Summary

कोलेस्ट्रॉल के साथ स्तनधारी ऊतकों और ज़ेनोपस ओसाइट्स का संवर्धन

Published: March 25, 2020
doi:

Summary

कोलेस्ट्रॉल संवर्धन के दो तरीके प्रस्तुत किए जाते हैं: स्तनधारी ऊतकों और कोशिकाओं को समृद्ध करने के लिए कोलेस्ट्रॉल के साथ संतृप्त साइक्लोडेक्स्ट्रिन का अनुप्रयोग, और ज़ेनोपस ओसाइट्स को समृद्ध करने के लिए कोलेस्ट्रॉल-समृद्ध फॉस्फोलिपिड-आधारित फैलाव (लिपोसोम) का उपयोग। ये विधियां आणविक, सेलुलर और अंग समारोह में ऊंचा कोलेस्ट्रॉल के स्तर के प्रभाव का निर्धारण करने के लिए महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं।

Abstract

कोशिका समारोह का अध्ययन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले ज़ेनोपस ओसाइट्स सहित स्तनधारी ऊतकों और कोशिकाओं का कोलेस्ट्रॉल संवर्धन विभिन्न तरीकों का उपयोग करके पूरा किया जा सकता है। यहां, हम इस उद्देश्य के लिए उपयोग किए जाने वाले दो महत्वपूर्ण दृष्टिकोणों का वर्णन करते हैं। सबसे पहले, हम उदाहरण के रूप में सेरेब्रल धमनियों (ऊतकों) और हिप्पोकैम्पल न्यूरॉन्स (कोशिकाओं) का उपयोग कर कोलेस्ट्रॉल के साथ संतृप्त साइक्लोडेक्स्ट्रिन का उपयोग करकोलेस्ट्रॉल के साथ ऊतकों और कोशिकाओं को समृद्ध करने का वर्णन करते हैं। इस दृष्टिकोण का उपयोग किसी भी प्रकार के ऊतक, कोशिकाओं या सेल लाइनों के लिए किया जा सकता है। कोलेस्ट्रॉल संवर्धन के लिए एक वैकल्पिक दृष्टिकोण में कम घनत्व वाले लिपोप्रोटीन (एलडीएल) का उपयोग शामिल है। इस दृष्टिकोण का लाभ यह है कि यह कोशिका के प्राकृतिक कोलेस्ट्रॉल होमोस्टोसिस मशीनरी के हिस्से का उपयोग करता है। हालांकि, जबकि साइक्लोडेक्सट्रिन दृष्टिकोण कोलेस्ट्रॉल के साथ किसी भी सेल प्रकार के ब्याज को समृद्ध करने के लिए लागू किया जा सकता है, एलडीएल दृष्टिकोण उन कोशिकाओं तक सीमित है जो एलडीएल रिसेप्टर्स (जैसे, यकृत कोशिकाओं, बोन मैरो-व्युत्पन्न कोशिकाओं जैसे रक्त ल्यूकोसाइट्स और ऊतक मैक्रोफेज) व्यक्त करते हैं, और संवर्धन का स्तर एलडीएल रिसेप्टर की एकाग्रता और गतिशीलता पर निर्भर करता है। इसके अलावा, एलडीएल कणों में अन्य लिपिड शामिल हैं, इसलिए कोलेस्ट्रॉल डिलीवरी गैर-विशिष्ट है। दूसरा, हम वर्णन करते हैं कि फॉस्फोलिपिड आधारित फैलाव (यानी, लिपोसोम्स) का उपयोग करके कोलेस्ट्रॉल के साथ ज़ेनोपस ओसाइट्स को कैसे समृद्ध किया जाए जिसमें कोलेस्ट्रॉल शामिल है। ज़ेनोपस ओसाइट्स सेल और प्रोटीन फ़ंक्शन का अध्ययन करने के लिए उपयोग की जाने वाली एक लोकप्रिय विषमलोगोस अभिव्यक्ति प्रणाली का गठन करता है। स्तनधारी ऊतक (सेरेब्रल धमनियों) के साइक्लोडेक्सट्रिन आधारित कोलेस्ट्रॉल संवर्धन दृष्टिकोण और ज़ेनोपस ओसाइट्स के फॉस्फोलिपिड आधारित कोलेस्ट्रॉल संवर्धन दृष्टिकोण के लिए, हम यह प्रदर्शित करते हैं कि कोलेस्ट्रॉल का स्तर ऊष्मायन के 5 मिन के बाद अधिकतम तक पहुंचता है। कोलेस्ट्रॉल का यह स्तर ऊष्मायन (जैसे, 60 ग्राम) की विस्तारित अवधि के दौरान स्थिर रहता है। साथ में, ये डेटा कोलेस्ट्रॉल संवर्धन के प्रभाव से पूछताछ करने के उद्देश्य से कार्यात्मक अध्ययनों के लिए ऊतकों, कोशिकाओं और ज़ेनोपस ओसाइट्स के कोलेस्ट्रॉल संवर्धन के लिए अनुकूलित लौकिक स्थितियों का आधार प्रदान करते हैं।

Introduction

कोलेस्ट्रॉल, एक प्रमुख सेलुलर लिपिड, कई महत्वपूर्ण कार्यात्मक और संरचनात्मक भूमिकाओं1,2,,3,,44,5,,6,,7,,8,99निभाता है । प्लाज्मा झिल्ली के भौतिक गुणों को विनियमित करने से लेकर कोशिका व्यवहार्यता, विकास, प्रसार और जैव रासायनिक रास्तों की अधिकता में सिग्नलिंग और अग्रदूत अणु के रूप में सेवा करने के लिए, कोलेस्ट्रॉल सामान्य कोशिका और अंग कार्य के लिए आवश्यक एक अनिवार्य घटक है। नतीजतन, कोलेस्ट्रॉल की कमी के परिणामस्वरूप गंभीर शारीरिक विकृतियां और कई प्रकार के विकार होते हैं। दूसरी ओर, शारीरिक स्तर (2-3x) से ऊपर कोलेस्ट्रॉल में थोड़ी वृद्धि साइटोटॉक्सिक1,,2,,10 है और हृदय11,12,,13 और न्यूरोडीजेनेरेटिव बीमारियों14,,15,,16,,,17सहित विकारों के विकास से जुड़ी हुई है। इस प्रकार, कोलेस्ट्रॉल के महत्वपूर्ण कार्यों से पूछताछ करने और कोलेस्ट्रॉल के स्तर में परिवर्तन के प्रभाव को निर्धारित करने के लिए, ऊतकों, कोशिकाओं और ज़ेनोपस ओसाइट्स में कोलेस्ट्रॉल की सामग्री को बदलने वाले विभिन्न दृष्टिकोण विकसित किए गए हैं।

स्तनधारी ऊतकों और कोशिकाओं में कोलेस्ट्रॉल के स्तर में परिवर्तन
ऊतकों और कोशिकाओं में कोलेस्ट्रॉल के स्तर को कम करने के लिए कई दृष्टिकोणों का उपयोग किया जा सकता है एक दृष्टिकोण में एचएमजी-सीओए रिक्टेज़ को बाधित करने के लिए लिपोप्रोटीन-कमी सीरम में भंग किए गए स्टेटिन के संपर्क में शामिल है, जो कोलेस्ट्रॉल संश्लेषण19,,20की दर को नियंत्रित करता है। हालांकि, ये कोलेस्ट्रॉल कम करने वाली दवाएं मेवालोनाइट पाथवे के साथ गैर-स्टेरोल उत्पादों के गठन को भी रोकती हैं। इसलिए, इन उत्पादों21 के गठन की अनुमति देने और इस दृष्टिकोण की विशिष्टता को बढ़ाने के लिए थोड़ी मात्रा में मेवालोनेट जोड़ा जाता है। कोलेस्ट्रॉल के स्तर को कम करने के लिए एक और दृष्टिकोण में साइक्लोडेक्सट्रिन का उपयोग शामिल है। इन ग्लूकॉपीरनोस मोनोमर में एक आंतरिक हाइड्रोफोबिक गुहा होता है जो एक व्यास के साथ होता है जो स्टेरोल22के आकार से मेल खाता है, जो कोशिकाओं से कोलेस्ट्रॉल निकालने की सुविधा प्रदान करता है, जिससे उन्हें उनके देशी कोलेस्ट्रॉल सामग्री23से कम हो जाता है। एक उदाहरण 2-हाइड्रोक्सीप्रोपिल-साइक्लोडेक्सट्रिन (एचपीईडीडी) है, जो वर्तमान में निमान-पिक टाइप सी रोग के उपचार के लिए परीक्षण किया जा रहा है, जो आनुवंशिक रूप से विरासत में मिली घातक मेटाबोलिक विकार है जो24। कोलेस्ट्रॉल की कमी का स्तर उपयोग किए जाने वाले विशिष्ट व्युत्पन्न पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, एचपीपीसीडी मिथाइलडेटिव, मिथाइल-साइक्लोडेक्सट्रिन (एमसीडी)24,,25,,26,,27,,28,,29,,30की तुलना में कम क्षमता वाले कोलेस्ट्रॉल को निकालता है। विशेष रूप से, हालांकि, कोलेस्ट्रॉल के अलावा अन्य हाइड्रोफोबिक अणुओं को भी निकाल सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप31गैर-विशिष्ट प्रभाव हो सकते हैं। कमी के विपरीत, कोशिकाओं और ऊतकों को विशेष रूप से कोलेस्ट्रॉल के साथ उपचार के माध्यम से कोलेस्ट्रॉल के साथ समृद्ध किया जा सकता है जिसे कोलेस्ट्रॉल23के साथ पूर्वसंतृप्त किया गया है। इस दृष्टिकोण का उपयोग कोलेस्ट्रॉल की कमी31के लिए उपयोग किए जाने वाले साइक्लोडेक्सट्रिन की विशिष्टता के लिए नियंत्रण के रूप में भी किया जा सकता है। ऊतकों और कोशिकाओं से कोलेस्ट्रॉल की कमी सीधी है और कोशिकाओं के भंडारण के लिए उपयोग किए जाने वाले माध्यम में भंग 5 एमएम एमसीडी के लिए कोशिकाओं को उजागर करके प्राप्त किया जा सकता है। इस दृष्टिकोण के परिणामस्वरूप कोलेस्ट्रॉल की मात्रा में 50% की कमी हो सकती है (उदाहरण के लिए, हिप्पोकैम्पल न्यूरॉन्स32,चूहा मस्तिष्क धमनियों33)में। दूसरी ओर, ऊतक और कोशिकाओं के कोलेस्ट्रॉल संवर्धन के लिए साइक्लोडेक्सट्रिन-कोलेस्ट्रॉल कॉम्प्लेक्स तैयार करना अधिक जटिल है, और प्रोटोकॉल अनुभाग में वर्णित किया जाएगा।

कोलेस्ट्रॉल से संतृप्त ऊतकों और कोशिकाओं को समृद्ध करने के लिए एक वैकल्पिक दृष्टिकोण में एलडीएल का उपयोग शामिल है, जो ऊतकों/कोशिकाओं18में व्यक्त एलडीएल रिसेप्टर्स पर निर्भर करता है । हालांकि यह दृष्टिकोण कोशिका के प्राकृतिक कोलेस्ट्रॉल होमोस्टोसिस मशीनरी का उपयोग करने का लाभ प्रदान करता है, इसकी कई सीमाएं हैं। सबसे पहले, ऊतकों और कोशिकाओं है कि एलडीएल रिसेप्टर व्यक्त नहीं करते इस दृष्टिकोण का उपयोग कर समृद्ध नहीं किया जा सकता है । दूसरा, एलडीएल कणों में कोलेस्ट्रॉल के अलावा अन्य लिपिड होते हैं। विशेष रूप से, एलडीएल में प्रोटीन एपीओबी100 (25%) शामिल है और निम्नलिखित लिपिड (75%): ~ 6-8% कोलेस्ट्रॉल, ~ 45-50% कोलेस्टेरिल एस्टर, ~ 18-24% फॉस्फोलिपिड, और34~ 4-8% ट्रायसिलग्लिसॉल34. इस प्रकार, एलडीएल कणों के माध्यम से कोलेस्ट्रॉल की डिलीवरी गैर विशिष्ट है। तीसरा, एलडीएल रिसेप्टर को व्यक्त करने वाले ऊतकों और कोशिकाओं में एलडीएल द्वारा कोलेस्ट्रॉल की मात्रा में वृद्धि का प्रतिशत कोलेस्ट्रॉल के साथ संतृप्त साइक्लोडेक्सट्रिन का उपयोग करके देखी गई वृद्धि से काफी कम हो सकता है। उदाहरण के लिए, पिछले अध्ययन में, एलडीएल के माध्यम से कोलेस्ट्रॉल के साथ कृंतक मस्तिष्क धमनियों के संवर्धन के परिणामस्वरूप कोलेस्ट्रॉल के स्तर में केवल 10-15% की वृद्धिहुई 35। इसके विपरीत, प्रोटोकॉल अनुभाग में वर्णित कोलेस्ट्रॉल के साथ संतृप्त साइक्लोडेक्सट्रिन के साथ इन धमनियों के संवर्धन के परिणामस्वरूप कोलेस्ट्रॉल सामग्री में 50% की वृद्धि हुई (प्रतिनिधि परिणाम अनुभाग देखें, चित्रा 1)।

ज़ेनोपस ओसाइट्स में कोलेस्ट्रॉल के स्तर में परिवर्तन
ज़ेनोपस ओसाइट्स आमतौर पर कोशिका और प्रोटीन फ़ंक्शन का अध्ययन करने के लिए उपयोग की जाने वाली हेटेरोलोगस अभिव्यक्ति प्रणाली का गठन करता है। इससे पहले के अध्ययनों से पता चला है कि ज़ेनोपस ओसाइट्स में फॉस्फोलिपिड मोलर अनुपात में कोलेस्ट्रॉल 0.5 ± 0.136है। कोलेस्ट्रॉल के इस आंतरिक उच्च स्तर के कारण, इस प्रणाली में कोलेस्ट्रॉल की सामग्री में वृद्धि चुनौतीपूर्ण है, फिर भी झिल्ली फॉस्फोलिपिड और कोलेस्ट्रॉल से बने फैलाव का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। इस उद्देश्य के लिए हमने जो फॉस्फोलिपिड्स चुना है, वे कृत्रिम प्लानर लिपिड बाइलेयर बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले लोगों के समान हैं और इसमें एल-α-फॉस्फेटिटिलॉयडथेनॉलमाइन (पोप) और 1-पामोलिटोइल-2-ओलियोइल-एसएन-ग्लीसेरो-3-फॉस्फो-एल-सेरीन (चबूतरे) शामिल हैं, जैसा कि प्रोटोकॉल अनुभाग में वर्णित है। इस दृष्टिकोण के परिणामस्वरूप कोलेस्ट्रॉल की मात्रा में 50% की वृद्धि हो सकती है (प्रतिनिधि परिणाम अनुभाग देखें, चित्रा 2)।

फॉस्फोलिपिड आधारित फैलाव के साथ ज़ेनोपस ओसाइट्स को समृद्ध करने के लिए एक वैकल्पिक दृष्टिकोण में कोलेस्ट्रॉल के साथ संतृप्त साइक्लोडेक्सट्रिन का उपयोग शामिल है, जो ऊतकों और कोशिकाओं को समृद्ध करने के तरीके के समान है। हालांकि, हमने कोलेस्ट्रॉल की मात्रा में औसतन ~ 25% की वृद्धि के साथ कम प्रजनन क्षमता और दक्षता के इस दृष्टिकोण को पाया है। यह संभवतः इन दो दृष्टिकोणों की विभिन्न लोडिंग क्षमता (प्रतिनिधि परिणाम अनुभाग, चित्रा 3देखें) के कारण है। इसके विपरीत, यह दिखाया गया है कि ज़ेनोपस ओसाइट्स से कोलेस्ट्रॉल को कम करने के लिए साइक्लोडेक्सट्रिन का उपयोग करने से कोलेस्ट्रॉल की मात्रा36में ~ 40% की कमी हो सकती है।

यहां, हम कोलेस्ट्रॉल से संतृप्त साइक्लोडेक्सट्रिन के आवेदन के माध्यम से स्तनधारी ऊतकों और कोशिकाओं के कोलेस्ट्रॉल संवर्धन पर ध्यान केंद्रित करते हैं, और लिपोसोम का उपयोग करके ज़ेनोपस ओसाइट्स। दोनों दृष्टिकोणों का उपयोग प्रोटीन फ़ंक्शन पर कोलेस्ट्रॉल के बढ़े हुए स्तर के प्रभाव को रेखांकित करने के लिए किया जा सकता है। प्रोटीन फ़ंक्शन के कोलेस्ट्रॉल मॉड्यूलेशन के तंत्र में प्रत्यक्ष बातचीत8 और/या अप्रत्यक्ष प्रभाव9शामिल हो सकते हैं । जब कोलेस्ट्रॉल प्रत्यक्ष बातचीत के माध्यम से प्रोटीन समारोह को प्रभावित करता है, प्रोटीन गतिविधि पर कोलेस्ट्रॉल के स्तर में वृद्धि का प्रभाव सेल प्रकार, अभिव्यक्ति प्रणाली, या संवर्धन दृष्टिकोण से स्वतंत्र होने की संभावना है । उदाहरण के लिए, हमने इन दो दृष्टिकोणों का उपयोग जी-प्रोटीन गेटेड पर कोलेस्ट्रॉल के प्रभाव को निर्धारित करने के लिए किया, जो एट्रियल माइओसाइट्स37,हिप्पोकैम्पल न्यूरॉन्स32,,38,हेक29339 कोशिकाओं और ज़ेनोपस ओसाइट्स32,,37में व्यक्त किए गए थे। इन अध्ययनों में प्राप्त परिणाम सुसंगत थे: सभी तीन प्रकार की स्तनधारी कोशिकाओं में और उभयचर ओसाइट्स में कोलेस्ट्रॉल अपरेटिव गिर्क चैनल फ़ंक्शन (रिप्रेजेंटेटिव परिणाम अनुभाग देखें, चित्रा 4,हिप्पोकैम्पस न्यूरॉन्स के लिए और ज़ेनोपस ओसाइट्स में इसी प्रयोग)। इसके अलावा, इन अध्ययनों में की गई टिप्पणियां एट्रियल माइओसाइट्स37,,40 और हिप्पोकैम्पल न्यूरॉन्स32,,38 ताजा जानवरों से अलग-थलग अध्ययनों के परिणामों के अनुरूप थीं जो उच्च कोलेस्ट्रॉल आहार40के अधीन हैं। विशेष रूप से, MοCD का उपयोग करहिप्पोकैम्पल न्यूरॉन्स के कोलेस्ट्रॉल संवर्धन ने कोलेस्ट्रॉल के स्तर और गिरक फ़ंक्शन38दोनों पर उच्च कोलेस्ट्रॉल आहार के प्रभाव को संबोधित करने के लिए उपयोग की जाने वाली एटोरवास्टिन थेरेपी के प्रभाव को उलट दिया। अन्य अध्ययनों में, हमने ज़ेनोपस ओसाइट्स और हेक293 कोशिकाओं41का उपयोग करके अंदर सुधारपोटियम चैनल किर2.1 की कोलेस्ट्रॉल संवेदनशीलता पर उत्परिवर्तनों के प्रभाव की जांच की। फिर, चैनल की संवेदनशीलता पर म्यूटेशन का प्रभाव दो प्रणालियों में समान था।

आणविक, सेलुलर और अंग समारोह पर ऊंचा कोलेस्ट्रॉल के स्तर के प्रभाव का निर्धारण करने के लिए दोनों संवर्धन विधियों के अनुप्रयोग कई हैं। विशेष रूप से, कोशिकाओं और ऊतकों को समृद्ध करने के लिए साइक्लोडेक्सट्रिन-कोलेस्ट्रॉल परिसरों का उपयोग काफी हद तक इसकी विशिष्टता के कारण बहुत आम है। इस दृष्टिकोण के हालिया उदाहरणों में हर्ग चैनल सक्रियण और अंतर्निहित तंत्र42पर कोलेस्ट्रॉल के प्रभाव का निर्धारण शामिल है , यह खोज कि कोलेस्ट्रॉल जी प्रोटीन युग्मित रिसेप्टर को सक्रिय करता है जो हेजहॉग सिग्नलिंग43को बढ़ावा देने के लिए चिकना होजाता है, और झिल्ली से जुड़े लिंकर प्रोटीन44के माध्यम से स्टेम सेल बायोमैकेनिक्स और एडिपोजेनेसिस में कोलेस्ट्रॉल की भूमिका की पहचान करता है। अपने काम में, हमने एमएमसीडी के साथ स्तनधारी ऊतक संवर्धन का उपयोग किया: कोलेस्ट्रॉल परिसर बुनियादी कार्य पर कोलेस्ट्रॉल संवर्धन के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए और कैल्शियम के औषधीय प्रोफ़ाइल- और बड़े आचरण के वोल्टेज-गेटेड चैनल (बीके, मैक्सीके) संवहनी चिकनी मांसपेशी35,,45,,46में। अन्य अध्ययनों में, हमने कोलेस्ट्रॉल के साथ ज़ेनोपस ओसाइट्स को समृद्ध करने के लिए फॉस्फोलिपिड आधारित फैलाव दृष्टिकोण का उपयोग किया ताकि कोलेस्ट्रॉल संवेदनशीलता41,,47,,48,,49में किर2.1 और गिरक चैनलों में विभिन्न क्षेत्रों की भूमिकाओं का निर्धारण किया जा सके, साथ ही इनचैनलों 32,50,,51में ख्यात कोलेस्ट्रॉल बाध्यकारी साइटों का निर्धारण किया जा सके।,

Protocol

जानवरों के साथ सभी प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं टेनेसी स्वास्थ्य विज्ञान केंद्र (UTHSC) के विश्वविद्यालय में प्रदर्शन किया गया । जानवरों की देखभाल और प्रायोगिक प्रोटोकॉल की समीक्षा की गई और यूटीएचएससी की ए?…

Representative Results

कोलेस्ट्रॉल के साथ ऊतकों और कोशिकाओं को समृद्ध करने के लिए एक साधन के रूप में कोलेस्ट्रॉल के साथ संतृप्त साइक्लोडेक्सट्रिन का उपयोग अच्छी तरह से स्थापित है। यहां, हम पहले कोलेस्ट्रॉल के स…

Discussion

कोलेस्ट्रॉल के साथ स्तनधारी ऊतकों और कोशिकाओं और Xenopus oocytes को समृद्ध करने के तरीके जटिल मैक्रोमॉलिक्यूलर सिस्टम (जैसे, प्रोटीन) और सेलुलर और अंग समारोह पर व्यक्तिगत आणविक प्रजातियों पर ऊंचा कोलेस्ट्?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

इस काम को अमेरिकन हार्ट एसोसिएशन (एआर-डी) से एक वैज्ञानिक विकास अनुदान (11SDG5190025) द्वारा समर्थित किया गया था, और राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान R01 अनुदान एए-०२३७६४ (ए. एन.बी.), और एचएल-१०४६३१ और R37 एए-११५६० (A.M.D. ) द्वारा समर्थित था ।

Materials

Amplex Red Cholesterol Assay Kit Invitrogen A12216
Pierce BCA Protein Assay Kit Thermo Scientific 23225
Pre-Diluted Protein Assay Standards BSA set Thermo Scientific 23208
Brain PE 25Mg in Chloroform Avanti Lipids 840022C
16:0-18:1 PS 25Mg Chloroform Avanti Lipids 840034C
Cholesterol 100Mg Powder Sigma C8667
KCl Fisher P217
Trizma base Sigma T6066
HEPES Corning 61-034-RO
MgCl2 Fisher M33
NaCl Fisher S271
KH2PO4 Fisher P285
MgSO4 EMD Chemicals MX0070-1
EDTA VWR E177
Dextrose Anhydrous Fisher BP350
NaHCO3 Sigma S6014
CaCl2 Sigma C3881
Blood Gas Tank nexAir
NaOH Fisher S318
1.5mL tubes Fisher S35818
Gastight Syringe 100uL Hamilton 1710
Microliter Syringe 25uL Hamilton 702
12 mL heavy duty conical centrifuge beaded rim tube Pyrex 8120-12
Chloroform Fisher C298
Support Stand Homescience Tools CE-STAN5X8
Universal Clamp, 3-Prong Homescience Tools CE-CLPUNIV
Sonicator Laboratory Supplies G112SP1G
3D rotator mixer Benchmark Scientific B3D 1308
96 well plate Sigma BR781602
N2 gas nexAir
Glass beakers 40ml-1L Fisher 02-540
Ice Machine Scotsman CU1526MA-1
Ice bucket Fisher 50-136-7764
1X PBS Corning 21-031-CM
TritonX Fisher BP151-100
Sonic Dismembrator Fisher Model 100
Eppendorf microcentrifuge Eppendorf Model 5417R
Amber bottles Fisher 03-251-420
Corning™ Disposable Glass Pasteur Pipets FIsher 13-678-4A
Parafilm FIsher 50-998-944
Isotemp™ BOD Refrigerated Incubator FIsher 97-990E
Oocytes Xenoocyte™ 10005
Rat Envigo Sprague Dawley weight 250g
Methyl-β-cyclodextrin Sigma C4555
Water bath incubator with shaker Precision 51221080 Lowest shaker setting O/N 37 °C
Filipin Sigma SAE0088-1ML
DMSO Fisher BP231
Paraformaldehyde 4% Mallinckrodt 2621
DI H2O University DI source
ProLong Gold antifade reagnet Invitrogen P10144
Microslides 75x25mm Frosted Diagger G15978A
Forceps Fine Science Tools 11255-20
Microscope Coverslip Diagger G15972B
Clear nail polish Revlon 771 Clear
Labeling Tape Fisher 15-901-20F
Securline Lab Marker II Sigma Z648205-5EA
BD 10mL Syringe Fisher 14-823-16E
1.2 μm syringe filter VWR 28150-958
KimWipes Fisher 06-666A
pH probe Sartorus py-p112s
pH meter Denver instrument Model 225
70% ETOH Pharmco 211USP/NF
Timer Fisher 02-261-840
Steno book Staples 163485

References

  1. Yeagle, P. L. Cholesterol and the cell membrane. Biochimica et Biophysica Acta. 822, 267-287 (1985).
  2. Yeagle, P. L. Modulation of membrane function by cholesterol. Biochimie. 73, 1303-1310 (1991).
  3. Gimpl, G., Burger, K., Fahrenholz, F. Cholesterol as modulator of receptor function. Biochemistry. 36, 10959-10974 (1997).
  4. Maxfield, F. R., van Meer, G. Cholesterol, the central lipid of mammalian cells. Current Opinion in Cell Biology. 22, 422-429 (2010).
  5. Goluszko, P., Nowicki, B. Membrane cholesterol: a crucial molecule affecting interactions of microbial pathogens with mammalian cells. Infection and Immunity. 73, 7791-7796 (2005).
  6. Ramprasad, O. G., et al. Changes in cholesterol levels in the plasma membrane modulate cell signaling and regulate cell adhesion and migration on fibronectin. Cell Motility and Cytoskeleton. 64, 199-216 (2007).
  7. Rosenhouse-Dantsker, A., Mehta, D., Levitan, I. Regulation of Ion Channels by Membrane Lipids. Comprehensive Physiology. 2, 31-68 (2012).
  8. Rosenhouse-Dantsker, A., Bukiya, A. N. Direct mechanisms in cholesterol modulation of protein function. Advances in Experimental Medicine and Biology. , 1135 (2019).
  9. Rosenhouse-Dantsker, A., Bukiya, A. N. Cholesterol modulation of protein function: sterol specificity and indirect mechanisms. Advances in Experimental Medicine and Biology. , 1115 (2019).
  10. Kellner-Weibel, G., Geng, Y. J., Rothblat, G. H. Cytotoxic cholesterol is generated by the hydrolysis of cytoplasmic cholesteryl ester and transported to the plasma membrane. Atherosclerosis. 146, 309-319 (1999).
  11. Kruth, H. S. Lipoprotein cholesterol and atherosclerosis. Current Molecular Medicine. 1, 633-653 (2001).
  12. Ross, R. Atherosclerosis–an inflammatory disease. The New England Journal of Medicine. 340, 115-126 (1999).
  13. Steinberg, D. Atherogenesis in perspective: hypercholesterolemia and inflammation as partners in crime. Nature Medicine. 8, 1211-1217 (2002).
  14. Ho, Y. S., Poon, D. C. H., Chan, T. F., Chang, R. C. C. From small to big molecules: How do we prevent and delay the progression of age- related neurodegeneration?. Current Pharmaceutical Design. 18, 15-26 (2012).
  15. Stefani, M., Liguri, G. Cholesterol in Alzheimer’s disease: Unresolved questions. Current Alzheimer Research. 6, 15-29 (2009).
  16. Ong, W. Y., Halliwell, B. Iron, atherosclerosis, and neurodegeneration: A key role for cholesterol in promoting iron-dependent oxidative damage?. Annals of the New York Academy of Sciences. 1012, 51-64 (2004).
  17. Igoumenou, A., Ebmeier, K. P. Diagnosing and managing vascular dementia. Practitioner. 256, 13-16 (2012).
  18. Luu, W., Gelissen, I. C., Brown, A. J. Manipulating Cholesterol Status Within Cells. Methods in Molecular Biology. 1583, 41-52 (2017).
  19. Egom, E. E. A., Hafeez, H. Biochemistry of statins. Advances in Clinical Chemistry. 73, 127-168 (2016).
  20. Igel, M., Sudhop, T., von Bergmann, K. Pharmacology of 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase inhibitors (statins), including rosuvastatin and pitavastatin. Journal of Clinical Pharmacology. 42, 835-845 (2002).
  21. Nakanishi, M., Goldstein, J. L., Brown, M. S. Multivalent control of 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase. Mevalonate-derived product inhibits translation of mRNA and accelerates degradation of enzyme. The Journal of Biological Chemistry. 263, 8929-8937 (1988).
  22. López, C. A., de Vries, A. H., Marrink, S. J. Molecular Mechanism of Cyclodextrin Mediated Cholesterol Extraction. PLoS Computational Biology. 7, e1002020 (2011).
  23. Christian, A. E., Haynes, M. P., Phillips, M. C., Rothblat, G. H. Use of cyclodextrins for manipulating cellular cholesterol content. Journal of Lipid Research. 38, 2264-2272 (1997).
  24. Dai, S., et al. Methyl-β-cyclodextrin restores impaired autophagy flux in Niemann-Pick C1-deficient cells through activation of AMPK. Autophagy. 13, 1435-1451 (2017).
  25. Chen, F. W., Li, C., Ioannou, Y. A. Cyclodextrin induces calcium- dependent lysosomal exocytosis. PLoS One. 5, e15054 (2010).
  26. Soga, M., et al. HPGCD outperforms HPBCD as a potential treatment for Niemann-Pick disease type C during disease modeling with iPS cells. Stem Cells. 33, 1075-1088 (2015).
  27. Maetzel, D., et al. Genetic and chemical correction of cholesterol accumulation and impaired autophagy in hepatic and neural cells derived from Niemann-Pick Type C patient-specific iPS cells. Stem Cell Reports. 2, 866-880 (2014).
  28. Sarkar, S., et al. Impaired autophagy in the lipid-storage disorder Niemann-Pick type C1 dis- ease. Cell Reports. 5, 1302-1315 (2013).
  29. Rosenbaum, A. I., Zhang, G., Warren, J. D., Maxfield, F. R. Endocytosis of beta-cyclodextrins is responsible for cholesterol reduction in Niemann-Pick type C mutant cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107, 5477-5482 (2010).
  30. Yu, D., et al. Niemann-Pick Disease Type C: Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Neuronal Cells for Modeling Neural Disease and Evaluating Drug Efficacy. Journal of Biomolecular Screening. 19, 1164-1173 (2014).
  31. Zidovetzki, R., Levitan, I. Use of cyclodextrins to manipulate plasma membrane cholesterol content: evidence, misconceptions and control strategies. Biochimica et Biophysica Acta. 1768, 1311-1324 (2007).
  32. Bukiya, A. N., Durdagi, S., Noskov, S., Rosenhouse-Dantsker, A. Cholesterol up-regulates neuronal G protein-gated inwardly rectifying potassium (GIRK) channel activity in the hippocampus. The Journal of Biological Chemistry. 292, 6135-6147 (2017).
  33. Bukiya, A. N., Vaithianathan, T., Kuntamallappanavar, G., Asuncion-Chin, M., Dopico, A. M. Smooth muscle cholesterol enables BK β1 subunit-mediated channel inhibition and subsequent vasoconstriction evoked by alcohol. Arteriosclerosis, Thrombosis and Vascular Biology. 31, 2410-2423 (2011).
  34. Hegele, R. A. Plasma lipoproteins: genetic influences and clinical implications. Nature Reviews Genetics. 10, 109-121 (2009).
  35. Bisen, S., et al. Distinct mechanisms underlying cholesterol protection against alcohol-induced BK channel inhibition and resulting vasoconstriction. Biochimica et Biophysica Acta. 1861, 1756-1766 (2016).
  36. Santiago, J., et al. Probing the Effects of Membrane Cholesterol in the Torpedo californica Acetylcholine Receptor and the Novel Lipid-exposed Mutation αC418W in Xenopus Oocytes. The Journal of Biological Chemistry. 276, 46523-46532 (2001).
  37. Deng, W., et al. Hypercholesterolemia induces up-regulation of KACh cardiac currents via a mechanism independent of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate and Gβγ. The Journal of Biological Chemistry. 287, 4925-4935 (2012).
  38. Bukiya, A. N., Blank, P. S., Rosenhouse-Dantsker, A. Cholesterol intake and statin use regulate neuronal G protein-gated inwardly rectifying potassium channels by cholesterol and PI(4,5)P2. Journal of Lipid Research. 60, 19-29 (2019).
  39. Bukiya, A. N., et al. Cholesterol increases the open probability of cardiac KACh currents. Biochimica et Biophysica Acta Biomembranes. 1848, 2406-2413 (2015).
  40. Bukiya, A. N., Rosenhouse-Dantsker, A., Kumar, S. A. Hypercholesterolemia effect on potassium channels. Hypercholesterolemia. , 95-119 (2015).
  41. Rosenhouse-Dantsker, A., et al. Distant cytosolic residues mediate a two-way molecular switch that controls the modulation of Kir channels by cholesterol and PI(4,5)P2. The Journal of Biological Chemistry. 287, 40266-40278 (2012).
  42. Chun, Y. S., Oh, H. G., Park, M. K., Cho, H., Chung, S. Cholesterol regulates HERG K+ channel activation by increasing phospholipase C β1 expression. Channels. 7, 275-287 (2013).
  43. Luchetti, G., et al. Cholesterol activates the G-protein coupled receptor Smoothened to promote Hedgehog signaling. eLife. 5, e20304 (2016).
  44. Sun, S., et al. Cholesterol-dependent modulation of stem cell biomechanics: application to adipogenesis. Journal of Biomechanical Engineering. , (2019).
  45. North, K., Bisen, S., Dopico, A. M., Bukiya, A. N. Tyrosine 450 in the Voltage- and Calcium-Gated Potassium Channel of Large Conductance Channel Pore-Forming (slo1) Subunit Mediates Cholesterol Protection against Alcohol-Induced Constriction of Cerebral Arteries. The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 367, 234-244 (2018).
  46. Bukiya, A. N., Dopico, A. M. Regulation of BK Channel Activity by Cholesterol and Its Derivatives. Advances in Experimental Medicine and Biology. 1115, 53-75 (2019).
  47. Rosenhouse-Dantsker, A., Leal-Pinto, E., Logothetis, D. E., Levitan, I. Comparative analysis of cholesterol sensitivity of Kir channels: role of the CD loop. Channels. 4, 63-66 (2010).
  48. Rosenhouse-Dantsker, A., Logothetis, D. E., Levitan, I. Cholesterol Sensitivity of Kir2.1 is controlled by a belt of residues around the cytosolic pore. Biophysical Journal. 100, 381-389 (2011).
  49. Rosenhouse-Dantsker, A., Noskov, S. Y., Logothetis, D. E., Levitan, I. Cholesterol sensitivity of Kir2.1 depends on functional inter-links between the N and C termini. Channels. 7, 303-312 (2013).
  50. Rosenhouse-Dantsker, A., Noskov, S., Durdagi, S., Logothetis, D. E., Levitan, I. Identification of novel cholesterol-binding regions in Kir2 channels. The Journal of Biological Chemistry. 288, 31154-31164 (2013).
  51. Bukiya, A. N., Rosenhouse-Dantsker, A. Synergistic activation of G protein-gated inwardly rectifying potassium channels by cholesterol and PI(4,5)P2. Biochimica et Biophysica Acta Biomembranes. 1859, 1233-1241 (2017).
  52. Yi, A., Lin, Y. F., Jan, Y. N., Jan, L. Y. Yeast screen for constitutively active mutant G protein-activated potassium channels. Neuron. 29, 657-667 (2001).
  53. Bukiya, A., Dopico, A. M., Leffler, C. W., Fedinec, A. Dietary cholesterol protects against alcohol-induced cerebral artery constriction. Alcoholism, Clinical and Experimental Research. 38, 1216-1226 (2014).
  54. Simakova, M. N., Bisen, S., Dopico, A. M., Bukiya, A. N. Statin therapy exacerbates alcohol-induced constriction of cerebral arteries via modulation of ethanol-induced BK channel inhibition in vascular smooth muscle. Biochemical Pharmacology. 145, 81-93 (2017).

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Slayden, A., North, K., Bisen, S., Dopico, A. M., Bukiya, A. N., Rosenhouse-Dantsker, A. Enrichment of Mammalian Tissues and Xenopus Oocytes with Cholesterol. J. Vis. Exp. (157), e60734, doi:10.3791/60734 (2020).

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