Method Article
Ticari olarak mevcut bir östrojen reseptörü β muhabir testlerini, insan ve insan dışı primat gıdaları östrojenik aktivite için taramak için optimize ettik. Bilinen östrojenik insan gıda soyasının yüksek olduğunu, diğer gıdaların ise hiçbir aktivite göstermediğini göstererek bu tahlilini doğruladık.
Bitkiler birçok hayvan için bir besin kaynağıdır ve binlerce kimyasal üretebilirler. Bu bileşiklerden bazıları, endokrin fonksiyon gibi onları tüketen omurgalılardaki fizyolojik süreçleri etkiler. En iyi çalışılan endokrin-aktif fitokimyasallar olan fitoöstrojenler, omurgalı endokrin sistemin hipotalamo-hipofiz gonadal ekseni ile doğrudan etkileşime girer. Burada, östrojenik biyolojik aktiviteye sahip bileşiklerin varlığı için bitki özlerini taramak için hücre tabanlı bir testin yeni kullanımını sunuyoruz. Bu tahlil, östrojen reseptör betasını (ERβ) yüksek oranda ifade etmek için tasarlanmış ve luciferaz geni ile trans enfekte olmuş memeli hücrelerini kullanır. Östrojenik aktiviteye sahip bileşiklere maruz kalmak, hücrelerin ışık üretmesine neden olur. Bu tahlil, biyolojik östrojenik aktiviteyi test etmenin güvenilir ve basit bir yoludur. Geçici transfeksiyon tahlilleri, özellikle kullanım kolaylığı, hücrelerin stabilitesi ve tahlil hassasiyeti üzerinde çeşitli iyileştirmelere sahiptir.
Bitkiler birçok hayvan için gerekli bir besin kaynağıdır, hayatta kalma, üreme, büyüme, gelişme ve davranış için kritik öneme sahip kalori ve besin maddeleri sağlar1. Bitkiler, birçoğu kendi büyümeleri, stomatik bakımları ve üremeleri için adaptasyonlar olarak binlerce kimyasal üretir. Bitki ikincil metabolitleri (PSM' ler) olarak kabul edilen diğer bileşikler, daha az net işlevlere sahiptir, ancak bazıları toksiktir ve muhtemelen otçul ve parazite karşı bir savunma olarak kullanılır (örneğin, alkaloidler, tanenler)2,3. Bu kimyasalların bazıları, hayvanlarda endokrin işleyişi gibi uzun süreli fizyolojik süreçleri etkileme yeteneğine sahiptir, ancak bu endokrin aktif fitokimyasalların omurgalı endokrin sistemle neden etkileşime girdiği hala belirsizdir2,4.
En iyi çalışılan endokrin-aktif fitokimyasallar olan fitoöstrojenler, yapısal ve işlevsel olarak östrojenleri taklit eden, omurgalı endokrin sistemin hipotaomo-hipofiz gonadal ekseni ile doğrudan etkileşime giren polifenolikPSM'lerdir 5. fitoöstrojenlerin insan diyetinde yutulması, bazı kanserlere, kalp hastalıklarına ve menopoz semptomlarına karşı koruma ile ilişkilidir, ancak diğer etkileri doğurganlık problemlerini içerir. Aslında, bu bileşiklerin fizyolojik etkileri 1940'larda koyunlardaki kısırlığın fitoöstrojen bakımından zengin yonca (Trifolium subterrareum)6üzerinde otlatmalarına atfedildiği zaman keşfedilmiştir. Yutildiğinde, fitoöstrojenler hücrelere geçebilir ve östrojenin etkilerini taklit edebilir. Fitoöstrojenlerin koyun doğurganlığı üzerinde olumsuz etkileri olsa da, fitoöstrojenler ve fizyoloji arasındaki ilişki basit değildir. Koyunlar gibi, güney beyaz gergedanları da yüksek miktarlarda soya ve yoncadan elde edilen yemlerdeki östrojenik bileşiklere duyarlılık gösterir. Hamilelik sırasında bu diyeti besleyen kadınların kızlarının üreme olasılığı daha düşüktür7. Bununla birlikte, diğer çalışmalar fitoöstrojenlerin, yaşlı farelerde yumurtalık köklerinin olgunlaşması da dahil olmak üzere olumlu etkileri olabileceğini göstermiştir8, bazı kanserlerin önlenmesi, antioksidan aktivite ve antiproliferatif etkiler9.
Östrojenlerin üreme, gelişme ve üreme ve merkezi sinir sistemlerinin düzenlenmesi de dahil olmak üzere çok çeşitli biyolojik işlevleri etkilediği göz önüne alındığında, fitoöstrojenlerin etkilerinin genişliği şaşırtıcı değildir10. Birçok etki mekanizması olmasına rağmen, fitoöstrojenler genellikle intranükleer östrojen reseptörleri alfa ve beta (ERα ve ERβ) için ligand görevi görebilme yetenekleri sayesinde östrojen sinyalini değiştirme, geliştirme veya bozma yeteneğine sahiptir. Birçok fitoöstrojen, östrojen reseptörlerini bağlamalarını sağlayan östrojenlere benzer fenolik bir halka yapısına sahiptir. Östrojen gibi agonistik östrojenik aktivite işlevine sahip olanlar, bir östrojen yanıt elemanına (ERE) küçültebilen ve bağlanabilen ve gen transkripsiyonunu tetikleyebilen aktif bir ER-ligand kompleksi oluşturur11. Böylece östrojenler ve fitoöstrojenler transkripsiyon faktörleri olarak yaptıkları eylemlerle hücre aktivitesini ve sistem fonksiyonlarını düzenlerler.
Burada, östrojenik biyolojik aktiviteye sahip bileşiklerin varlığı için bitki özlerini taramak için hücre tabanlı bir testin yeni kullanımını sunuyoruz. Bu tahlil, ere promotörü12ile bağlantılı ateş böceği (Photinus pyralis) luciferaz geni ile transfekte edilmiş ERβ'yi yüksek oranda ifade etmek için tasarlanmış Çin hamster yumurtalık CHO hücrelerini kullanır. Östrojenik bileşikler mevcut olduğunda, acil servise bağlanırlar, küçülürler ve ERE'ye bağlanırlar, bu da luciferaz geninin transkripsiyonuna yol açtı. Bir substrat çözeltisi eklenmeden sonra, luciferaz foton emisyonuna yol açan bir reaksiyonu katalize eder. Bu nedenle, pozitif numuneler ışık üretir ve negatif numuneler üretmez.
Piyasada bulunan bu tahlil, laboratuvarların memeli hücrelerini muhabir geni ve östrojen reseptörü13,14ile dönüştürme ihtiyacını ortadan kaldırır. Test, bir bitkinin reseptör bağlama yoluyla östrojenik aktiviteye sahip olup olmadığını hızlı ve basit bir şekilde belirlemeye izin veren kararlı bir transfeksiyon platformu sağlar.
Soya fasulyesinin bilinen östrojenik izoflavon15 konsantrasyonları göz önüne alındığında, yerel bakkallardan gelen insan gıdalarını kullanarak diğer tüm gıdalardan daha yüksek östrojenik aktiviteye sahip olduğu hipotezini test ediyoruz.
1. Bitki malzemelerinin hazırlanması
2. Bitki ikincil metabolitlerinin ekstraksiyonu
DİkKAT: Bitkiler bilinmeyen biyolojik olarak aktif kimyasallar üretebilir ve DMSO onları hücre zarları arasında taşıyabilen bir araçtır. Bu numuneleri kullanırken uygun kişisel koruyucu ekipman ve özeni kullanın.
3. İnsan östrojen reseptörü β transfeksiyon tahlil12
NOT: Test protokolünün 1.
İnsan diyetlerinde yaygın olarak bulunan yirmi iki meyve ve sebze özü östrojenik bileşiklerin varlığı için tarandı. Bezelye ailesi bilinen bir fitoöstrojen kaynağı olduğu için soya fasulyesi, kar bezelyesi ve snap bezelye gibi baklagiller de dahil olmak üzere çeşitli yiyecekler test edildi16, ayrıca incir, hurma, mısır, havuç, elma, muz, çilek, domates, lahana ve lahana. Endokrin bozucu bileşikler ortak maddelerde (örneğin plastikler ve pestisitler) bulunur ve bazıları ERs17aracılığıyla biyolojik olarak aktiftir. Mümkün olduğunda, hem organik hem de nonorganik olarak yetiştirilen ürünler, östrojenik aktiviteye sahip pestisitlerin sonuçları etkilemiş olma olasılığını hesaba katmak için test edildi.
Her bitki gıda maddesi üç taraflı olarak kaplandı ve armatürometre her kuyunun Göreceli Işık Birimlerindeki (IDU' lar) etkinliğini bildirdi. RLU'ların arka plan düzeyleri Standart 8, sıfır konsantrasyonlu standart eğride belirlenir ve referans için kullanılır. Eğrideki Sıfır noktası için RLU'nun üzerindeki çarpan olan katlama aktivasyon değeri denklem tarafından hesaplanır:
Kat aktivasyonu = Bilinmeyen (RLU) ÷ Standart 8 (RLU)
Yorumlayıcı amaçlar için, östrojenik aktivite yüksek, med, düşük veya etkinlik yok sıralı, nitel bir şekilde sunulur. Standart 4 kat aktivasyon değerinin üzerinde yüksek etkinlik seviyeleri kaydedilir. Orta standart 5 ve standart 4 arasında düşer ve Düşük değerler Standart 6 ve Standart 5 arasındadır. Standart 7'nin altında katlama aktivasyon değerlerine sahip tüm örnekler Etkinlik Yok olarak kabul edilir. Tablo 1'eatıfta bulunarak, hem organik hem de organik olmayan soya fasulyesi, yüksek aktivite seviyelerinde taranırken, diğer tüm meyve ve sebze maddeleri hiçbir aktivite kaydetmedi. Soya fasulyesi sonuçlarını standart eğri ile karşılaştırmak (Şekil 1), organik olarak yetiştirilse de yetiştirilmse de, bu konsantrasyonda estradiol aktivite seviyeleri için eğriden yüksek puan aldıklarını göstermektedir. Isoflavones daidzein ve genistein9'unbilinen güçlü bir kaynağı olan soya özü, maksimuma% 50 sinyal sağlayan seyreltmeyi belirlemek için daha fazla kullanılmıştır (Şekil 2). Bu ekstrakt, standart seyreltme protokolümüzün sinyalinin yarısını üretmek için 422 kat daha fazla seyreltme gerektirir.
Madde Üret | Organik/ Organik olmayan | Göreli Işık Birimleri (Lum) | Katlama Aktivasyonu | Katlama Aktivasyonu (Ortalama) | Fitoöstrojen Aktivitesi |
Soya fasulyesi | Organik | 1687 | 29.016 | 31.06 | Yüksek |
2023 | 34.796 | ||||
1706 | 29.353 | ||||
Soya fasulyesi | Organik olmayan | 2041 | 35.106 | 32.05 | Yüksek |
1956 | 33.647 | ||||
1593 | 27.399 | ||||
Kar Bezelye | Organik olmayan | 53 | 0.919 | 0.92 | Etkinlik Yok |
59 | 1.015 | ||||
49 | 0.836 | ||||
Snap Bezelye | Organik olmayan | 66 | 1.142 | 1.21 | Etkinlik Yok |
60 | 1.032 | ||||
85 | 1.462 | ||||
Mısır | Organik olmayan | 29 | 0.502 | 0.53 | Etkinlik Yok |
30 | 0.513 | ||||
33 | 0.575 | ||||
Çilek | Organik olmayan | 35 | 0.609 | 0.77 | Etkinlik Yok |
47 | 0.808 | ||||
51 | 0.884 | ||||
Çilek | Organik | 56 | 0.956 | 0.88 | Etkinlik Yok |
59 | 1.015 | ||||
39 | 0.678 | ||||
Muz | Organik | 32 | 0.544 | 0.52 | Etkinlik Yok |
28 | 0.489 | ||||
31 | 0.533 | ||||
Muz | Organik olmayan | 33 | 0.564 | 0.60 | Etkinlik Yok |
41 | 0.712 | ||||
31 | 0.533 | ||||
Muz | Organik olmayan | 37 | 0.64 | 0.70 | Etkinlik Yok |
39 | 0.667 | ||||
47 | 0.805 | ||||
Kale | Organik | 26 | 0.447 | 0.47 | Etkinlik Yok |
26 | 0.444 | ||||
30 | 0.519 | ||||
Kale | Organik olmayan | 40 | 0.685 | 0.63 | Etkinlik Yok |
28 | 0.485 | ||||
42 | 0.719 | ||||
Lahana | Organik | 33 | 0.568 | 0.54 | Etkinlik Yok |
27 | 0.468 | ||||
34 | 0.588 | ||||
Lahana | Organik olmayan | 44 | 0.757 | 0.66 | Etkinlik Yok |
34 | 0.585 | ||||
36 | 0.626 | ||||
Apple | Organik | 30 | 0.523 | 0.49 | Etkinlik Yok |
25 | 0.437 | ||||
30 | 0.509 | ||||
Apple | Organik olmayan | 41 | 0.705 | 0.62 | Etkinlik Yok |
31 | 0.53 | ||||
37 | 0.63 | ||||
Domates | Organik | 51 | 0.874 | 0.87 | Etkinlik Yok |
57 | 0.974 | ||||
44 | 0.76 | ||||
Domates | Organik olmayan | 61 | 1.056 | 1.19 | Etkinlik Yok |
81 | 1.386 | ||||
66 | 1.128 | ||||
Havuç | Organik | 33 | 0.575 | 0.51 | Etkinlik Yok |
33 | 0.561 | ||||
22 | 0.382 | ||||
Havuç | Organik olmayan | 31 | 0.53 | 0.52 | Etkinlik Yok |
21 | 0.365 | ||||
38 | 0.657 | ||||
Res | Organik olmayan | 29 | 0.506 | 0.61 | Etkinlik Yok |
42 | 0.716 | ||||
36 | 0.619 | ||||
Tarih | Organik olmayan | 29 | 0.495 | 0.59 | Etkinlik Yok |
39 | 0.667 | ||||
35 | 0.602 |
Tablo 1. Fitoöstrojen aktivitesi için meyve ve sebze maddelerinin taranır için ERβ Reporter Tahlil Sisteminin temsili sonuçları. Pozitif aktivite Yüksek, Med, Düşük veya Etkinlik Yok ile gösterilir.
Şekil 1. 17β-Estradiol standardının seri seyreltilmesi (Standart 1 ile 8 konsantrasyon = 400, 133.3, 44.44, 14.815, 4.938, 1.646, 0.5487 ve 0 pM, sırasıyla) ERβ Reporter Tahlil Sistemini kullanarak.
Şekil 2. ERβ Reporter, maksimum sinyalin% 50'si olan bir sinyal-arka plan oranı veren seyreltmeyi belirlemek için soya özü seri bir seyreltme kullanarak tahlil eder. Bitki ekstresini dimetil sülfit (DMSO) içinde 0,1 g ekstrakt ile 2 mL DMSO konsantrasyonunda çözen standart ekstraksiyon yönteminden, soya fasulyesinin maksimum yanıtın% 50'si kadar bir sinyal elde etmek için 422 kez seyreltilmesi gerekir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Farmasötik ajanları tek tek taramak için geliştirilen ERβ muhabir testi, ERβ aracılığıyla biyolojik olarak aktif olan fitoöstrojenler için bitkisel gıdaların taranmasını da uygundur. Protokoldeki önemli hususlar arasında bitki örneklerinin özenle ele alınması yer almaktadır: küflenmeyi veya diğer biyolojik bozulmaları önlemek için taze bitki materyalinin hızlı bir şekilde kurutulması ve bileşiklerin fotolizini önlemek için ışıktan uzak tutulması gerekir18. Üretici tarafından sağlanan tahlil protokolü12 açıktır ve tarama amacıyla çok az değişikliğe ihtiyaç duyar. Üretici tarafından önerilen standart eğri, üst ve alt platoları korurken eğrinin üstel aralığına düşen nokta sayısını artırmak için bu protokolde değiştirilmiştir (Şekil 1). Bu tahlilleri nicel analiz için kullanmak mümkündür, ancak amacımız yüksek aktiviteye sahip bitkileri biyolojik etkilere, yiyecek seçimine ve onları tüketen hayvanlardaki diğer davranışlara ilişkilendirmektir.
Ekstraksiyonun etkinliğini daha fazla göstermek ve test etmek için soya özü ile bir doz yanıt eğrisi dahil ettik (Şekil 2) ve normal ekstraksiyon protokolünün gücü göz önüne alındığında, sinyal maksimum% 50'ye düşmeden önce soyanın kapsamlı bir şekilde seyreltilmesi gerektiğini belirledik. Bu, yüksek fitoöstrojen konsantrasyonlarında sinyal platolarının kararlı bir maksimum sinyalde olduğu gerçeğini vurgular. Çok düşük konsantrasyonlarda sinyal arka plandan ayırt edilecek kadar güçlü olmayabilir. Bir numunede düşük miktarlarda bulunan fitoöstrojenleri tespit etmek ve yanlış negatifleri en aza indirmek için yüksek konsantrasyonlarda ekstraktlarla çalışmak önemlidir. Başlangıçta laboratuvar, metanol ekstraksiyonundan kaynaklanan bitki kalıntısına göre daha fazla miktarda DMSO kullandı (yani, 10 mL'den 0,1 g bitki kalıntısına). Numuneler pozitif örneklerde güçlü bir lüminesansa neden olamayacak kadar seyreltilmişti. Muhabir hücre canlılığı için maksimum DMSO yüzdesi ve plakadaki kuyulardaki hacim kısıtlamaları nedeniyle, bitki kalıntılarına DMSO eklendiğinde numune özü konsantrasyonu optimize edilmelidir. Hücrelerin canlı ve lüminesans yeteneğine sahip olduğunu ve ekstrakt konsantrasyonunun bir yanıt elde etmek için yeterli olduğunu doğrulamak için soya gibi pozitif bir kontrol her plakaya dahil edilmelidir.
Bu tahlil, ERβ'ye bağlanan bileşikleri tespit eder, ancak tüm fitoöstrojenler aynı etki mekanizmasına sahip değildir. Bu tahlil protokolü, bir örnek 9,12'deantiestrojen aktivitesiolupolmadığını tespit etmek için hücreleri estradiol ve bitki bileşiklerinin bir kombinasyonu ile inkübe ederek değiştirilebilir. Estradiol ACIL'ye büyük bir yakınlığa sahiptir, bu nedenle fitoöstrojenlerin varlığı, reseptörleri bloke ederek estradiol varlığında antiestrojenik biyolojik aktiviteye sahip olabilir ve bu da östrojenlere yanıtı azaltır. Antistrojenik aktivite, artan bitki özü konsantrasyonu ile toplam aktivasyonda bir azalma ile tespit edilecektir. Bu tahlil, membran bağlı ERs19'abağlanma gibi diğer eylem yöntemlerini algılamaz. Ayrıca, bazı fitoöstrojenler bağırsak mikropları tarafından metabolize edilene kadar biyolojik olarak aktif değildir20. Unmetabolize durumunda östrojenik aktivitesi olmayan veya düşük olan bazı bitkilerin, bu tahlilde tespit etmeyeceği metabolizasyon sonrası östrojenik aktivitenin daha yüksek olması mümkündür.
ERβ muhabiri tahlili, fitoöstrojenlerin bitkilerdeki aktivite için taranmasını örneklendirmek için seçilmiştir, çünkü fitoöstrojenler ERβ'ye ERα21'dendaha güçlü bir şekilde estradiol ile bağlanmak için rekabet ederler. ERα aktivitesinin taranması, hücrelerin ERβ yerine ERα geni ile trans enfekte olduğu benzer bir test yoluyla mümkündür.
Aktif fitoöstrojenler için pozitif taramadan sonra, aktif bileşikler kromatografi yöntemleri ile tanımlanabilir. Gerçekten de, bu noktada izole bileşikler bu test kullanılarak test edilebilir ve yarım maksimal etkili konsantrasyonlar (EC50),bileşiğin gücünün bir ölçüsü olarak bir seyreltme serisi kullanılarak belirlenebilir.
Bu tahlil, östrojenik aktivite mekanizmalarının genişliğindeki sınırlamalarını göz önünde bulundurarak biyolojik östrojenik aktiviteyi test etmenin güvenilir ve basit bir yoludur. Geçici transfeksiyon tahlilleri üzerinde çeşitli iyileştirmelere sahiptir, özellikle kullanım kolaylığı, hücrelerin stabilitesi ve tahlil hassasiyeti.
İnsanlar veya vahşi hayvanlar tarafından tüketilen yabani bitki gıdalarında fitoöstrojenlerin yaygınlığı hakkında çok az şey bilinmektedir22, ancak çalışmalar diyette östrojenik PSM'lere maruz kalmanın uzun süreli etkileri olabileceğini göstermektedir23. Bu bileşikleri tespit eden basit ve sağlam bir teste sahip olmak, yenilen miktarları ve ne zaman yenildiklerini değerlendiren çalışmalarla birlikte, östrojenik gıdaların diyete dahil etme işlevini ve bu bileşiklerin fizyolojik sistemler üzerindeki etkilerini belirlemede güçlü bir adımdır.
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Yazarlar, primat bitki gıdalarının östrojenik aktivitesini belirlemek için geçici transfeksiyon testlerinin kullanımındaki ilk eğitim için Dale Leitman'a minnettardır. Bradford Westrich ve C. Eric Johnson'a laboratuvar ekipmanlarının kurulmasına ve öğrencilerin ekstraksiyon yöntemlerine eğitmelerine yardımcı oldular. Son olarak, bu araştırmayı finanse ettiğiniz için Indiana Üniversitesi'ne teşekkür ederiz.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1000 µL pipette | |||
20 µL pipette | |||
200 µL pipette | |||
37 ° water bath | |||
37 °, humidified 5% CO2 incubator | |||
70% ethanol | |||
analytical balance | |||
cell culture-rated laminar flow hood | |||
dimethyl sulfoxide | |||
disposable media basin, sterile | |||
drip filtration system | |||
Erlenmeyer flasks | 125 mL and 250 mL | ||
HPLC grade methanol | |||
Human ERβ Reporter Assay System, 1 x 96-well format assays | Indigo Biosciences | IB00411 | Assay kit - analyzes 24 samples plus standard curve |
lyophilizer | |||
multi-channel pipette | |||
orbital shaker | |||
plate-reading luminometer | ex. Bioteck Synergy HTX | ||
rotory evaporator | |||
round bottom flasks | 50 mL and 300 mL | ||
sterile microcentrifuge tubes or sterile multi-channel media basins | |||
sterile tips | 200 µL and 1000 µL | ||
Whatman grade 1 paper | |||
whirl-pak bags | sterile polyethylene bags |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır