Summary

Celle-fri biokemiske fluorometriske enzymatisk Assay for høj overførselshastighed måling af Lipid fedtstoffer i High Density Lipoprotein

Published: October 12, 2017
doi:

Summary

Vi beskriver her en fluorometriske celle-fri biokemiske assay for bestemmelse af HDL-lipid fedtstoffer. Denne hurtige og reproducerbare assay kan bruges til at bestemme HDL funktion i stor skala undersøgelser og kan bidrage til vores forståelse af HDL funktion i menneskelige sygdom.

Abstract

Lav high-density lipoprotein kolesterol (HDL-C) niveauer er en af de mest magtfulde uafhængige negative prædiktorer af aterosklerotisk hjerte-kar-sygdom (CVD). Struktur og funktion af HDL snarere end HDL-C kan mere præcist at forudsige åreforkalkning. Flere HDL proteiner og lipid kompositoriske ændringer at forringer HDL funktion forekommer i inflammatoriske stater som åreforkalkning. HDL funktion bestemmes normalt af celle-baserede assays såsom cholesterol efflux assay, men disse analyser har talrige ulemper mangel på standardisering. Celle-fri assays kan give mere robust foranstaltninger af HDL funktion i forhold til celle-baserede assays. HDL oxidation forringer HDL funktion. HDL har en vigtig rolle i lipid peroxid transport og høj mængde af lipid peroxider er relateret til unormal HDL funktion. Lipid-sonde interaktioner bør overvejes når fortolkningen af ikke-enzymatiske fluorescens undersøgelser til måling af lipid oxidativt tilstand. Dette motiverede os til at udvikle en celle-fri biokemiske enzymatisk metode til at vurdere HDL lipid peroxid indhold (HDLox), bidrager til HDL dysfunktion. Denne metode er baseret på enzymet peberrodsperoxidase (HRP) og fluorokrom Amplex Red, der kan kvantificere (uden kolesterol oxidase) lipid peroxid indhold pr. mg af HDL-C. Her er en protokol describedfor bestemmelse af HDL-lipid fedtstoffer ved hjælp af fluorokrom reagenset. Assay variation kan reduceres ved strenge standardisering af forsøgsbetingelser. Højere HDLox værdier er forbundet med nedsat HDL antioxidant funktion. Udlæsning af denne analyse er forbundet med udlæsninger af validerede celle-baserede assays, erstatningsmålinger af hjerte-kar-sygdom, systemisk inflammation, immune dysfunktion og tilknyttede kardiovaskulære og metaboliske risiko fænotyper. Denne tekniske tilgang er en robust metode til at vurdere HDL funktion i menneskelige sygdom hvor systemisk inflammation, oxidativ stress og oxiderede lipider har en central rolle (som åreforkalkning).

Introduction

Aterosklerotisk hjerte-kar-sygdom (CVD) er den hyppigste årsag til dødsfald på verdensplan1,2. Epidemiologiske undersøgelser har vist, at lave niveauer af high-density lipoprotein (HDL) kolesterol er generelt omvendt forbundet med risiko for udvikling af åreforkalkning1,2. Selv om flere undersøgelser støtter en atheroprotective rolle for HDL1,2, er den mekanisme, hvormed HDL dæmper indledningen og progression af aterosklerose komplekse 3,4. Således, det er blevet foreslået, at den komplekse struktur og funktion af HDL i stedet for absolutte niveau kan mere præcist at forudsige åreforkalkning 5,6,7,8. Flere HDL proteiner og lipid kompositoriske ændringer at forringer HDL funktion forekommer i inflammatoriske stater som åreforkalkning. Disse i) reducere dens cholesterol efflux potentielle 9, ii) mindske anti-inflammatorisk og øge HDL-associerede pro-inflammatoriske proteiner 6,7, iii) faldet antioxidant faktor niveauer og aktivitet og HDLs evne til at hæmme oxidation af Low Density Lipoprotein (LDLox)10 og iv) øge lipid hydroperoxyd indhold og redox aktivitet (HDLox)9,11. Robust assays, der evaluerer pleotropic funktionerne af HDL (såsom cholesterol efflux, antioxidant funktion) kan supplere bestemmelse af HDL-HDL-C i klinikken.

HDL funktion vurderes normalt af celle-baseret metoder såsom cholesterol efflux assay8,12,13,14. Disse metoder har store begrænsninger herunder betydelige uensartethed med hensyn til typer af celler, der bruges, type af udlæsning rapporteret, mangel på standardisering og forstyrrende virkninger af triglycerider 7,15. Disse ulemper frembyde vanskeligheder for store kliniske studier16. Celle-fri assays kan give mere robust foranstaltninger af HDL funktion i forhold til celle-baserede assays. Cholesterol efflux er en af de vigtigste funktioner af HDL, men det kan kun afgøres ved celle-baserede assays. Andre metoder til at bestemme HDL funktion såsom proteomics17,18,19,20,21,22,23, 24 og cellebaserede monocyt chemotaxis assays af HDL funktion 17,22,25 er ikke blevet standardiseret og kan ikke bruges i stor skala humane undersøgelser.

HDL har betydelig antioxidant atheroprotective virkning5,6,7,8. Funktionen antioxidant af HDL er fastslået i overværelse af LDL i forrige celle gratis fluorometriske assays 26. Disse biokemiske fluorometriske metoder af HDL antioxidant funktion blev oprindeligt udviklet af Mohamad Navab og Alan Fogelman og deres kolleger26. Selv om mange humane undersøgelser har brugt disse metoder til at bestemme HDL funktion 17,18,19,20,21,22,23 ,24, lipid (HDL)-lipid (LDL) og lipid-fluorokrom interaktioner kan begrænse reproducerbarhed af disse celle gratis ikke-enzymatiske biokemiske assays af HDL funktion27,28.

Nylige interesse har fokuseret på de funktionelle konsekvenser af HDL oxidation, der er resultatet af oxidation af lipider og proteiner i HDL 27,29,30. Tidligere undersøgelser har vist, at oxidation af HDL forringer HDL funktion 27,29,30. HDL har en vigtig rolle i lipid peroxid transport og høj mængde af lipid peroxider er relateret til unormal HDL funktion. Dermed kan HDL lipid peroxid indhold bruges til at bestemme HDL funktion 9,17,20,31 og givet de kendte begrænsninger af forudgående assays af HDL funktion7, 15,27,32, vi udviklet alternative fluorometriske metoder der kvantificerer HDL lipid peroxid indhold (HDLox) 32. Denne metode er baseret på enzymet peberrodsperoxidase (HRP) og fluorokrom Amplex Red, der kan kvantificere (uden kolesterol oxidase) lipid peroxid indhold pr. mg af HDL-C 32. Det biokemiske princip i analysen er vist i figur 1. Vi har vist, at denne fluorescens-baserede tilgang ikke har begrænsninger af forudgående HDL funktion assays27,28. Denne analyse har været yderligere raffineret og standardiseret i vores laboratorium, således at det kan pålideligt anvendes i stor skala humane undersøgelser selv med befrugtede plasma 32,33,34, 35 , 36 , 37 , 38 , 39 , 40 , 41 , 42. udlæsning af denne analyse er forbundet med udlæsninger af validerede celle-baserede assays, erstatningsmålinger af hjerte-kar-sygdom, systemisk inflammation, immune dysfunktion og tilknyttede kardiovaskulære og metaboliske risiko fænotyper 32 , 33 , 34 , 35 , 36 , 37 , 38 , 39. her, vi beskriver denne enkle, men alligevel robust metode til at måle HDL lipid peroxid indhold (HDLox). Denne analyse kan bruges som et redskab til at besvare vigtige forskningsspørgsmål vedrørende rollen af HDL funktion i menneskelige sygdom hvor systemisk inflammation, oxidativ stress og oxiderede lipider har en central rolle (som åreforkalkning)32.

Protocol

alle eksperimenter ved hjælp af menneskelige biologiske prøver blev udført med etik godkendelse fra universitetet California Los Angeles, Los Angeles og Alfred Hospital menneskelige etiske komité, Melbourne. NOTE: der er mange variationer af funktionen fluorokrom HDL Assay (Se diskussion) 32. Nedenfor vil vi beskrive den protokol, som giver de mest konsekvente og reproducerbare resultater. Et overblik over analysen er vist i figur 2…

Representative Results

50 µL af hver prøve, HDL er tilføjet i hver brønd i trin 7.3. 50 µL af HRP løsning 5 U/mL (0,25 U) føjes derefter til hver brønd i skridt 7,5. Prøverne inkuberes i 30 minutter ved 37 ° C i skridt 7,6. 50 µL fluorokrom reagens føjes derefter til hver brønd i trin 7,7 (endelig koncentration af 300 µM). Den fluorescerende udlæsning (i mørke) vurderes derefter hvert minut over 120 minutter ved 37 ° C med en fluorescerende Pladelæser (530/590 nm filtre). Repræsentative fluor…

Discussion

Protokollen beskrevet her tilbyder en robust værktøj for at besvare vigtige forskningsspørgsmål vedrørende rollen af HDL funktion i åreforkalkning og sygdom hos mennesker. Analysen kvantificerer HDL lipid peroxid indhold pr. mg af HDL-C ved hjælp af enzymatiske forstærkning (HRP). Denne metode undgår kendte begrænsninger af forudgående HDL funktion assays (fx cholesterol efflux assayet) herunder betydelige uensartethed med hensyn til typer af celler, der bruges, type af udlæsning rapporteret, mangel på sta…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne parlamentsarbejdet Dr Mohamad Navab, Alan Fogelman og Srinivasa Reddy arbejde for deres centrale rolle i udviklingen af tidligere gentagelser af denne model. T.A.A. understøttes af en RMIT University Vice-kansler postdoc stipendium. AJ og AH understøttes af NHMRC project grant 1108792. TK er støttet af NIH tilskud NIH K08AI08272, NIH/NCATS Grant # µL1TR000124.

Materials

Experimental Reagents
HDL PEG (Polyethylene Glycol) Precipitating Reagent Pointe Scientific H7511
Amplex Red reagent. Life Technologies, Grand Island, NY A12216 Amplex Red Cholesterol Assay Kit.
• ≤–20°C • Desiccate
• Protect from light
DMSO. Life Technologies, Grand Island, NY A12216 Amplex Red Cholesterol Assay Kit.
• ≤–20°C • Desiccate
• Protect from light
Horse Radish Peroxidase (HRP) Life Technologies, Grand Island, NY A12216 Amplex Red Cholesterol Assay Kit.
• ≤–20°C • Desiccate
• Protect from light
Cholesterol Esterase. Life Technologies, Grand Island, NY A12216 Amplex Red Cholesterol Assay Kit.
• ≤–20°C • Desiccate
• Protect from light
 Cholesterol Reference standard Life Technologies, Grand Island, NY A12216 Amplex Red Cholesterol Assay Kit.
• ≤–20°C • Desiccate
• Protect from light
 Resorufin fluorescense Reference standard Life Technologies, Grand Island, NY A12216 Amplex Red Cholesterol Assay Kit.
• ≤–20°C • Desiccate
• Protect from light
5x Reaction Buffer. Life Technologies, Grand Island, NY A12216 Amplex Red Cholesterol Assay Kit.
• ≤–20°C • Desiccate
• Protect from light
HDL Cholesterol Automated Reagent ThermoFisher Scientific Co., San Jose, CA, USA. TR39601
Name Company Catalog Number Comments
Plasticware 
96-well plates (polypropylene, flat bottom, clear). Sigma Aldrich M0687
96-well plates (polypropylene, flat bottom, black). Sigma Aldrich M9936
1.5 mL Eppendorf tubes Eppendorf 0030 125.150
ClipTip 200, sterile ThermoFisher Scientific Co., San Jose, CA, USA. 14-488-058
Thermo Scientific Multichannel Pipettes, 8-channel, 125  ThermoFisher Scientific Co., San Jose, CA, USA.  14-387–955
Name Company Catalog Number Comments
Software 
Gen5 2.01 software Biotek, Vermont, USA NA
Name Company Catalog Number Comments
Equipment
Gen5 Plate reader Biotek, Vermont, USA NA

Riferimenti

  1. Gordon, D. J., Rifkind, B. M. High-density lipoprotein–the clinical implications of recent studies. N Engl J Med. 321, 1311-1316 (1989).
  2. Rubins, H. B., et al. Gemfibrozil for the secondary prevention of coronary heart disease in men with low levels of high-density lipoprotein cholesterol. Veterans Affairs High-Density Lipoprotein Cholesterol Intervention Trial Study Group. N Engl J Med. 341, 410-418 (1999).
  3. Voight, B. F., et al. Plasma HDL cholesterol and risk of myocardial infarction: a mendelian randomisation study. Lancet. 380, 572-580 (2012).
  4. Navab, M., Reddy, S. T., Van Lenten, B. J., Fogelman, A. M. HDL and cardiovascular disease: atherogenic and atheroprotective mechanisms. Nat.Rev Cardiol. 8, 222-232 (2011).
  5. Navab, M., et al. The double jeopardy of HDL. Ann Med. 37, 173-178 (2005).
  6. Navab, M., Reddy, S. T., Van Lenten, B. J., Anantharamaiah, G. M., Fogelman, A. M. The role of dysfunctional HDL in atherosclerosis. J Lipid Res. 50, S145-S149 (2009).
  7. Navab, M., Reddy, S. T., Van Lenten, B. J., Fogelman, A. M. HDL and cardiovascular disease: atherogenic and atheroprotective mechanisms. Nat Rev Cardiol. 8, 222-232 (2011).
  8. Patel, S., et al. Reconstituted high-density lipoprotein increases plasma high-density lipoprotein anti-inflammatory properties and cholesterol efflux capacity in patients with type 2 diabetes. J Am Coll Cardiol. 53, 962-971 (2009).
  9. Navab, M., et al. HDL and the inflammatory response induced by LDL-derived oxidized phospholipids. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 21, 481-488 (2001).
  10. Hayek, T., Oiknine, J., Brook, J. G., Aviram, M. Role of HDL apolipoprotein E in cellular cholesterol efflux: studies in apo E knockout transgenic mice. Biochem Biophys Res Commun. 205, 1072-1078 (1994).
  11. Van Lenten, B. J., et al. Anti-inflammatory HDL becomes pro-inflammatory during the acute phase response. Loss of protective effect of HDL against LDL oxidation in aortic wall cell cocultures. J Clin Invest. 96, 2758-2767 (1995).
  12. Undurti, A., et al. Modification of high density lipoprotein by myeloperoxidase generates a pro-inflammatory particle. J Biol Chem. 284, 30825-30835 (2009).
  13. Van Lenten, B. J., et al. Lipoprotein inflammatory properties and serum amyloid A levels but not cholesterol levels predict lesion area in cholesterol-fed rabbits. J Lipid Res. 48, 2344-2353 (2007).
  14. Watson, C. E., et al. Treatment of patients with cardiovascular disease with L-4F, an apo-A1 mimetic, did not improve select biomarkers of HDL function. J Lipid Res. 52, 361-373 (2011).
  15. Annema, W., et al. Impaired HDL cholesterol efflux in metabolic syndrome is unrelated to glucose tolerance status: the CODAM study. Sci Rep. 6, 27367 (2016).
  16. Movva, R., Rader, D. J. Laboratory assessment of HDL heterogeneity and function. Clin Chem. 54, 788-800 (2008).
  17. Charles-Schoeman, C., et al. Abnormal function of high-density lipoprotein is associated with poor disease control and an altered protein cargo in rheumatoid arthritis. Arthritis Rheum. 60, 2870-2879 (2009).
  18. Imaizumi, S., et al. L-4F differentially alters plasma levels of oxidized fatty acids resulting in more anti-inflammatory HDL in mice. Drug Metab Lett. 4, 139-148 (2010).
  19. Khera, A. V., et al. Cholesterol efflux capacity, high-density lipoprotein function, and atherosclerosis. N Engl J Med. 364, 127-135 (2011).
  20. Morgantini, C., et al. Anti-inflammatory and antioxidant properties of HDLs are impaired in type 2 diabetes. Diabetes. 60, 2617-2623 (2011).
  21. Patel, P. J., Khera, A. V., Jafri, K., Wilensky, R. L., Rader, D. J. The anti-oxidative capacity of high-density lipoprotein is reduced in acute coronary syndrome but not in stable coronary artery disease. J Am Coll Cardiol. 58, 2068-2075 (2011).
  22. Watanabe, J., et al. Proteomic profiling following immunoaffinity capture of high-density lipoprotein: association of acute-phase proteins and complement factors with proinflammatory high-density lipoprotein in rheumatoid arthritis. Arthritis Rheum. 64, 1828-1837 (2012).
  23. Watanabe, J., et al. Differential association of hemoglobin with proinflammatory high density lipoproteins in atherogenic/hyperlipidemic mice. A novel biomarker of atherosclerosis. J Biol Chem. 282, 23698-23707 (2007).
  24. Watanabe, J., et al. Hemoglobin and its scavenger protein haptoglobin associate with apoA-1-containing particles and influence the inflammatory properties and function of high density lipoprotein. J Biol Chem. 284, 18292-18301 (2009).
  25. Wang, X. S., et al. A sensitive and specific ELISA detects methionine sulfoxide-containing apolipoprotein A-I in HDL. J Lipid Res. 50, 586-594 (2009).
  26. Navab, M., et al. A cell-free assay for detecting HDL that is dysfunctional in preventing the formation of or inactivating oxidized phospholipids. J Lipid Res. 42, 1308-1317 (2001).
  27. Kelesidis, T., et al. A biochemical fluorometric method for assessing the oxidative properties of HDL. J Lipid Res. 52, 2341-2351 (2011).
  28. Kelesidis, T., et al. Effects of lipid-probe interactions in biochemical fluorometric methods that assess HDL redox activity. Lipids Health Dis. 11, 87 (2012).
  29. Navab, M., et al. Mechanisms of disease: proatherogenic HDL–an evolving field. Nat Clin Pract Endocrinol Metab. 2, 504-511 (2006).
  30. Navab, M., et al. The oxidation hypothesis of atherogenesis: the role of oxidized phospholipids and HDL. J Lipid Res. 45, 993-1007 (2004).
  31. Morgantini, C., et al. HDL lipid composition is profoundly altered in patients with type 2 diabetes and atherosclerotic vascular disease. Nutr Metab Cardiovasc Dis. 24, 594-599 (2014).
  32. Kelesidis, T., et al. A high throughput biochemical fluorometric method for measuring lipid peroxidation in HDL. PLoS One. 9, e111716 (2014).
  33. Kelesidis, T., Yang, O. O., Kendall, M. A., Hodis, H. N., Currier, J. S. Dysfunctional HDL and progression of atherosclerosis in HIV-1-infected and -uninfected adults. Lipids Health Dis. 12, 23 (2013).
  34. Zanni, M. V., et al. HDL redox activity is increased in HIV-infected men in association with macrophage activation and non-calcified coronary atherosclerotic plaque. Antivir Ther. 19, 805-811 (2014).
  35. Roberts, C. K., Katiraie, M., Croymans, D. M., Yang, O. O., Kelesidis, T. Untrained young men have dysfunctional HDL compared with strength-trained men irrespective of body weight status. J Appl Physiol (1985). , 1043-1049 (2013).
  36. Davidson, W. S., et al. Weight loss surgery in adolescents corrects high-density lipoprotein subspecies and their function. Int J Obes (Lond). 41, 83-89 (2017).
  37. Kelesidis, T., et al. Predictors of impaired HDL function in HIV-1 infected compared to uninfected individuals. J Acquir Immune Defic Syndr. , (2017).
  38. Kelesidis, T., et al. Oxidized lipoproteins are associated with markers of inflammation and immune activation in HIV-1 infection. AIDS. 30, 2625-2633 (2016).
  39. Kelesidis, T., et al. Changes in plasma levels of oxidized lipoproteins and lipoprotein subfractions with atazanavir-, raltegravir-, darunavir-based initial antiviral therapy and associations with common carotid artery intima-media thickness: ACTG 5260s. Antivir Ther. , (2016).
  40. Bhattacharyya, D. K., Adak, S., Bandyopadhyay, U., Banerjee, R. K. Mechanism of inhibition of horseradish peroxidase-catalysed iodide oxidation by EDTA. Biochem J. 295 (Pt 2), 281-288 (1994).
  41. Rees, M. D., Pattison, D. I., Davies, M. J. Oxidation of heparan sulphate by hypochlorite: role of N-chloro derivatives and dichloramine-dependent fragmentation. Biochem J. 391, 125-134 (2005).
  42. Mani, K., Cheng, F., Fransson, L. A. Heparan sulfate degradation products can associate with oxidized proteins and proteasomes. J Biol Chem. 282, 21934-21944 (2007).
  43. Finley, P. R., Schifman, R. B., Williams, R. J., Lichti, D. A. Cholesterol in high-density lipoprotein: use of Mg2+/dextran sulfate in its enzymic measurement. Clin Chem. 24, 931-933 (1978).
  44. von Schenck, H., Jacobsson, M. L. Prothrombin assay standardized with an international normalization ratio (INR): goal and reality. Clin Chem. 33, 342 (1987).
  45. de Kok, J. B., et al. Normalization of gene expression measurements in tumor tissues: comparison of 13 endogenous control genes. Lab Invest. 85, 154-159 (2005).
  46. Stocker, R., Keaney, J. F. Role of oxidative modifications in atherosclerosis. Physiol Rev. 84, 1381-1478 (2004).
  47. Holzer, M., et al. Aging affects high-density lipoprotein composition and function. Biochim Biophys Acta. 1831, 1442-1448 (2013).
  48. Amundson, D. M., Zhou, M. Fluorometric method for the enzymatic determination of cholesterol. J Biochem Biophys Methods. 38, 43-52 (1999).
  49. Mishin, V., Gray, J. P., Heck, D. E., Laskin, D. L., Laskin, J. D. Application of the Amplex red/horseradish peroxidase assay to measure hydrogen peroxide generation by recombinant microsomal enzymes. Free Radic Biol Med. 48, 1485-1491 (2010).
  50. Lombardi, A., et al. UCP3 translocates lipid hydroperoxide and mediates lipid hydroperoxide-dependent mitochondrial uncoupling. J Biol Chem. 285, 16599-16605 (2010).
  51. Bhattacharya, A., et al. Denervation induces cytosolic phospholipase A2-mediated fatty acid hydroperoxide generation by muscle mitochondria. J Biol Chem. 284, 46-55 (2009).
  52. Havel, R. J., Eder, H. A., Bragdon, J. H. The distribution and chemical composition of µLtracentrifugally separated lipoproteins in human serum. J Clin Invest. 34, 1345-1353 (1955).
  53. Dyerberg, J. Comments on the quantitation of lipoproteins by agarose-gel electrophoresis. Clin Chim Acta. 61, 103-104 (1975).
  54. Warnick, G. R., Cheung, M. C., Albers, J. J. Comparison of current methods for high-density lipoprotein cholesterol quantitation. Clin Chem. 25, 596-604 (1979).
  55. Demacker, P. N., Hijmans, A. G., Vos-Janssen, H. E., van’t Laar, A., Jansen, A. P. A study of the use of polyethylene glycol in estimating cholesterol in high-density lipoprotein. Clin Chem. 26, 1775-1779 (1980).
  56. Izzo, C., Grillo, F., Murador, E. Improved method for determination of high-density-lipoprotein cholesterol I. Isolation of high-density lipoproteins by use of polyethylene glycol 6000. Clin Chem. 27, 371-374 (1981).
  57. Patel, P. J., Khera, A. V., Wilensky, R. L., Rader, D. J. Anti-oxidative and cholesterol efflux capacities of high-density lipoprotein are reduced in ischaemic cardiomyopathy. Eur J Heart Fail. 15, 1215-1219 (2013).
  58. Roche, M., Rondeau, P., Singh, N. R., Tarnus, E., Bourdon, E. The antioxidant properties of serum albumin. FEBS Lett. 582, 1783-1787 (2008).
  59. Panzenbock, U., Kritharides, L., Raftery, M., Rye, K. A., Stocker, R. Oxidation of methionine residues to methionine sulfoxides does not decrease potential antiatherogenic properties of apolipoprotein A-I. J Biol Chem. 275, 19536-19544 (2000).
check_url/it/56325?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Sen Roy, S., Nguyen, H. C. X., Angelovich, T. A., Hearps, A. C., Huynh, D., Jaworowski, A., Kelesidis, T. Cell-free Biochemical Fluorometric Enzymatic Assay for High-throughput Measurement of Lipid Peroxidation in High Density Lipoprotein. J. Vis. Exp. (128), e56325, doi:10.3791/56325 (2017).

View Video