Eine schnelle und spezifische Mikroplatten-Assay zur Bestimmung der Intra-und extrazelluläre Ascorbat in kultivierten Zellen

Summary

Ascorbat spielt eine wichtige Rolle in zahlreichen zellulären Stoffwechsels, von denen viele nur für Licht in den letzten Jahren. Hier beschreiben wir einen mittleren Durchsatz, spezifisch und kostengünstig Mikrotiterplatten-Assay zur Bestimmung von intra-und extrazellulären Ascorbat in Zellkultur.

Abstract

Vitamin C (Ascorbat) spielt eine wichtige Rolle bei zahlreichen zellulären Stoffwechsels, von denen viele nur für Licht in den letzten Jahren. Zum Beispiel im Gehirn wirkt Ascorbat in einer neuroprotektiven und neuromodulatorischen Weise, Ascorbat Zyklen zwischen Neuronen und Astrozyten vicinalen beinhaltet – eine Beziehung, die entscheidend für die Homöostase Gehirn Ascorbat zu sein scheint. Darüber hinaus Anzeichen dafür stark darauf hin, dass Ascorbat hat eine stark erweiterte Rolle bei der Regulierung zellulärer und systemischer Eisenstoffwechsel als klassisch anerkannt ist. Die zunehmende Anerkennung der integrale Rolle von Ascorbat in normalen und deregulierte zelluläre Physiologie der Organismen und erfordert eine Reihe von Mitteldurchsatz und hohe Empfindlichkeit analytischer Techniken, die ohne die Notwendigkeit für sehr teure Spezialausrüstung ausgeführt werden können. Hier stellen wir explizite Anweisungen für einen mittleren Durchsatz, spezifische und relativ kostengünstige Mikroassay zur Bestimmung von both intra-und extrazellulären Ascorbat in Zellkultur.

Introduction

Die Entdeckung der chemischen Natur von Ascorbinsäure (Vitamin C), und seiner Identifikation als der lange gesuchte "Anti-Skorbut-Faktor", von Albert Szent-Györgyi und andere in Papiere von 1928 bis 1934 veröffentlicht waren ^ein Wahrzeichen Ereignisse in der Geschichte der Biochemie. Tatsächlich trugen diese Entdeckungen Szent-Györgyi auf, die im Jahr 1937 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. Die ständig wachsende Palette von Rollen für Ascorbat in Tier-und Pflanzenphysiologie, sowie die menschliche Gesundheit, weiterhin die Themen der aktiven wissenschaftlichen sein Untersuchung und Kontroversen.

L-Ascorbat ist eine reichlich vorhandene physiologische Reduktionsmittel und Enzym-Cofaktor in Säugersystemen, und trägt zu zahlreichen gut definierten enzymatischen Reaktionen, die die Hydroxylierung von Kollagen, Carnitin-Biosynthese und Norepinephrin, Tyrosin-Stoffwechsel und Peptidhormon Amidierung ^2. Interessanterweise Montage evideNCE legt nahe, dass Ascorbat spielt eine Rolle bei der Stimulierung anderer Eisen-abhängige Dioxygenasen, wie die Prolyl-Hydroxylasen und Asparaginyl bei der Hydroxylierung beteiligt und Ausrichtung der Hypoxie-induzierbaren Faktoren (HIFs) und 1α 2α ^3. Ein neuer Bericht legt nahe, dass Ascorbat spielt eine Rolle bei der T-Zellreifung durch Chromatin beeinflusst Demethylierung über seine Tätigkeit bei der Stimulierung der Kern Hydroxylasen, Jumonji C (JmjC) Domain-Proteine; von denen die letztere scheinen Ascorbat für volle Aktivität ⁴ erfordern. Tatsächlich ist die Stimulierung solcher Enzyme durch Ascorbat scheint durch einen ähnlichen Mechanismus auf die Stimulation auftreten durch Ascorbat der HIF-Hydroxylasen und Kollagen. Unter anderen klassischen Wirkungen beiträgt Ascorbat signifikant die zelluläre Antioxidation als wasserlösliches Kettenabbruch Radikalfänger ⁵ und dem Recycling von Plasmamembran-α-Tocopherol (Vitamin E) über die Reduktion der α-tocopheroxyl Rest ^6, welche ist beim Schutz gegen Membranlipidperoxidation ⁷ wichtig. Wichtig ist, dass obwohl die meisten Säugetiere sind in der Lage, de novo hepatische Synthese von Ascorbat aus D-Glucose, höhere Primaten, Meerschweinchen und einige Fledermäuse hängen von Nahrungsquellen von Vitamin ^8. Dies beruht auf der Inaktivierung des Gens GULO die Orthologe davon unberührt in Säugern codieren, das Enzym γ-Gulono-lacton-Oxidase ^9-13. Dieses Enzym ist für die endgültige Reaktion in Ascorbat-Biosynthese aus Glucose ¹³ erforderlich.

Nach Transporter-vermittelte Resorption aus dem Darmlumen in den Menschen, Ascorbat während des Körpers durch das Kreislaufsystem verteilt. Das Vitamin wird in der Regel in seiner reduzierten Form in millimolaren Konzentrationen intrazellulär (mit der Ausnahme von Erythrozyten in dem die Konzentrationen sind in der Regel ähnlich wie der vorherrschende Plasmakonzentration) und in mikromolaren konz gefundenentrations (zB 50-200 uM) in den meisten extrazellulären Flüssigkeiten ^14,15.

Unter physiologischen Bedingungen, Ascorbat in der Regel eine reversible Ein-Elektronen-Oxidation zum Radikal ascorbyl (AFR, auch als monodehydroascorbate oder semidehydroascorbate bekannt). Während der AFR ist ein relativ stabiles Radikal ^16, in der Abwesenheit von seiner schnellen Ein-Elektronen-enzymatische Reduktion zurück zu Ascorbat können zwei AFRS disproportioniert einem Ascorbat und ein Dehydroascorbat (DHA) ^9,13,17 fördern. Im Inneren der Zelle, die zwei-Elektronen-Oxidationsprodukt von Ascorbat, DHA, schnell wieder auf Ascorbat durch Glutathion und NAD (P) H-abhängige enzymatische und nicht-enzymatische Reaktionen, ¹³ reduziert werden.

Während es klassisch wird akzeptiert, dass Ascorbat einzige bedeutende Rolle im Eisenstoffwechsel ist die Nahrungsaufnahme von ^{Nicht-Häm-Eisen-18} zu stimulieren, die wir und andere zur Verfügung gestellt haben Beweise strongly darauf hindeutet, dass Ascorbat spielt eine stark erweiterte Rolle im Stoffwechsel von diesem Metall. Zunächst erscheint Ascorbat, die durch Ascorbat-voll-Zellen freigesetzt wird, eine wichtige Rolle bei der Modulation der Aufnahme von Nicht-Transferrin-gebundenem Eisen von ^19,20 Zellen zu spielen, und sehr neue Hinweise darauf, dass Ascorbat moduliert auch die Aufnahme von Transferrin-gebundenes Eisen von Zellen ^21, von denen die letztere entspricht einer physiologischen Haupteisenaufnahmestrecke ^22.

Ascorbat ist wichtig für die normale Funktion des zentralen Nervensystems bei Säugetieren ^23,24. Zusammen mit der Nebennierenrinde, Hypophyse, Thymus, Retina und Gelbkörper enthält das Gehirn hohen Konzentrationen von Ascorbat im Vergleich zu anderen Körpergeweben ^23,25-27. Zusätzlich wird die Belichtung beider ^28,29 Astrozyten und Neuronen-ähnliche Zellen ³⁰ zu Glutamat bekannt, die Freisetzung von Ascorbat in den extrazellulären Raum, in dem die Auslösung ascorbatE soll helfen Neuronen schützen vor Glutamat-induzierten neuronalen Dysfunktion ^31. Während der genaue Mechanismus der Glutamat-induzierten Freisetzung aus Astrozyten Ascorbat unbekannt ist, haben wir vor kurzem legte Beweise, die die Beteiligung der Zelle Schwellungen, die durch Glutamataufnahme verursacht durch die Astrozyten Glutamat und Aspartat-Transporter (GLAST, auch bekannt exzitatorischen Aminosäuretransporter-Isoform 1 [EAAT1 ] beim Menschen) und damit die Aktivierung des Volumens empfindlichen Osmolyten und Anionen-Kanäle (VSOACs), die durchlässig für kleine organische Anionen wie Ascorbat ^32. Die molekularen Identitäten der Kanäle in der Plasmamembran VSOAC Bildung beteiligt noch identifiziert werden ^33,34.

Obwohl viele Assays zur Bestimmung von Ascorbat in biologischen Proben, die spektrophotometrische, fluorometrische und chromatographische Assays ^35,36 umfassen entwickelt wurde, gibt es viel Variabilität in der Spezifität, Empfindlichkeit, interference von chemischen Verunreinigungen, effektive linearen Bereich und die Stabilität der Endpunkt Analyten. Zusätzlich können andere wichtige Faktoren, die die Wahl beeinflussen, sind Assay Schnelligkeit, einfache Handhabung und den Zugang zu relativ spezialisierte Ausrüstung wie einer Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatographie (HPLC)-Gerät.

Hier stellen wir eine einfache und sehr spezifische kolorimetrische Mikrotiterplatten-Assay zur Bestimmung der intrazellulären Ascorbat in kultivierten Zellen, sowie einen separaten Assay zur Bestimmung von Ascorbat-Efflux aus kultivierten Zellen. Letztere Assay zielt darauf ab, das Problem der Unterschätzung der Ascorbat Freisetzung aus den Zellen aufgrund der schnellen Wiederaufnahme des frei Ascorbat durch natriumabhängigen Transport Ascorbat (SVCTs) zu umgehen. Obwohl beide Methoden haben in einigen unserer bisherigen Veröffentlichungen ^{19,20,32,37,38} erschien, bietet diese Handschrift eine explizite Reihe von Anweisungen und Leitlinien für ihre effiziente Ausführung.

Protocol

1. Bestimmen Intrazelluläre Ascorbat in kultivierten Zellen Zellkultur-und Ernte Wachsen Suspension (z. B. Mensch erythroleukemia, K562) oder adhärenten Zellen (zB primäre Astrozyten) mit Standard-Kulturverfahren 19-21,32,38. Hinweis: Um sicherzustellen, Zellen enthalten Ascorbat, laden kultivierten Zellen mit Ascorbat entweder als Ascorbat oder DHA 33,39. Neues Ascorbat haltigen Zellextrakt Inku…

Representative Results

Bestimmung der intrazellulären Ascorbat in kultivierten Suspensionszellen Im ersten Test (Abbildung 1), ist die intrazelluläre Ascorbat bestimmt, nach Ascorbat spezifische (dh, AO-und Kleinschreibung) Reduktion von Ferricyanid zu Ferrocyanid, mit Hilfe der hochempfindlichen Bestimmung von Blutlaugen durch eine zuvor veröffentlichten Verfahren 37. Der Nachweis von Ascorbat auf der kolorimetrischen Chelatisierung von Eisen, die von der Ascorbat-abhängige R…

Discussion

In der vorliegenden Arbeit werden zwei schnelle, spezifische und relativ empfindliche kolorimetrische Mikrotiterplatten-Assays zur Bestimmung von Ascorbat aus den intra-und extrazellulären Kompartimenten in kultivierten Zellen. Die Tests können mit Zugang zu Standard-Labor-Ausrüstung und Reagenzien durchgeführt werden. Die nur moderat kostspielig Reagens für den Assay erforderlich ist, AO, was wesentlich ist, da es einen hohen Grad an Spezifität gegenüber Analyt-L-ascorbat verleiht….

Materials

Nunc 96-well flat-bottom plates	Thermo	269620	Any flat-bottom 96-well plate can be used
Refrigerated benchtop microcentrifuge	Eppendorf	5415D	A non-refrigerated microcentrifuge that has been equilibrated to temperature in a cold room can also be used
Refrigerated bench-top centrifuge	Eppendorf	5810R	Swing-bucket
Bio-Rad Benchmark Plus Microplate Spectrophotometer	Bio-Rad		Any microplate spectrophotometer capable of reading at 593 nm can be used and is recommended. If a filter-based plate reader is used, choose the closest wavelength possible and use the standard-curve method.
Ependorf MixMate (microplate orbital mixer)	Eppendorf		This is a very versatile and reliable microplate mixer and works very well for these assays
General-purpose buffers
Phosphate-buffered saline (PBS), pH 7.4
MOPS-buffered saline (MBS); 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 15 mM MOPS-Na+, pH 7.3
MBS + 5 mM D-glucose (MBS/D)
HEPES-buffered saline + 5 mM D-glucose (HBS/D); 137 mM NaCl, 5.2 mM KCl, 1.8 mM CaCl2•2 H2O, 0.8 mM MgSO4•7 H2O, 5 mM D-glucose, 20 mM HEPES-Na+, pH 7.3)
Cell permeabilisation buffer (CPB; 0.1% saponin in PBS)
General chemicals
L-ascorbic acid or sodium L-ascorbate	Sigma-Aldrich		Highest purity preparations should be obtained
Dehydro-L-ascorbic acid (DHA) dimer	Sigma-Aldrich	30790	Aqueous solutions theoretically yield 2 moles of DHA monomer per mole of DHA dimer
Cytochalasin B	Sigma-Aldrich	C6762	Stock solutions prepared in DMSO or ethanol
Ascorbate oxidase (AO)	Sigma-Aldrich	A0157	Stock solutions (120 U/ml) can be prepared in PBS or MBS and then frozen in aliquots
Potassium ferricyanide (FIC)	Sigma-Aldrich	455989	Trihydrate
Ferene-S (3-(2-Pyridyl)-5,6-di(2-furyl)-1,2,4-triazine-5′,5′′-disulfonic acid disodium salt)	Sigma-Aldrich	92940
Sodium L-glutamate	Sigma-Aldrich
L-glutamine	Sigma-Aldrich
Saponin	Sigma-Aldrich	47036	Prepare a 0.1% stock solution
Stock solutions for intracellular ascorbate determination assay
3 M sodium acetate (pH 6.0)
Glacial acetic acid
0.2 M citric acid
3.3 mM FeCl3 in 0.1 M acetic acid
30 mM ferene-S
50% (v/v) acetic acid + 30% (w/v) trichloroacetic acid (TCA)
Stock solutions for ascorbate-efflux assay
AO (120 U/ml)
2.4 mM ferene-S
0.12 mM FeCl3 in 0.6 mM sodium-citrate