単離したてのマウス肝細胞の懸濁液中の脂肪酸β酸化の測定
Summary
脂肪酸β酸化は、肝細胞を含む多くの異なる細胞型においてエネルギーを生成する役割を担う必須代謝経路である。ここでは、 14C標識パルミチン酸を用いて新たに単離した初代肝細胞における脂肪酸β酸化を測定する方法について述べる。
Abstract
脂肪酸β酸化は、肝臓のエネルギー需要を満たすための重要な代謝経路であり、全身のグルコース恒常性を維持し、絶食状態での肝外器官機能をサポートするために不可欠なケトジェネシスおよび糖新生などの追加プロセスのための基質および補因子を提供する。脂肪酸β酸化は、ミトコンドリアおよびペルオキシソーム内で起こり、脂肪酸の取り込みおよび活性化、酵素発現レベル、補酵素AおよびNAD+などの補因子の利用可能性を含む複数のメカニズムによって調節される。肝臓ホモジネート中の脂肪酸β酸化を測定するアッセイでは、細胞溶解および補因子の超生理学的レベルの一般的な添加は、これらの調節機構の影響を隠す。さらに、ホモジネート中の細胞小器官の完全性は制御が困難であり、調製物間で大きく異なる可能性がある。無傷の初代肝細胞における脂肪酸β酸化の測定は、上記の落とし穴を克服する。このプロトコールは、 14C標識パルミチン酸と共にインキュベートされた新たに単離された初代マウス肝細胞の懸濁液中の脂肪酸β酸化の測定のための方法を記載する。数時間から数日の培養を避けることによって、この方法は、摂食マウスと比較して絶食マウスから単離された肝細胞において観察される脂肪酸β酸化の活性化を含む、元の肝臓のタンパク質発現レベルおよび代謝経路活性をよりよく保存するという利点を有する。
Introduction
脂肪酸β酸化は脂質代謝に不可欠なプロセスであり、脂肪酸合成と食事からの摂取のバランスをとるための異化経路を提供する。このプロセスは、心筋、腎臓皮質、絶食肝臓を含む複数の臓器にエネルギーを生成し、食事から得られる脂肪酸、脂肪組織の脂肪分解、および内部トリグリセリドストア1,2を利用します。
β酸化経路を介した脂肪酸の酸化は、アセチルCoAとして放出される一度に2つの炭素による脂肪酸アシル鎖の逐次的な短縮をもたらし、このプロセスはミトコンドリアおよびペルオキシソームの両方で起こる。ほとんどの脂肪酸はβ酸化のみを受けるが、一部はこの経路に入る前に異なる炭素で酸化される。例えば、フィタン酸などの3-メチル置換脂肪酸は、α酸化経路に入る前にペルオキシソーム中のβ酸化によって1つの炭素の除去を受ける。同様に、一部の脂肪酸は、小胞体における末端メチル基の酸化(ω-酸化)によって最初にジカルボン酸脂肪酸に変換され、その後、β酸化3によってペルオキシソーム内で優先的に酸化される。
特定の細胞小器官に関係なく、脂肪酸は、β酸化経路を介して酸化されるためには、まず補酵素A(CoA)チオエステル、またはアシルCoAに変換されなければならない。ミトコンドリアマトリックス中の長鎖アシルCoAsのβ-酸化は、カルニチンパルミトイルトランスフェラーゼ1(CPT1)がアシル-CoAsのアシルカルニチンへの変換を触媒し、このプロセス4における律速酵素であるカルニチンシャトルを必要とする。一旦ミトコンドリアマトリックスに転移すると、アシルCoAsは再形成され、ミトコンドリアβ酸化機構の基質として役立つ。絶食状態では、肝ミトコンドリアにおけるβ酸化によって産生されたアセチルCoAは、主にケトジェネシスにチャネリングされる。ペルオキシソームは、非常に長鎖、分岐鎖、およびジカルボン酸のβ酸化の一次部位として役立つ。ペルオキシソームは、脂肪酸基質を輸入するためにカルニチンシャトルを必要とせず、代わりにATP結合カセット(ABC)トランスポーターの活性を介して対応するアシル-CoAsを輸入する1-35。ペルオキシソーム内では、アシルCoAsは、ミトコンドリア脂肪酸β酸化機構とは異なる専用の酵素セットによって酸化される。ミトコンドリアとペルオキシソームの両方はまた、脂肪アシル鎖を酸化するためにNAD+ および遊離CoAの供給を必要とする。肝臓中のCoAレベルは絶食に応答して増加することが示されており、この状態で起こる脂肪酸酸化の速度の増加を支持している6。さらに、ペルオキシソームにおけるCoA分解の増加は、ペルオキシソーム脂肪酸酸化7の選択的減少をもたらす。したがって、細胞内の脂肪酸酸化のプロセスは、脂肪酸の活性化、輸送、および酸化に関与する酵素の発現レベルおよび活性、ならびに複数の細胞内区画にわたる補因子および他の代謝産物の濃度によって調節される。
脂肪酸酸化を測定するために組織ホモジネートを使用する手順は、このプロセスを調節およびサポートする細胞アーキテクチャを破壊し、in vivo代謝を正確に反映しないデータの収集につながる。播種された初代肝細胞を用いた技術はこの系を保持するが、単離された細胞を長期間培養すると、動物内にまだ生きていたときに細胞内に存在していたin vivo遺伝子発現プロファイルが失われる結果となる8,9。以下のプロトコールは、[1-14C]パルミチン酸を用いて、初代肝細胞を単離し、単離直後および懸濁液中で脂肪酸β酸化に対するそれらの能力をアッセイする方法を記載している。このアッセイは、[1-14C]パルミチン酸10,11のβ酸化によって生成されるアセチルCoAのような酸可溶性代謝産物(ASM)または生成物に関連する放射能の測定に基づいている。
Protocol
Representative Results
Discussion
肝臓灌流の間、気泡は肝臓内の微小毛細血管を遮断し、緩衝循環を防止または制限し、肝細胞の収量および生存率を全体的に低下させるので、気泡の導入を避けることが重要である20,21。IVCのカニューレ前にバッファーで満たされた入口ラインを綿密に検査し、バッファー1を含むチューブから入口ラインを持ち上げてバッファー2に切り替えること?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、国立衛生研究所がロベルタ・レオナルディに助成金R35GM119528を供与した。
Materials
| (R)-(+)-Etomoxir sodium salt | Tocris Bioscience | 4539/10 | |
| [1-14C]-Palmitic acid, 50–60 mCi/mmol, 0.5 mCi/mL | American Radiolabeled Chemicals | ARC 0172A | |
| 1 M HEPES, sterile | Corning | 25060CI | |
| 10 µL disposable capillaries/pistons for positive displacement pipette | Mettler Toledo | 17008604 | |
| 1000 µL, 200 µL, and 10 µL pipettes and tips | |||
| 5 mL, 10 mL, and 25 mL serological pipettes | |||
| 50 mL sterile centrifuge tubes | CellTreat | 229421 | |
| 70% Perchloric acid | Fisher Scientific | A2296-1LB | |
| BSA, fatty acid-free | Fisher Scientific | BP9704100 | |
| CaCl2 dihydrate | MilliporeSigma | 223506 | |
| D-(+)-Glucose | MilliporeSigma | G7021 | |
| EGTA | Gold Biotechnology | E-217 | |
| Ethanol | Pharmco | 111000200CSPP | |
| Filter System, 0.22 μm PES Filter, 500 mL, Sterile | CellTreat | 229707 | |
| Gentamicin sulphate | Gold Biotechnology | G-400-25 | |
| HDPE, 6.5 mL scintillation vials | Fisher Scientific | 03-342-3 | |
| Hemocytometer | |||
| Hypodermic needles 22 G, 1.5 in | BD Biosciences | 305156 | |
| Isoflurane | VetOne | 502017 | |
| KCl | Fisher Scientific | BP366-1 | |
| KH2PO4 | MilliporeSigma | P5655 | |
| Liberase TM Research Grade | MilliporeSigma | 5401119001 | Defined blend of purified collagenase I and II with a medium concentration of thermolysin |
| M199 medium | MilliporeSigma | M5017 | |
| MgSO4 heptahydrate | MilliporeSigma | M1880 | |
| Microcentrifuge | Fisher Scientific | accuSpin Micro 17 | |
| Microdissecting Scissors | Roboz Surgical Instrument Co | RS-5980 | |
| NaCl | Chem-Impex International | 30070 | |
| NaHCO3 | Acros Organics | 424270010 | |
| Palmitic acid | MilliporeSigma | P0500 | |
| Penicillin/streptomycin (100x) | Gibco | 15140122 | |
| Phosphate buffered saline (PBS) | Cytiva Life Sciences | SH30256.01 | |
| Positive displacement pipette MR-10, 10 µL | Mettler Toledo | 17008575 | |
| Refrigerated centrifuge with inserts for 50 mL conical tubes | Eppendorf | 5810 R | |
| Round-bottom, 14 mL, polypropylene culture test tubes | Fisher Scientific | 14-956-9A | |
| Scintillation counter | Perkin Elmer | TriCarb 4810 TR | |
| ScintiVerse BD cocktail | Fisher Scientific | SX18-4 | |
| Shaking water bath, 30 L capacity | New Brunswick Scientific | Model G76 | |
| Sterile cell strainers, 100 µm | Fisher Scientific | 22363549 | |
| Thumb Dressing Forceps | Roboz Surgical Instrument Co | RS-8120 | |
| Trypan Blue | Corning | 25900CI | |
| Variable-flow peristaltic pump | Fisher Scientific | 138762 | |
| Water baths, 2–2.5 L capacity |
Riferimenti
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