связывающей кассеты (ABC) ABCD1-35. Внутри пероксисом ацил-КоА затем окисляются специальным набором ферментов, отличных от митохондриальных жирных кислот β механизма окисления. Как митохондрии, так и пероксисомы также требуют поставок NAD+ и свободного КоА для окисления жирных ацильных цепей. Было показано, что уровни CoA в печени увеличиваются в ответ на голодание, поддерживая повышенную скорость окисления жирных кислот, которое происходит в этом состоянии6. Кроме того, повышенная деградация КоА в пероксисомах приводит к селективному снижению окисления пероксисомальных жирных кислот7. Поэтому процесс окисления жирных кислот внутри клетки регулируется уровнями экспрессии и активностью ферментов, участвующих в активации, транспорте и окислении жирных кислот, а также концентрациями кофакторов и других метаболитов в нескольких субклеточных компартментах.
Процедуры с использованием тканевых гомогенатов для измерения окисления жирных кислот разрушают клеточную архитектуру, регулирующую и поддерживающую этот процесс, что приводит к сбору данных, которые не точно отражают метаболизм in vivo. В то время как методы, использующие покрытые первичные гепатоциты, сохраняют эту систему, культивирование изолированных клеток в течение длительных периодов времени приводит к потере профиля экспрессии генов in vivo, который присутствовал в клетках, когда они все еще жили в животном 8,9. Следующий протокол описывает способ выделения первичных гепатоцитов и анализа их способности к β окисления жирных кислот сразу после выделения и в суспензии с использованием [1-14С]пальмитиновой кислоты. Анализ основан на измерении радиоактивности, связанной с кислоторастворимыми метаболитами (ASM) или продуктами, такими как ацетил-КоА, полученными β окисления [1-14C]пальмитиновой кислоты10,11.