מדידת הטרנס-פלזמה ממברנה אלקטרון תעבורה על-ידי C2C12 Myotubes
Summary
המטרה של פרוטוקול זה היא לפקח spectrophotometrically טרנס-פלזמה ממברנה אלקטרון תחבורה ניצול אלקטרון חוץ-תאית acceptors לנתח אנזימטי אינטראקציות העלולות להתעורר עם אלה acceptors אלקטרון חוץ-תאית.
Abstract
טרנס-פלזמה ממברנה אלקטרון תחבורה (tPMET) ממלא תפקיד הגנה על תאים מלחץ חותכות תאיים, כמו גם הגנה מפני נזק על ידי חמצון חוץ-תאית. תהליך זה של העברת אלקטרונים תאיים reductants כדי חמצון חוץ-תאית אינה מוגדרת היטב. כאן אנו מציגים מבחני spectrophotometric על ידי C2C12 myotubes לעקוב אחר tPMET ניצול acceptors את האלקטרונים חוץ-תאית: tetrazolium מסיסים במים מלח-1 (WST-1) ו- 2, 6-דיכלורופנול אינדופנול (DPIP או DCIP). באמצעות הפחתה של acceptors אלקטרונים אלה, אנו מסוגלים לעקוב אחר התהליך בניתוח בזמן אמת. עם התוספת של אנזימים כגון ascorbate אוקסידאז (AO), סופראוקסיד דיסמוטאז (SOD) מבחני, אנחנו ניתן לקבוע איזה חלק של tPMET עקב ייצור ייצוא או סופראוקסיד ascorbate, בהתאמה. בעוד WST-1 הוצגה כדי להפיק תוצאות יציב עם רקע נמוך, DPIP היה יכול להיות מחומצן מחדש לאחר התוספת של אאו, עשב, אשר הודגם עם ניתוח spectrophotometric. שיטה זו ממחישה assay spectrophotometric בזמן אמת, רב טוב, מהיר, עם יתרונות על פני שיטות אחרות ששימשו לעקוב אחר tPMET, כגון ferricyanide (FeCN) וצמצום c ferricytochrome.
Introduction
היכולת של ממברנות פלזמה מטוהרים להפחית אלקטרון acceptors הוביל התצוגה כי קרום פלזמה יש קיבולת של חמצון-חיזור הגלום1. ראיתי בעבר פטריות, צמחים, בעלי חיים, tPMET הוא תהליך משותף ל4,3,2,אורגניזמים מספר5. באופן ספציפי, תהליך זה הוכח שמר האפייה, בתאים הגזר, אריתרוציטים, לימפוציטים, אוסטאוסרקומה, מלנומה, מקרופאגים, שרירי השלד ו נויטרופילים2,3, 4 , 5 , 6 , 7. בתהליך כי המשלוחים אלקטרונים על פני קרום פלזמה כדי להפחית את חמצון חוץ-תאית, tPMET מעורב תאיים רבים, לרבות: תא-צמיחה-5,–8, תא הכדאיות9, ברזל חילוף החומרים10, התא איתות11,12,13, והגנה מפני14,12,מינים חמצן תגובתי15. בשל מעורבותו של tPMET תאיים רבים, חוסר איזון של tPMET יש כבר המשוערות לתרום להתפתחות של כמה מצבים בריאותיים חמורים, כולל סרטן16, מחלות לב וכלי דם17, וחילוף תסמונת18.
יש דרכים רבות כדי לפקח על העברת אלקטרונים על פני קרום פלזמה, אך הטכניקה הנפוצה ביותר היא להעריך את ההפחתה של אלקטרון חוץ-תאית acceptors באמצעות מבחני ערכי צבע מוחלטים. Acceptors אלקטרון חוץ-תאית נפוצים הם מלחי tetrazolium, DPIP, FeCN c19,ferricytochrome20. המלח tetrazolium הנפוץ ביותר הוא ידוע מלח הדור השני WST-119. תרכובת זו קל לנצל מבחני ערכי צבע מוחלטים לעומת הדור הראשון מלחי tetrazolium עקב שתי קבוצות סולפונאט, אשר מגבירים את מסיסות המים21. WST-1, בשילוב עם methosulfate 1-מתוקסי-phenazine מקבל אלקטרון ביניים (mPMS), מצטמצם העברת אלקטרונים יחיד שני אירועים. הפחתה זו משתנה מחמצנים את חלש בצבע של WST-1 ל-20,formazan יותר אינטנסיבי, צהוב22. WST-1 יש מקדם גבוה הכחדה טוחנת של 37 x 103 מ-1ס מ-1, שמוביל וזמינותו גבוהים רגישות21,22. DPIP הוא מנוצל גם כמאשר אלקטרון חוץ-תאית לעקוב אחר tPMET. הוכח, כי DPIP יכול להיות מופחת extracellularly על ידי tPMET בלי הסיוע של אלקטרון ביניים acceptors23,24. עקב חוסר acceptors אלקטרון ביניים, DPIP יכול ישירות איסוף אלקטרונים של קרום פלזמה, בניגוד WST-124. בדומה DPIP, FeCN הוכח להיות מופחת extracellularly כדי ferrocyanide על ידי tPMET בלי הסיוע של אלקטרון ביניים acceptors19,24. בניגוד WST-1 ו- DPIP, FeCN יש מקדם נמוך הכחדה טוחנת המוביל אל רגישות וזמינותו נמוכה9. מקבל אלקטרון חוץ-תאית נפוץ אחר לעקוב אחר tPMET הוא ferricytochrome ג בדומה WST-1, ferricytochrome מגביר הפחתת c עם השימוש של מקבל אלקטרון ביניים, mPMS22. אבל בניגוד WST-1 בשיטת c ferricytochrome הוא פחות רגיש בשל רקע גבוה ואת מקדם נמוך הכחדה טוחנת22.
כאן אנו מציגים שיטה לניתוח בזמן אמת של tPMET באמצעות מבחני spectrophotometric. השיטה ניצלה את acceptors חוץ-תאית אלקטרון WST-1 ו- DPIP, כפי לשניהם יש מקדם גבוה הכחדה טוחנת בזמן להיות פחות יקר בהשוואה למטבע האחר נפוץ בשימוש acceptors חוץ-תאית אלקטרונים כגון ferricytochrome c. אנחנו מנוצל phenazine methosulfate (PMS) במקום mPMS יש להם האיפור כימי דומה ו PMS הוא הרבה פחות יקר. mPMS הוא יציב photochemically שהוא מאפיין חשוב עבור ערכת מסחרי צריך חיי מדף ארוכים. עם זאת, אנו עושים PMS טריים עבור כל assay, כך יציבות לא צריך להיות בעיה. אנו מציגים גם שיטה להערכת אנזימטי האינטראקציות האפשריות (ראה איור 1) בין אלקטרון חוץ-תאית מקבל אנזימים היכולה לשמש לאפיין עוד יותר את התהליך של tPMET. באופן ספציפי, אנזימים AO ו- SOD יכול לשמש לקבוע איזה חלק של tPMET הוא ascorbate תחבורה או שחרור סופראוקסיד חוץ-תאית, שתי שיטות נפוצות האלקטרונים להיות מועבר על-פני קרום פלזמה.
Protocol
Representative Results
Discussion
הוצגו שתי שיטות ניצול אלקטרון חוץ-תאית acceptors, WST-1 ו- DPIP, במבחני spectrophotometric לעקוב אחר tPMET, C2C12 myotubes. עם הצמיחה של שורות תאים בהליכים תרבות רגיל, קורא צלחת ספקטרופוטומטרים, אפשרי לעקוב אחר tPMET עם אלה acceptors אלקטרונים ב וזמינותו microplate פשוט. צמצום WST-1 הוא לשחזור מכל טוב-כדי-טוב בתוך וזמינותו, אבל יש הש?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ברצוננו להודות תומס בל, לין Mattathil, מארק Mannino, Neej פאטל לתמיכה טכנית שלהם. עבודה זו נתמכה על ידי שירות בריאות הציבור של ארצות הברית פרס R15DK102122 במכון הלאומי של סוכרת, העיכול, מחלות כליה (NIDDK) ג’ונתן פישר. תוכן כתב היד הוא אך ורק באחריות המחברים, ואינם מייצגים בהכרח את נופי הרשמי של NIDDK או מכוני הבריאות הלאומיים.
Materials
| C2C12 myoblasts | American Type Culture Collection | CRL-1772 | |
| Dulbecco's modified eagle's medium – low glucose | Sigma | D6046 | |
| Fetal Plex animal serum complex | Gemini Bio-Products | 100-602 | |
| penicillin-streptomycin | Sigma | 516106 | |
| horse serum | Gibco Technologies | 16050-130 | |
| Dulbecco's phosphate buffered saline | Sigma | D8537 | |
| trypsin-EDTA | Sigma | T4049 | |
| 15 cm culture dishes | TPP | 93150 | |
| 96 well culture plates | TPP | 92096 | |
| 2-(4-Iodophenyl)-3-(4-nitrophenyl)-5-(2,4-disulfophenyl)-2H-tetrazolium Sodium Salt (WST-1) | Accela ChemBio Inc | SY016315 | |
| phenazine methosulfate | Sigma | P9625 | |
| L-ascorbic acid | Sigma | A5960 | |
| ascorbate oxidase | Sigma | A0157 | |
| superoxide dismutase | Sigma | S5395 | |
| 2,6-dichloroindophenol sodium salt | ICN Biomedicals | 215011825 | |
| D-(+)-glucose | Sigma | G7528 | |
| HEPES sodium salt | Sigma | H3784 | |
| sodium chloride | Sigma | S7653 | |
| potassium chloride | Fisher Scientific | BP366 | |
| magnesium sulfate heptahydrate | Sigma | M5921 | |
| calcium chloride dihydrate | Sigma | C7902 | |
| potassium phosphate | Fisher Scientific | BP363 | |
| Pierce BCA Protein Assay Kit | Thermo Scientific | 23225 | |
| Powerwave X-I spectrophotometer | Biotek Insturments | discontinued | |
| Spectronic Genesys 5 Spectrophotometer | Thermo Scientific | 336001 | |
| PureGrade 96-well microplate, F-bottom, clear, untreated, non-sterile | MidSci | 781602 | |
| Iron (II) chloride tetrahydrate | Sigma | 220299 | |
| Iron (II) sulfate heptahydrate | Sigma | 215422 | |
| hypoxanthine | Sigma | H9636 | |
| xanthine oxidase | Sigma | X4500 | |
| Excel | Microsoft | ||
| R Studio | Rstudio | https://www.rstudio.com/products/rstudio/ | |
| KC4 | Biotek Insturments | discontinued |
Referencias
- Kilberg, M. S., Christensen, H. N. Electron-transferring enzymes in the plasma membrane of the Ehrlich ascites tumor cell. Bioquímica. 18 (8), 1525-1530 (1979).
- Crane, F. L., Roberts, H., Linnane, A. W., Low, H. Transmembrane ferricyanide reduction by cells of the yeast Saccharomyces cerevisiae. J Bioenerg Biomembr. 14 (3), 191-205 (1982).
- Craig, T. A., Crane, F. L. Evidence for trans-plasma membrane electron transport system in plact cells. Proc. Indiana Acad. Sci. 90, 150-155 (1981).
- Mishra, R. K., Passow, H. Induction of intracellular ATP synthesis by extracellular ferricyanide in human red blood cells. J Membr Biol. 1 (1), 214-224 (1969).
- Crane, F. L., Sun, I. L., Clark, M. G., Grenbing, C., Low, H. Transplasma-membrane redox systems in growth and development. Biochim Biophys Acta. 811, 233-264 (1985).
- Berridge, M. V., Tan, A. S. Trans-plasma membrane electron transport: a cellular assay for NADH- and NADPH-oxidase based on extracellular, superoxide-mediated reduction of the sulfonated tetrazolium salt WST-1. Protoplasma. 205 (1-4), 74-82 (1998).
- Eccardt, A. M., et al. Trans-plasma membrane electron transport and ascorbate efflux by skeletal muscle. Antioxidants. 6 (4), 89 (2017).
- Sun, I. L., Navas, P., Crane, F. L., Morre, D. J., Low, H. NADH diferric transferrin reductase in liver plasma membrane. J Biol Chem. 262 (33), 15915-15921 (1987).
- Larm, J. A., Vaillant, F., Linnane, A. W., Lawen, A. Up-regulation of the plasma membrane oxidoreductase as a prerequisite for the viability of human Namalwa rho 0 cells. J Biol Chem. 269 (48), 30097-30100 (1994).
- Inman, R. S., Coughlan, M. M., Wessling-Resnik, M. Extracellular ferrireductase activity of K562 cells is coupled to transferrin-independent iron transport. Bioquímica. 33, 11850-11857 (1994).
- Castillo-Olivares, A., Esteban del Valle, A., Marquez, J., Nunez de Castro, I., Medina, M. A. Ehrlich cell plasma membrane redox system is modulated through signal transduction pathways involving cGMP and Ca2+ as second messengers. J Bioenerg Biomembr. 27 (6), 605-611 (1995).
- Medina, M. A., del Castillo-Olivares, A., Nunez de Castro, I. Multifunctional plasma membrane redox systems. Bioessays. 19 (11), 977-984 (1997).
- Medina, M. A., del Castillo-Olivares, A., Schweigerer, L. Plasma membrane redox activity correlates with N-myc expression in neuroblastoma cells. FEBS Lett. 311 (2), 99-101 (1992).
- Diaz-Gomez, C., Villalba, J. M., Perez-Vicente, R., Crane, F. Ascorbate Stabilization Is Stimulated in rho(0)HL-60 Cells by CoQ10 Increase at the Plasma Membrane. Biochem Biophys Res Commun. 234, 79-81 (1997).
- Navarro, F., et al. Protective role of ubiquinone in vitamin E and selenium-deficient plasma membranes. Biofactors. 9 (2-4), 163-170 (1999).
- Herst, P. M., Berridge, M. V. Cell surface oxygen consumption: a major contributor to cellular oxygen consumption in glycolytic cancer cell lines. Biochim Biophys Acta. 1767 (2), 170-177 (2007).
- Baoutina, A., Dean, R. T., Jessup, W. Trans-plasma membrane electron transport induces macrophage-mediated low density lipoprotein oxidation. FASEB J. 15 (9), 1580-1582 (2001).
- Furukawa, S., et al. Increased oxidative stress in obesity and its impact on metabolic syndrome. J Clin Invest. 114 (12), 1752-1761 (2004).
- Del Principe, D., Avigliano, L., Savini, I., Catani, M. V. Trans-plasma membrane electron transport in mammals: functional significance in health and disease. Antioxid Redox Signal. 14 (11), 2289-2318 (2011).
- Berridge, M. V., Tan, A. S. High-Capacity Redox Control at the Plasma Membrane of Mammalian Cells Trans-Membrane, Cell Surface, and Serum NADH-Oxidases. Antioxidants & Redox Signaling. 2 (2), 231-242 (2000).
- Ishiyama, M., Shiga, M., Sasamoto, K., Mizoguchi, M., He, P. G. A New Sulfonated Tetrazolium Salt That Produces a Highly Water-Soluble Formazan Dye. Chemical & Pharmaceutical Bulletin. 41 (6), 1118-1122 (1993).
- Berridge, M. V., Herst, P. M., Tan, A. S. Tetrazolium dyes as tools in cell biology: New insights into their cellular reduction. Biotechnology Annual Review. 11, 127-152 (2005).
- Gurtoo, H. L., Johns, D. G. On the interaction of the electron acceptor 2,6-dichlorophenolindophenol with bovine milk xanthine oxidase. J Biol Chem. 246 (2), 286-293 (1971).
- Tan, A. S., Berridge, M. V. Distinct trans-plasma membrane redox pathways reduce cell-impermeable dyes in HeLa cells. Redox Rep. 9 (6), 302-306 (2004).
- . . R: A language and environment for statistical computing. , (2013).
- Peskin, A. V., Winterbourn, C. C. A microtiter plate assay for superoxide dismutase using a water-soluble tetrazolium salt (WST-1). Clinica Chimica Acta. 293 (1-2), 157-166 (2000).
- Higaki, Y., et al. Oxidative stress stimulates skeletal muscle glucose uptake through a phosphatidylinositol 3-kinase-dependent pathway. Am J Physiol Endocrinol Metab. 294 (E889-E897), (2008).
- Zuagg, W. Spectroscopic characteristics and some chemical propertiesof N-methylphenazinium methyl sulfate (phenazine methosulfate) and pyocyanine at the oxidation level. J Biol Chem. 239 (11), 3964-3970 (1964).
- Dayan, J., Dawson, C. R. Substrate specificity of ascorbate oxidase. Biochem Biophys Res Commun. 73 (2), 451-458 (1976).
- Bellavite, P., della Bianca, V., Serra, M. C., Papini, E., Rossi, F. NADPH oxidase of neurtrophils forms superoxide anion but does not reduce cytochrome c and dichlorophenolindophenol. FEBS. 170 (1), 157-161 (1984).
- Berridge, M. V., Tan, A. S., McCoy, K. D., Wang, R. The biochemical and cellular basis of cell proliferation assays that use tetrazolium salts. Biochemica. 4, 15-20 (1996).
- Tan, A. S., Berridge, M. V. Superoxide produced by activated neutrophils efficiently reduces the tetrazolium salt, WST-1 to produce a soluble formazan: a simple colorimetric assay for measuring respiratory burst activation and for screening anti-inflammatory agents. J Immunol Methods. 238 (1-2), 59-68 (2000).
- Phillips, P. A., et al. Myricetin induces pancreatic cancer cell death via the induction of apoptosis and inhibition of the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) signaling pathway. Cancer Letters. 308 (2), 181-188 (2011).
- Altundag, E., et al. Quercetin-induced cell death in human papillary thyroid cancer (B-CPAP) cells. Journal of thyroid research. 2016 (8), (2015).
- Ukeda, H., Kawana, D., Maeda, S., Sawamura, M. Spectrophotometric Assay for Superoxide Dismutase Based on the Reduction of Highly Water-soluble Tetrazolium Salts by Xanthine-Xanthine Oxidase. Biosci Biotechnol Biochem. 63 (3), 485-488 (1999).
- Halaka, F. G., Babcock, G. T., Dye, J. L. Properties of 5-methylphenazinium methyl sulfate. Reaction of the oxidized form with NADH and of the reduced form with oxygen. J Biol Chem. 257 (3), 1458-1461 (1982).
- Maghzal, G. J., Krause, K. H., Stocker, R., Jaquet, V. Detection of reactive oxygen species derived from the family of NOX NADPH oxidases. Free Radic Biol Med. 53 (10), 1903-1918 (2012).
