Summary

Cell-free biokjemiske Fluorometric enzymatisk analysen for høy gjennomstrømming-måling av Lipid Peroxidation in høy tetthet Lipoprotein

Published: October 12, 2017
doi:

Summary

Her beskriver vi en fluorometric celle-fri biokjemiske analysen for fastsettelse av HDL-lipid peroxidation. Denne raske og reproduserbar analysen kan brukes til å bestemme HDL-funksjonen i stor skala studier og kan bidra til vår forståelse av HDL-funksjonen i menneskelig sykdom.

Abstract

Lav high-density lipoprotein (HDL-C) kolesterol nivåer er en av de mektigste uavhengig negative prediktorer for aterosklerotisk kardiovaskulær sykdom (CVD). Struktur og funksjon av HDL i stedet for HDL-C kan mer nøyaktig forutsi åreforkalkning. Flere HDL protein og lipid kompositoriske endringer som svekke HDL-funksjonen forekommer i inflammatoriske tilstander som atherosclerosis. HDL-funksjonen er vanligvis avhengig av cellen basert analyser som kolesterol middelklasseinnbyggere analysen men disse analyser har mange ulemper mangelen på standardisering. Cellen gratis analyser kan gi mer robust tiltak av HDL funksjonen sammenlignet cellebasert analyser. HDL oksidasjon svekker HDL-funksjonen. HDL har en viktig rolle i lipid peroxide transport og høy mengde lipid peroksider gjelder unormal HDL-funksjonen. Lipid-sonden interaksjoner bør vurderes når tolke resultatene av ikke-enzymatisk fluorescens søk for å måle lipid oksidativt staten. Dette motivert oss å utvikle en celle-fri biokjemiske enzymatisk metode for å vurdere HDL lipid peroxide innhold (HDLox) som bidrar til HDL dysfunksjon. Denne metoden er basert på enzymet pepperrotperoksidase (HRP) og fluorochrome Amplex rødt som kan kvantifisere (uten kolesterol oksidase) lipid peroxide innholdet per mg av HDL-C. Her er en describedfor fastsettelse av HDL-lipid peroxidation bruker fluorochrome reagensen. Analysen variasjon kan reduseres med strenge standardisering av eksperimentelle forhold. Høyere verdier for HDLox er forbundet med redusert HDL antioksidant funksjon. Presentasjon av denne analysen er forbundet med readouts av validerte cellen-basert analyser, surrogat tiltak av hjerte-og karsykdommer, systemisk betennelse, immun dysfunction og tilknyttete risikoen for hjerte- og metabolske fenotyper. Denne tekniske tilnærmingen er robust metode for å vurdere HDL-funksjonen i menneskelig sykdom der systemisk betennelse, oksidativt stress og oksidert lipider har en nøkkelrolle (som atherosclerosis).

Introduction

Aterosklerotisk kardiovaskulær sykdom (CVD) er den ledende årsaken til død verdensomspennende1,2. Epidemiologiske studier har vist at lave nivåer av high-density lipoprotein (HDL) kolesterol er generelt omvendt assosiert med risiko for utvikling av aterosklerose1,2. Selv om flere studier støtter en atheroprotective rolle for HDL1,2, er mekanismen som HDL attenuates Debutalder og progresjon av aterosklerose komplekse 3,4. Derfor har det blitt antydet at kompleks struktur og funksjon av HDL i stedet for absolutte nivå kan mer nøyaktig forutsi aterosklerose 5,6,7,8. Flere HDL protein og lipid kompositoriske endringer som svekke HDL-funksjonen forekommer i inflammatoriske tilstander som atherosclerosis. Disse i) redusere sitt kolesterol middelklasseinnbyggere potensielle 9, ii) redusere anti-inflammatorisk og øke HDL-assosiert pro-inflammatoriske proteiner 6,7, iii) redusere antioksidant faktor nivåer og aktivitet og HDL muligheten til å hindre oksidasjon av lav tetthet Lipoprotein (LDLox)10 og iv) øke lipid hydroperoxide innhold og redoks aktivitet (HDLox)9,11. Robuste analyser som evalueres pleotropic funksjoner HDL (for eksempel kolesterol middelklasseinnbyggere, antioksidant funksjon) kan utfylle fastsettelse av HDL-HDL-C i klinikken.

HDL-funksjonen er vanligvis vurdert av cellebasert metoder som de kolesterol middelklasseinnbyggere analyse8,12,13,14. Disse metodene har store begrensninger inkludert betydelige heterogenitet med hensyn til typer celler brukes, type avlesning rapportert, mangelen på standardisering og forvirrende effekter triglyserider 7,15. Disse ulempene utgjør problemer for store kliniske studier16. Cellen gratis analyser kan gi mer robust tiltak av HDL funksjonen sammenlignet cellebasert analyser. Kolesterol middelklasseinnbyggere er en av de viktigste funksjonene av HDL, men det kan bare bestemmes av cellebasert analyser. Andre tilnærminger til å bestemme HDL-funksjon som Proteomikk17,18,19,20,21,22,23, 24 og cellebasert monocytt chemotaxis analyser HDL funksjonen 17,22,25 ikke er standardisert og kan ikke brukes i stor skala menneskelige studier.

HDL har betydelig antioksidant atheroprotective effekt5,6,7,8. Funksjonen antioksidant av HDL er fastslått i nærvær av LDL i forrige cellen gratis fluorometric analyser 26. Metodene for biokjemiske fluorometric HDL antioksidant funksjonen ble opprinnelig utviklet av Mohamad Navab og Alan Fogelman og deres kolleger26. Selv om mange menneskelige studier har brukt disse metodene til å bestemme HDL funksjonen 17,18,19,20,21,22,23 ,24, lipid (HDL)-lipid (LDL) og lipid-fluorochrome vekselsvirkningene kan begrense reproduserbarhet av disse cellen gratis ikke-enzymatisk biokjemiske analyser av HDL funksjonen27,28.

Siste interesse har fokusert på funksjonell konsekvensene av HDL oksidasjon som er resultatet av oksidasjon av både lipider og proteiner i HDL 27,29,30. Tidligere studier har vist at oksidasjon av HDL svekker HDL funksjonen 27,29,30. HDL har en viktig rolle i lipid peroxide transport og høy mengde lipid peroksider gjelder unormal HDL-funksjonen. Dermed kan HDL lipid peroxide brukes til å bestemme HDL funksjon 9,17,20,31 og gitt de kjente begrensningene i tidligere analyser av HDL funksjon7, 15,27,32, vi utviklet en alternativ fluorometric metode som quantifies HDL lipid peroxide innhold (HDLox) 32. Denne metoden er basert på enzymet pepperrotperoksidase (HRP) og fluorochrome Amplex rødt som kan kvantifisere (uten kolesterol oksidase) lipid peroxide innholdet per mg av HDL-C 32. Biokjemiske prinsippet om analysen er vist i figur 1. Vi har vist at dette fluorescens tilnærming ikke har begrensninger av tidligere HDL funksjonen analyser27,28. Denne analysen har blitt ytterligere forbedret og standardisert i vårt laboratorium slik at den kan trygt brukes i stor skala menneskelige studier selv med cryopreserved plasma 32,33,34, 35 , 36 , 37 , 38 , 39 , 40 , 41 , 42. presentasjon av denne analysen er forbundet med readouts av validerte cellen-basert analyser, surrogat tiltak av hjerte-og karsykdommer, systemisk betennelse, immun dysfunction og tilknyttete risikoen for hjerte- og metabolske fenotyper 32 , 33 , 34 , 35 , 36 , 37 , 38 , 39. her beskriver vi denne enkle, men likevel robust metode for å måle HDL lipid peroxide innhold (HDLox). Denne analysen kan brukes som et verktøy til å besvare viktige forskningen spørsmål om rollen av HDL funksjon i menneskelig sykdom der systemisk betennelse, oksidativt stress og oksidert lipider har en nøkkelrolle (som atherosclerosis)32.

Protocol

alle eksperimenter ved hjelp av menneskelig biologiske prøver ble utført med etikk godkjenning fra universitetet av California Los Angeles, Los Angeles og Alfred sykehus menneskelige etikk komiteen, Melbourne. Merk: det finnes mange varianter av funksjonen fluorochrome HDL analysen (se diskusjon) 32. Nedenfor vil vi beskrive protokollen som gir de mest konsekvente og reproduserbar resultatene. En oversikt over analysen er vist i figur 2</stron…

Representative Results

50 µL av hver HDL prøve, legges til i hver brønn i skritt 7.3. 50 µL av HRP løsning 5 U/mL (0,25 U), deretter legges til i hver brønn i skritt 7.5. Eksempler er ruges i 30 min på 37 ° C som i trinn 7.6. 50 µL av fluorochrome-reagensen legges deretter inn hver brønn i skritt 7.7 (siste konsentrasjon på 300 µM). Den fluoriserende avlesning (i mørket) vurderes deretter hvert minutt over 120 minutter på 37 ° C med en fluorescerende plate leseren (530/590 nm filterene). Represen…

Discussion

Protokollen beskrevet her tilbyr et kraftig verktøy for å besvare viktige forskningen spørsmål om rollen av HDL funksjon i åreforkalkning og menneskelig sykdom. Analysen kvantifiserer HDL lipid peroxide innholdet per mg av HDL-C benytter enzymatisk utvidelse (HRP). Unngår denne tilnærmingen kjente begrensninger av tidligere HDL funksjonen analyser (f.eks kolesterol middelklasseinnbyggere analysen) inkludert betydelige heterogenitet med hensyn til typer celler brukes, type avlesning rapportert, mangelen på standar…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne anerkjenner takknemlig arbeidet til Dr. Mohamad Navab, Alan Fogelman og Srinivasa rødlig for sin viktige rolle i utviklingen av tidligere gjentakelser av denne modellen. T.A.A. støttes av en RMIT University-Visekanslers postdoktorstipend. AJ og AH støttes av NHMRC prosjekt stipend 1108792. TK støttes av NIH gir 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

References

  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/56325?article_type=t

Play Video

Cite This Article
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