والغرض من هذه المادة هو وصف بروتوكول لاستخراج الأيض المائي من خلايا ملتصقة مثقف لتحليل الأيض ، وخاصه ، الكهربي الشعرية-قياس الطيف الكتلي.
تحليل الأيض هو نهج الاوميكس واعده ليس فقط فهم التنظيم الأيضي محدده في الخلايا السرطانية مقارنه بالخلايا العادية ولكن أيضا لتحديد المؤشرات الحيوية للكشف عن السرطان في المرحلة المبكرة والتنبؤ بالعلاج الكيميائي الاستجابة في مرضي السرطان. ويعد اعداد عينات موحده للتحليل الأيضي مساله حاسمه لا يزال يتعين معالجتها. هنا ، ونحن نقدم بروتوكول سهله وموثوق بها لاستخراج الأيض المائي من خلايا ملتصقة مثقف لتحليل الأيض باستخدام الكهربائي الشعرية-الطيف الكتلي (م-MS). يتم تحليل الأيض المائية من الخلايا المستزرعة عن طريق الخياطة وغسل الخلايا ، وعلاج الخلايا مع الميثانول ، واستخراج الأيض ، وأزاله البروتينات والجزيئات مع أعمده تدور لتحليل م-MS. النتائج التمثيلية باستخدام خطوط خلايا سرطان الرئة تعامل مع diamide ، كاشف الاكسده ، وتوضيح التحول الأيضي يمكن ملاحظتها بوضوح من الخلايا تحت الاكسده. هذه المادة ستكون ذات قيمه خاصه للطلاب والمحققين المشاركين في البحوث الأيض, الذين هم جديده لحصاد الأيض من خطوط الخلايا للتحليل بواسطة م-MS.
ولاحظ اوتو واربورغ ان الخلايا السرطانية تكتسب القدرة غير العادية علي تناول الجلوكوز وتخميره لإنتاج اللاكتات في وجود الأكسجين الكافي — وهي ظاهره توصف بأنها تاثير warburg أو التحلل الهوائي1,2. وتكهنت عيوب التنفس الميتوكوندريا كاساس أساسي لتحلل الهوائية في الخلايا السرطانية3. في الواقع ، فان تاثير warburg هو الأساس للتصوير بالأورام بواسطة فلوروديكسيكلوكوز (fdg)-بوزيترون التصوير المقطعي (PET) ، والذي يستخدم علي نطاق واسع في الممارسة السريرية4،5. ويعتبر معدل عاليه من تحلل الهوائية سمه رئيسيه من سمات السرطان ، وقد اعتمدت مؤخرا باعتبارها واحده من المعروفة جيدا “السمات المميزة للسرطان” ، كما وصفها د. هاناهان و b. واينبرغ6. الطفرات الجسدية في الجينات التناسلية والجينات المثبطة للورم — مثل راس الخيمة/kras/nras, egfr, braf, myc, TP53, ايزوسيمعدل ديجينداز (ده), وفومارات هيدراتاسي (FH ) — تم ربطها بتغييرات ايضيه محدده في الخلايا السرطانية ، ويعتقد انها نتيجة لتاثير واربورغ7.
تحليل الأيض هو نهج واعد ليس فقط لفهم التنظيم الأيضي في الخلايا السرطانية ولكن أيضا لتحديد العلامات البيولوجية السرطانية في مرحله مبكرة والتنبؤ العلاج الكيميائي الاستجابة. بعد العلاج من الخلايا السرطانية الحساسة أو المقاومة مع المركبات المضادة للسرطان ، وتتبع الاستجابات الايضيه يسهل تحديد المؤشرات الحيوية الايضيه للتنبؤ فعاليه العلاجات المضادة للسرطان محدده في مرضي السرطان8 ،9،10،11. في هذه المقالة ، تم استخدام خطوط الخلايا السرطانية المشتقة من سرطان الغدد الرئوية مع طفرة Egfr تعامل مع diamide-الذي يسبب الاكسده-كنماذج لتحليل الأيض. الاستفادة من هذه الطريقة التحليلية باستخدام الكهربائي الشعرية-الطيف الكتلي (م-MS) هو قياس شامل لنواتج الأيض مشحونة مع مجموعه كتله m/z 50-100012,13. والغرض من هذه المادة هو تزويد المبتدئين ببروتوكول بصري مفصل متدرج لاعداد نواتج الأيض المائية من الخلايا السرطانية المستزرعة والتحليل الأيضي اللاحق ، ولا سيما من قبل السيدة الام.
هنا ، ونحن وصف منهجيه يمكن الوصول اليها علي نطاق واسع لاعداد نواتج الأيض من الخلايا السرطانية المثقفة لتحليل الأيض المستندة إلى MS CE. واحده من أكثر النقاط الحرجة في هذا البروتوكول هي الاعداد السليم للخلايا السرطانية ، لان تركيزات المستقلب المقيسة يتم تطبيعها مع عدد الخلايا القابلة للحياة. للحصول علي تقدير دقيق لرقم الخلية ، من الضروري اعداد طبق ثقافة إضافي واحد علي الأقل لكل مجموعه تجريبية لحساب عدد الخلايا القابلة للاستمرار بالتوازي مع استخراج نواتج الأيض للتحليل الأيضي. الاضافه إلى ذلك ، يجب ان يكون المصنف نفس العدد من الخلايا في كل طبق لنسخ متماثلة وفي الطبق للعد ؛ في المستقبل ، وهذا من شانه ان يساعد من قبل سريعة والإجهاد خاليه (علي سبيل المثال ، خاليه من التريبسين) بروتوكول جرد الخلايا التي تسمح لنفس الطبق لاستخدامها في كل من العد خلايا قابله للحياة واستخراج الأيض. يجب توخي الحذر اثناء الغسيل بحيث لا تنفصل الخلايا عن سطح الاطباق. اختبارات الخلوية الشديدة وغيرها من التجارب التي تقلل من التصاق الخلية قد تكون غير صالحه لهذا البروتوكول الاستخراج بسبب احتمال فقدان الخلايا اثناء اجراء الغسيل.
من المهم استخدام محلول مانيتول 5 ٪ كمخزن مؤقت لاستخراج الأيض من الخلايا المستزرعة لتحليل الأيض القائم علي التصلب المناعي الذاتي ، لان المخازن المؤقتة القائمة علي الملح ، مثل تلفزيوني ، تتداخل مع تحليل الأيض وتؤثر سلبا علي القياس.
يمكن الجمع بين اثنين أو ثلاثه اطباق كعينه واحده عن طريق استخراج الأيض بشكل فردي من كل طبق ومن ثم تجميع العينات. ومع ذلك ، الجمع بين اطباق متعددة في كثير من الأحيان يزيد مانيتول المتبقية في محلول المستقلب المستخرجة. وهذا قد تتداخل أيضا مع تحليل الأيض بواسطة CE-MS. ومن ثم ، فمن المستحسن عدم استخدام اطباق متعددة أو الآبار كعينه واحده.
وقد تم تطوير هذه الطريقة تحليل الأيض باستخدام م-MS لقياس شامل لجزيئات مشحونة مع الأوزان الجزيئية بين 50 و 1000 دا; التالي ، يتم تحسين هذا البروتوكول لاستخراج مركبات مائية ومنخفضه الوزن الجزيئي. ولذلك ، هذا البروتوكول ليست مناسبه لاستخراج الأيض مسعور مثل الدهون أو الجزيئات مثل البروتينات والأحماض النووية. وبما ان هناك طلبا متزايدا علي التحاليل الدهنية الشاملة أو الدهون في عينات الخلايا المستزرعة ، فانه يلزم وضع بروتوكول سهل وفعال لاستخراج الأيض المائي والخافض للماء في وقت واحد.
الخطوة الاولي من استخراج المستقلب-الشفط المتوسطة والخلايا الغسيل مع mannitol-ينبغي ان تجري في أسرع وقت ممكن للتقليل من التغييرات في الملف الأيضي للخلايا. علاج الخلايا مع الميثانول بعد الغسيل مع مانيتول يفترض ان البروتينات التالي منع الانزيمات من تحفيز المزيد من التفاعلات الايضيه. ومع ذلك ، حتى بعد العلاج الميثانول ، قد تحدث التفاعلات الكيميائية غير الانزيميه — مثل ردود فعل الاكسده ، وبعض العمليات نزع الكربوكسيل ، والروابط ثيول —. وعلي هذا النحو ، ينبغي تفسير اي تركيزات لنواتج الأيض التي تنطوي عليها هذه التفاعلات مقيسة بهذا البروتوكول بحذر. علي النقيض من الجينوم أو الناسخ ، يتكون الأيض من جزيئات مع مجموعه واسعه من الخصائص الكيميائية. التالي ، لا يمكن لبروتوكول واحد استخراج جميع نواتج الأيض دون اي خسارة أو اضطراب. لمزيد من القياسات الدقيقة لهذه الأيض عاليه التفاعل ، والبروتوكول المصمم خصيصا لاستخراج مجموعات معينه من نواتج الأيض ، والتي تتطلب التجزئة والديريفاتيزيشنز ، وينبغي التشاور. البروتوكول المعروض هنا ، ومع ذلك ، يصف استخراج بسيطه وسريعة من الأيض المائي من عينات الخلايا المستزرعة لتحليل الأيض بواسطة CE-MS. وفي هذه الورقة ، لم نتمكن من وصف كيفيه اعداد الماجستير بالتفصيل لان تركيز المخطوطة الحالية مختلف ، ولكن وصف الخطوات التفصيلية لإنشاء الماجستير قد يتطلب ماده منفصلة مخصصه.
The authors have nothing to disclose.
نشكر جميع أعضاء مركز شوناي الإقليمي لتعزيز الصناعة علي مساعدتهم. وكان هذا العمل مدعوما جزئيا بأموال البحوث من محافظه ياماغاتا ومدينه Tsuruoka ، من قبل الصندوق الوطني للبحوث والتنمية التابع للمركز [المنحة رقم 28-A-9] ، ومن جانب الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم (JSPS) KAKENHI [رقم المنحة 17K07189] إلى جلاله الأمير.
Automated cell counter | Thermo Scientific | AMQAX1000 | Countess II automated cell counter |
Automatic integration software | Agilent Technologies | MassHunter G3335-60041 | version B.02.00 |
CE system | Agilent Technologies | Agilent 7100 CE system | |
CE/MS adapter kit | Agilent Technologies | G1603A | |
CE-ESI-MS Sprayer kit | Agilent Technologies | G1607A | |
Cell counting chamber slide | Thermo Scientific | C10282 | Countess cell counting chamber slides |
Centrifugal filter device, 5 kDa | Human Metabolome Technologies | ULTRAFREE MC PLHCC, UFC3LCCNB-HMT | |
Conical sterile polypropylene tube, 15 ml | Thermo Scientific | N339651 | |
Conical sterile polypropylene tube, 50 ml | Thermo Scientific | N339653 | |
Costar stripette, 10 ml | Corning | 4488 | |
Costar stripette, 5 ml | Corning | 4487 | |
D(-)-Mannitol | Wako | 133-00845 | 500 g |
Dulbecco's phosphate buffered saline (DPBS) | Sigma-Aldrich | D8537-500ML | |
Electrophoresis buffer | Human Metabolome Technologies | H3301-1001 | for cation analysis |
Electrophoresis buffer | Human Metabolome Technologies | H3302-1021 | for anion analysis |
Fetal bovine serum | Biowest | S1780 | |
Filter tip, 1000 μl | Watson | 124P-1000S | |
Filter tip, 20 μl | Watson | 124P-20S | |
Filter tip, 200 μl | Watson | 1252-703CS | |
Fused silica capillary | Polymicro Technologies | TSP050375 | 50 μm i.d. × 80 cm total length |
HCC827 | American Type Culture Collection | CRL-2868 | |
Internal standard solution | Human Metabolome Technologies | H3304-1002 | |
Isocratic pump | Agilent Technologies | Agilent 1100 Series Isocratic Pump | |
Methanol | Wako | 138-14521 | 1 L, LC/MS grade |
Microtube, 1.5 ml | Watson | 131-415C | |
Operating Software | Agilent Technologies | ChemStation G2201AA | version B.03.01 for CE |
PC-9 | RIKEN Bio Resource Center | RCB4455 | |
RPMI-1640 | Sigma-Aldrich | R8758-500ML | |
Sterile tissue culture dish, 100 mm | Corning | 430167 | |
Time-of-flight mass spectrometer | Agilent Technologies | Agilent G1969A Time-of-Flight LC/MS | |
Trypan blue solution, 0.4% | Thermo Scientific | T10282 | |
Trypsin-EDTA solution | Sigma-Aldrich | T4049-100ML | |
Ultrapure water | Merck | Milli-Q water | 18.2 MΩ・cm pure water |
Volumetric flask, 50 ml | Iwaki | 5640FK50E | TE-32 |