単離したてのマウス肝細胞の懸濁液中の脂肪酸β酸化の測定

脂肪酸β酸化は脂質代謝に不可欠なプロセスであり、脂肪酸合成と食事からの摂取のバランスをとるための異化経路を提供する。このプロセスは、心筋、腎臓皮質、絶食肝臓を含む複数の臓器にエネルギーを生成し、食事から得られる脂肪酸、脂肪組織の脂肪分解、および内部トリグリセリドストア^1,2を利用します。

β酸化経路を介した脂肪酸の酸化は、アセチルCoAとして放出される一度に2つの炭素による脂肪酸アシル鎖の逐次的な短縮をもたらし、このプロセスはミトコンドリアおよびペルオキシソームの両方で起こる。ほとんどの脂肪酸はβ酸化のみを受けるが、一部はこの経路に入る前に異なる炭素で酸化される。例えば、フィタン酸などの3-メチル置換脂肪酸は、α酸化経路に入る前にペルオキシソーム中のβ酸化によって1つの炭素の除去を受ける。同様に、一部の脂肪酸は、小胞体における末端メチル基の酸化(ω-酸化)によって最初にジカルボン酸脂肪酸に変換され、その後、β酸化³によってペルオキシソーム内で優先的に酸化される。

特定の細胞小器官に関係なく、脂肪酸は、β酸化経路を介して酸化されるためには、まず補酵素A(CoA)チオエステル、またはアシルCoAに変換されなければならない。ミトコンドリアマトリックス中の長鎖アシルCoAsのβ-酸化は、カルニチンパルミトイルトランスフェラーゼ1(CPT1)がアシル-CoAsのアシルカルニチンへの変換を触媒し、このプロセス⁴における律速酵素であるカルニチンシャトルを必要とする。一旦ミトコンドリアマトリックスに転移すると、アシルCoAsは再形成され、ミトコンドリアβ酸化機構の基質として役立つ。絶食状態では、肝ミトコンドリアにおけるβ酸化によって産生されたアセチルCoAは、主にケトジェネシスにチャネリングされる。ペルオキシソームは、非常に長鎖、分岐鎖、およびジカルボン酸のβ酸化の一次部位として役立つ。ペルオキシソームは、脂肪酸基質を輸入するためにカルニチンシャトルを必要とせず、代わりにATP結合カセット(ABC)トランスポーターの活性を介して対応するアシル-CoAsを輸入する1-3⁵。ペルオキシソーム内では、アシルCoAsは、ミトコンドリア脂肪酸β酸化機構とは異なる専用の酵素セットによって酸化される。ミトコンドリアとペルオキシソームの両方はまた、脂肪アシル鎖を酸化するためにNAD⁺ および遊離CoAの供給を必要とする。肝臓中のCoAレベルは絶食に応答して増加することが示されており、この状態で起こる脂肪酸酸化の速度の増加を支持している⁶。さらに、ペルオキシソームにおけるCoA分解の増加は、ペルオキシソーム脂肪酸酸化⁷の選択的減少をもたらす。したがって、細胞内の脂肪酸酸化のプロセスは、脂肪酸の活性化、輸送、および酸化に関与する酵素の発現レベルおよび活性、ならびに複数の細胞内区画にわたる補因子および他の代謝産物の濃度によって調節される。

脂肪酸酸化を測定するために組織ホモジネートを使用する手順は、このプロセスを調節およびサポートする細胞アーキテクチャを破壊し、in vivo代謝を正確に反映しないデータの収集につながる。播種された初代肝細胞を用いた技術はこの系を保持するが、単離された細胞を長期間培養すると、動物内にまだ生きていたときに細胞内に存在していたin vivo遺伝子発現プロファイルが失われる^{結果となる8,9}。以下のプロトコールは、[^1-14C]パルミチン酸を用いて、初代肝細胞を単離し、単離直後および懸濁液中で脂肪酸β酸化に対するそれらの能力をアッセイする方法を記載している。このアッセイは、[1-14C]パルミチン酸^10,11のβ酸化によって生成されるアセチルCoAのような酸可溶性代謝産物(ASM)または生成物に関連する放射能の測定^{に基づいている。}