Method Article
lipogenesis נובו דה וחמצון חומצת β-השומן מהווים מסלולי מפתח חילוף חומרים בhepatocyte, מסלולים המוטרדים בכמה הפרעות מטבוליות, כוללים מחלת כבד שומני. כאן אנו מדגימים בידוד של hepatocytes העיקרי עכבר ולתאר כימות של חמצון חומצת β-השומן וlipogenesis.
Lipid metabolism in liver is complex. In addition to importing and exporting lipid via lipoproteins, hepatocytes can oxidize lipid via fatty acid oxidation, or alternatively, synthesize new lipid via de novo lipogenesis. The net sum of these pathways is dictated by a number of factors, which in certain disease states leads to fatty liver disease. Excess hepatic lipid accumulation is associated with whole body insulin resistance and coronary heart disease. Tools to study lipid metabolism in hepatocytes are useful to understand the role of hepatic lipid metabolism in certain metabolic disorders.
In the liver, hepatocytes regulate the breakdown and synthesis of fatty acids via β-fatty oxidation and de novo lipogenesis, respectively. Quantifying metabolism in these pathways provides insight into hepatic lipid handling. Unlike in vitro quantification, using primary hepatocytes, making measurements in vivo is technically challenging and resource intensive. Hence, quantifying β-fatty acid oxidation and de novo lipogenesis in cultured mouse hepatocytes provides a straight forward method to assess hepatocyte lipid handling.
Here we describe a method for the isolation of primary mouse hepatocytes, and we demonstrate quantification of β-fatty acid oxidation and de novo lipogenesis, using radiolabeled substrates.
Non-alcoholic fatty liver disease is one of the leading causes of liver disease in Westernized cultures1,2. Lipid accumulation within the liver is associated with cell death, fibrosis, and liver failure via yet unknown mechanisms3-6. In fatty liver disease, hepatocyte-mediated β-fatty acid oxidation and de novo lipogenesis are important determinants of net lipid accumulation7,8. This article will, therefore, focus on hepatocyte isolation, followed by quantification of β-fatty acid oxidation and de novo lipogenesis.
Numerous methodologies have been developed to interrogate hepatocyte lipid metabolism. Though it is possible to measure metabolism of fat in vivo using stable isotopes9,10, these methods are costly, and require large numbers of animals. Additionally, the ability to investigate the effect of exogenous chemicals is limited due to the nature of in vivo experimentation. In contrast, the isolation of primary hepatocytes from mouse liver provides an affordable avenue to pursue11. Furthermore, studying hepatocytes in culture allows investigators to study the effects of varying chemicals on lipid processing while circumventing the difficulties of in vivo experimentation. Finally, isolated hepatocytes avoid any confounding from varying genetics since they are derived from the liver of a single animal.
Here we isolate and culture of hepatocytes, and we measure β-fatty acid oxidation and de novo lipogenesis, using radiolabeled palmitate. The protocol detailed below is straight forward, effective, and reproducible.
כל הניסויים בבעלי החיים צריכים להתבצע בהתאם לתקנות פדרליות ומקומיות ובאישור של ממשל IACUC ובטיחות קרינה מוסדי.
1. הכנה
2. בידוד של יסודי העכבר hepatocytes
3. חומצות שומן החמצון Assay
אזהרה: שימוש בקרינה רדיואקטיבית יכול להיות מסוכנת. כל הרכישה, האחסון, הטיפול, ודיsposal של חומר רדיואקטיבי צריכה להתבצע בהתאם למדינה, תקנות מוסדיות, ופדרליות והנחיות.
4. Lipogenesis Assay
בידודי Hepatocyte בדרך כלל לגרום 1 - 3 x 10 7 תאים כולל. לאחר דגירה הלילה, התאים יופיעו משושה, שרבים מהם יהיה binucleated (איור 2). תאים בריאים צריכים להיות נטולי granulations או שלפוחיות, אשר מעידים על המוות של תאים.
באופן כללי, assay חומצות שומן החמצון מנוהל בשלושה עד ארבעה חזרות למתחם בדיקה. ספירה לCO 2 הדגימות כחמישית מאלה הנגזרים מהחומר מסיס החומצה. אנחנו בדרך כלל לחשב את היחס של CO 2 לחומר מסיס חומצה כמדד לחמצון מלא (כלומר, סכום חמצון באמצעות מעגל החומצה הציטרית). חומרים המקדמים נשימה תאית, כגון ציאניד 4-phenylhydrazone קרבוניל (trifluoromethoxy) (FCCP) יעברו יחס זה כלפי CO 2, המציין יותר חמצון באמצעות מחזור TCA. מעכבים של שרשרת הנשימה יקטנו חמצון בכל(איור 3). כאשר מטיס assay זה, עדיף כולל שליטה לא תאים כדי לאמת את הליך הפקת פעילות תא ספציפי.
Lipogenesis assay הוא בהשוואה לרוב לשליטת אפס נקודה זמן (תאים שטופלו עם מצע מייד לפני הקציר). Assay צריך להיות ליניארי לעומת זמן דרך לפחות ארבע שעות של דגירה. תרכובות אשר משפרות חמצון של חומצות שומן, כגון FCCP, או להפחית את סינתזת ATP, כגון oligomycin, תפחית פעילות lipogenic (איור 4).
איור 1: הכנת צלחת הסינון כדי להכין את צלחת המסנן כמתואר בשלב 3.6, להסיר את הכיסוי מצלחת 24 גם סטרילי. הנח x 2 חתיכת סנטימטר 2 סנטימטר של נייר סינון בבסיס של כל טוב. כיסוי כל הצלחת עם 7 "x 4" חתיכה של סעיףסרט, ולשפשף את הצלחת לאטום את החלק העליון של הבארות בחוזקה. זה יפיק חוגים מחוררים של parafilm על הפתחים היטב, שיש להסיר. לאחר תוספת של חומצת perchloric בשלב 3.9, מניח את צלחת נייר סינון בחוזקה על צלחת Assay לייצר חותם.
איור 2: היסודי hepatocytes בתרבות שלב ניגוד תמונות של hepatocytes עכבר העיקרי הבריא ולא בריא 16 שעות לאחר ציפוי בלוחות 24 גם קולגן מצופה. בר סולם, 200 מיקרומטר. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3: חומצות שומן חמצון על ידי ראשי העכבר hepatocytes בתרבות 14 חמצון C-Palmitate לCO () 2, חומר חומצה (B) מסיס, ו- (ג) היחס של CO 2 לחומר מסיס חומצה מhepatocytes העיקרי מודגרות עם הרכב, FCCP, או oligomycin. הנתונים הם ממוצעים ± SEM. * P <0.05, ** p <0.01 לעומת רכב על ידי מבחן t-זנב אחד. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 4: Lipogenesis בתרבית הראשוני עכבר hepatocytes פעילות Lipogenic לעומת הזמן בhepatocytes העיקרי שטופל עם 3 H-אצטט ופעילות lipogenic (ב ') בנוכחות של רכב, oligomycin, או FCCP (). הנתונים הם ממוצעים ± SEM. *** P <0.001 לעומת רכב על ידי מבחן t-זנב אחד.
טבלת 1 | |
תרבות מדיה | |
ציפוי בינוני | |
DMEM | 500 מיליליטר |
FBS | 10% |
פירובט נתרן | 2 מ"מ |
פן / סטרפטוקוקוס | 2% |
Dexamethasone | 1 מיקרומטר |
אינסולין | 0.1 מיקרומטר |
תחזוקה בינונית | |
DMEM | 500 מיליליטר |
V שבר BSA | 0.2% |
פירובט נתרן | 2 מ"מ |
פן / סטרפטוקוקוס | 2% |
Dexamethasone | 0.1 מיקרומטר |
אינסולין | 1 ננומטר |
רעב בינוני | |
DMEM | 500 מיליליטר |
V שבר BSA | 0.2% |
פירובט נתרן | 2 מ"מ |
פן / סטרפטוקוקוס | 2% |
הזמן מהקרבה לזלוף צריך להיות פחות מ 3 דקות לזלוף אידיאלי ועיכול collagenase של הכבד. ברגע שזלוף עם זלוף בינוני הוא יזם, הכבד צריך לשנות באופן מיידי את מראה למאדום לחיוורים. לאחר כ 10 דקות של דגירה עם LDM, הכבד יופיע נפוח ורודה. במקרה שזלוף אינו מספיק, בכבד לא יכול להציג שינויים אלה, וזה בדרך כלל יגרום לתשואה hepatocyte נמוכה יותר.
בעקבות צעדי השטיפה, ניתן לאחסן hepatocytes המבודד במשך כמה שעות בהשעיה על קרח לפני הציפוי. ברגע שמצופה, hepatocytes התרבותי דורש כמה שעות לדבוק ולהתפשט. בעקבות 2 שעות של דגירה בציפוי בינוני, hepatocytes יישאר קטן ועגול. לאחר דגירה לילה, hepatocytes ייקח על מראה משושה אופייני יותר, שרבים מהם יהיה binucleated. אם ההכנה היא לא בריאה, גאמות יפגינו רב granulations ומדי פעם blebbing, מעיד על המוות של תאים. על מנת לשמור על יכולת קיום התרבות הטובה ביותר, צריכה להיות שונה תקשורת בכל שעה 24 וטופלה כדי למזער את החשיפה לאוויר פתוחה.
palmitate נתרן הוא מסיס במים ב RT, עם זאת, לאחר דגירה על 70 מעלות צלזיוס זה צריך להתמוסס לחלוטין. חשיפה לRT תגרום השומנים לגבש במהירות, ובכך זה הכרחי לעבוד במהירות. ברגע שpalmitate כבר מומס בטרום דגירה בינונית, זה קריטי כדי לשמור על המדיום על 37 מעלות צלזיוס על מנת לשמור על המסיסות של השומנים.
כפי שצוין לעיל, על מנת להבטיח תוצאות מדויקות מassay חומצות שומן החמצון, הבינוני חייבים להיות לגמרי קפוא בחנקן נוזלי. זה מונע כל בריחה של CO 2 בתוספת של חומצת perchloric לבארות. מייד לאחר התוספת של חומצת perchloric לדגימות קפואות, צלחת assay חייבת להיות הדוקה גovered על ידי צלחת נייר הסינון, והקפד ליישר את הצלחות להעברת גז בין הבארות. מאז נייר הסינון ספוג עם עודף של NaOH, ההרכב של התגובה הוא מסוגל ללכוד CO 2 שוחררו כNaHCO 3. הניסויים הבאים פרוטוקול זה יצרו תוצאות לשחזור, עם קורות חיים% משכפל טיפוסי שיש ≤ 10. במידת צורך, חומר מסיס חומצה מחומצות שומן חמצון assay או lysate התא מassay Lipogenesis הם מסוגל להיות מאוחסן ב -80 ° C ומעובד מאוחר יותר ללא כל השפעה משמעותית על תוצאות. מבחני שתוארו לעיל מאפשרים למנגנון יעיל יחסית פשוט וזמן כדי להעריך את חילוף החומרים של שומנים בדם בhepatocytes העיקרי מבודד מהכבד עכבר. באמצעות שימוש בתרבות vivo לשעבר, שיטות אלה מאפשרות בדיקת ההשפעות של מספר תנאים על חמצון של חומצות שומן וlipogenesis. פרוטוקול זה יכול להיות מותאם על מנת להעריך את התפקיד של שינויים גנטיים בproce אלהsses, עם זאת, בידודה של hepatocytes הוא הגבלת זמן ובכך in vivo מנתח עשוי להיות מתאים יותר לחקירת מודלים של בעלי חיים מהונדסים מסוימים. אם הניתוח של הכנות hepatocyte מרובות הכרחי, נורמליזציה של ערכי assay לרמות חלבון יכולה להתבצע כפי שמתוארת בצעד האופציונלי 3.7.1 ומשמש לנורמליזציה. אנו ממליצים מבחני שבוצעו בהכנות מרובות להשוואה שינויים ביחס לעומת שליטה מתאימה.
לבסוף, יש לנו לא בחנו את האפשרות של תקופות ארוכות יותר תרבות, לעומת זאת, hepatocytes עשוי להפגין מאפייני חילוף חומרים שווי ערך לאחר מספר ימים בתרבות. עם שינוי קל, פרוטוקול זה יכול להיות מותאם כדי לאפשר לטיפולים כמה ימים לפני הערכת ההשפעות של תרכובות בחילוף חומרים של שומנים.
The authors indicate they have no conflicts of interest.
We would like to acknowledge Susan Gray and Umadevi Chalasani for their help with technical aspects of the hepatocyte isolation protocol. This work was supported by NIDDK grant 5R01DK089185 (to M.P. Cooper) and the DERC Pilot and Feasibility Program at UMMS (to M.P. Cooper).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Liver Perfusion Medium | Life Technologies | 17701038 | |
Liver Digest Medium | Life Technologies | 17703034 | Aliquot and store at -20 °C |
PBS | Corning | 21-040-CV | |
10X DPBS | Corning | 46-013-CM | |
DMEM | Corning | 10-017-CV | |
FBS | Life Technologies | 26140079 | |
Collagen | Life Technologies | A1048301 | |
Colloidal silica coated with polyvinylpyrrolidone | GE Life Sciences | 17-0891-01 | |
Sodium Pyruvate | Cellgro | 25-000-CI | |
Penicillin / Streptomycin | Cellgro | 30-001-CI | |
Insulin | Sigma | I0516-5ML | |
Dexamethasone | Sigma | D2915-100MG | |
Albumin (BSA), Fraction V | MP Biomedicals | 103703 | |
24-Well Culture Dish | Corning Falcon | 353047 | |
Tygon S3 Tubing | Cole Parmer | 06460-34 | |
Male Leur Lock to 200 Barb Connectors | Cole Parmer | 45518-00 | |
24 G x 3/4" Catheter | SurFlo | SROX2419CA | |
Perma-Hand Silk Suture | Ethicon | 683G | |
Cell Strainer | Corning Falcon | 08-771-2 | |
IsoTemp 3013HD Recirculating Water Bath | Fisher | 13-874-3 | |
MasterFlex C/L Peristaltic Pump | MasterFlex | HV-77122-24 | |
Microclamp | Roboz | RS-7438 | Pre-sterilize in autoclave |
5” Straight, Blunt-Blunt Operating Scissors | Roboz | RS-6810 | Pre-sterilize in autoclave |
24 mm Blade Straight, Sharp-point Microdissecting Scissors | Roboz | RS-5912 | Pre-sterilize in autoclave |
4” 0.8 mm Tip Microdissecting Forceps | Roboz | RS-5130 | Pre-sterilize in autoclave |
4” 0.8 mm Tip Full Curve Microdissecting Forceps | Roboz | RS-5137 | Pre-sterilize in autoclave |
60 ml Syringe | Becton Dickinson | 309653 | |
50 ml conical tubes | Corning Falcon | 352070 | |
BCA Protein Assay | Thermo Scientific | 23225 | |
Biosafety Cabinet | |||
CO2 Incubator | |||
Serological pipets | |||
1,000, 200, 20 μl pipet and tips |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved