Adipose tissue (AT) can influence whole body homeostasis, therefore understanding the molecular mechanisms of adipocyte differentiation and function is of importance. We provide a protocol for gaining new insights into these processes by analyzing adipocyte homeostasis, differentiation and hypoxia exposure as a model for induced adipocyte apoptosis.
Considering that adipose tissue (AT) is an endocrine organ, it can influence whole body metabolism. Excessive energy storage leads to the dysregulation of adipocytes, which in turn induces abnormal secretion of adipokines, triggering metabolic syndromes such as obesity, dyslipidemia, hyperglycemia, hyperinsulinemia, insulin resistance and type 2 diabetes. Therefore, investigating the molecular mechanisms behind adipocyte dysregulation could help to develop novel therapeutic strategies. Our protocol describes methods for evaluating the molecular mechanism affected by hypoxic conditions of the AT, which correlates with adipocyte apoptosis in adult mice. This protocol describes how to analyze AT in vivo through gene expression profiling as well as histological analysis of adipocyte differentiation, proliferation and apoptosis during hypoxia exposure, ascertained through staining of hypoxic cells or HIF-1α protein. Furthermore, in vitro analysis of adipocyte differentiation and its responses to various stimuli completes the characterization of the molecular pathways behind possible adipocyte dysfunction leading to metabolic syndromes.
Dünya Sağlık Örgütü 2014 raporuna göre, dünyanın yetişkin nüfusunun% 39 aşırı kilolu ve% 13 1 obez olduğunu. Yakın gelecekte, kilolu insanların yaşlı nüfusun önemli bir bölümünü oluşturacaktır. Obezite ve yaşlanma önemli bir özellik morbidite ve mortalite 2 ile ilgili olarak yağ düzensizliği olduğunu. Adipokinler, adipoz dokuda (AT) tarafından salgılanan proteinler, obezite gibi metabolik sendromlar tetikleyebilir ve 2 diyabetin 3 yazabilirsiniz. Metabolik hastalıklar çoğunlukla genişleme 4 AT sonuçlanır adipositlerin lipid damlacıkları aşırı enerji depolama, kaynaklanır. Bu nedenle kontrol etmek fırsatları bulmak için nedenleri ve AT genişleme moleküler mekanizmaları belirlemek için ilgi çekicidir.
Aşırı beslenme iki olay tarafından düzenlenir AT genişleme yol açar: aşırı enerji depolama adipositlerin lipid damlacıkları halinde, bir süreçAyrıca, adiposit hiperplazisi 5 olarak bilinen (adiposit boyutunda bir artış) ve artan adipogenesis, hipertrofiye neden olur. Adipogenesis adipositlere multipotent mezenkimal kök hücreler (MSC), farklılaşma, bir işlemdir. Birincisi, MKH taahhüt aşamasında preadipositlerden dönüşür. İkincisi, Preadipositler daha olgun ve işlevsel adipositlerin 6 özelliklerini elde etmek için ayırt. Çeşitli transkripsiyon faktörleri, örneğin çinko parmak protein 423 (Zfp423) ve erken B hücre faktör 1 (Ebf1) halinde preadiposit tespiti için ana düzenleyici olarak tanımlanmıştır. Zfp423 erken bağlılık indükler ise, Ebf1 adiposit progenitörlerin 6 üretimi için gereklidir. Terminal farklılaşma sıkı peroksizom proliferatör ile aktive olan reseptör γ (PPARy) esas transkripsiyon faktörü 7, burada bir transkripsiyon kaskadı ile kontrol edilmektedir. Bundan başka önemli transkripsiyon faktörleri (Cı CCAAT / güçlendirici bağlayıcı protein olan/ EBP) ailesi üyeleri (C / EBPα C / EBPβ ve C / EBPδ) Kruppel benzeri faktör (KLFs) cAMP karşılık elemanı bağlama proteini (CREB) ve erken gelişme tepkisi 20 (Krox20) 6.
Son zamanlarda, aktive edici protein-1 (AP-1) Aile adiposit farklılaşması işlemi 8,9 rol oynadığı gösterilmiştir. AP-1 Aile Fos, Haz ve / veya aktive edici transkripsiyon faktörü (ATF) üyeden oluşan bir dimerik protein kompleksi ile oluşturulur. Fos-ilgili bir antijen 1 ve 2 (Fra-1 ve Fra-2) adiposit farklılaşmasını regüle edebilirler. Fra-1 Fra-2 kontrol adiposit devir 9 ise, / EBPα 8 C inhibe adiposit farklılaşmasını bozar. Fra-2, böylece sadece adiposit farklılaşması sırasında PPARγ2 ifadesini bastırmak yoluyla adiposit sayısını azaltır, aynı zamanda hipoksi-indüklenebilir faktör (HIFs) ifade doğrudan baskı yoluyla adiposit apoptoz azalır. HIF aile HETE olduğunuHIF-1 a, 2a, HIF-HIF-1 p oluşan rodimeric transkripsiyon faktörü kompleksi. Heterodimerler bir oksijen duyarlı HIF-α protein (HIF-1α HIF-2α) ve oksijen duyarsız HIF-1β alt-biriminin 10 oluşur. Normoxia sırasında, HIF-α proteinler poli ubiquitinylated ve nihayet proteazomlar 11 tarafından yıkılırlar. genleşme sırasında meydana gelen hipoksik koşullar altında HIF-α proteinler artık hidroksillenmiş vardır. Bu nedenle yapısal olarak ifade HIF-1 p ile stabilize ve form dimerleri olur. HIF yanıt elemanları ile kontrol genlerin transkripsiyonel aktivasyon anjiyojenez, metabolizma ve enflamasyon 12 düzenlenmesi ile ilgili. Gerçekten de, HIF-1α, glukoz tolerans indükte enerji sarfiyatını ve lipit çevresel kullanımı engellenmesi, hem de tarafından leptin seviyesi ve HFD kaynaklı hepatik steatoz 13 arttırarak disfonksiyonu teşvik eder. Ayrıca, HIF-1α adipocy düzenlerte apoptoz, in vivo ve in vitro 9.
Mevcut protokol erişkin farelerde adiposit homeostazının moleküler özelliklerini çözülmeye durumu AT çalışmak için yöntemleri açıklar. Bu apoptoz, çoğalması ve in vivo ve in vitro olarak, adipositlerin farklılaşmasının hipoksi ile kontrol edilebilir gösterir. Bunu yapmak için, Fabp4-CreERT fareler 9 Fra-2 floxed alelleri taşıyan farelerin geçerek oluşturulan Fra-2'nin adiposit belirli bir silinen fareler kullanır. Fabp4-Cre ERT fareler kullanılarak, silme adiposit tamoksifen enjeksiyon 14 belirli ve indüklenebilir. Yetişkin modeli için, tamoksifen periton içine enjeksiyonlarla 6 haftalıkken itibaren 5 ardışık gün boyunca gerçekleştirilir. Analiz yapılmadan önce Böylece, fareler 6 hafta boyunca normal bir diyet veya yüksek yağ içeren bir diyete tabi tutulur. Bu çalışmada kullanılan fare erkek gibi östrojenler gibi kadınlık hormonları, önlemek için bir C57BL6 arka dayanmaktadırVücut yağ dağılımı 15 düzenleyen gösterilmiştir. Başka genetik arka plan kullanarak da lipid yönetiminde 16 suş ile ilgili farklılıklara, metabolik fenotip değiştirebilir.
Bu protokol histoloji kullanarak hipoksi altında AT nasıl analiz ve immünohistokimyasal ve profil analizleri geni kullanılarak in vivo adiposit apoptoz, çoğalmasını ve farklılaşmasını ölçmek için nasıl gösterir. Çalışma hipoksi maruz kalma değişmiş birincil adiposit farklılaşması ve apoptoz nasıl analiz edileceğini gösteren in vitro deneyler ile tamamlanmıştır.
Adipositler nedeniyle aşırı enerji depolama tarafından uyarılan adiposit hiperplazisi ve hipertrofisi, ifşa, büyüklüğü, sayısı ve alanı ile fenotipik karakterize aşırı beslenme 5. Yağ asidi düzensizliklerine ve sonraki metabolik sendromların neden bu olaylar aynı zamanda "sağlıklı" yağ genleşme olarak adlandırılır korunmuş metabolizması ile artmış yağ kitlesinin devletler vardır. Örneğin, Kusminski ve ark., 21 büyük yağ genişleme ile fareler bu yağ genleşme mutlaka metabolik sendromlar bağlantılı ve adipositlerin özelliklerini değerlendirmek için dikkatli bir şekilde kararlı olması gerekir değil düşündüren, metabolik sağlıklı kalmasını gösterdi. adipoz dokusu (AT), vücut metabolizmasının düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. AT dislipidemi, ateroskleroz, hiperinsülinemi ve hiperglisemi 3 etkileyebilecek en büyük endokrin organdır. homeostasis ve moleküler m AT değerlendirilmesiBunu düzenleyen echanisms metabolik sistemi bozuklukları daha iyi anlaşılmasını izin verebilir. Bu nedenle, adiposit farklılaşması düzenleyen mekanizmaların açıklığa kavuşturulması, adiposit büyüklüğü ve yağ yastığı kütlesi obezite bozuklukları için yeni tedavi tedavi geliştirmek için yardımcı olacaktır. In vivo ve in vitro yöntemler kullanarak, adiposit farklılaşması ve aktivitesi Gıda ve gen ekspresyonu etkilerin rolünü tespit etmek mümkündür. Bizim protokol glukoz ve insülin metabolik yanıtı 22-24 analiz kadar önemlidir tarafından önerilen adiposit farklılaşması, çoğalması ve apoptoz arasındaki dengeyi belirleyen, AT homeostazı belirlemek.
İfade profil birincil adipositlerdeki adipogenesis, lipojenez, lipoliz, yağ asidi alımı, hipoksi, apoptoz ve çoğalması yer alan genlerin analizleri ve visseral AT adiposit homeostazında ve bunların olası işlev bozukluğu üzerine genel bir bakış elde etmek için yüksek verimli bir yöntemdir.Ilginç adaylardır western blot veya immünohistolojik boyama ile protein seviyesinde analiz edilmelidir. Simetrik olmayan siyanin boyalar kullanarak gerçek zamanlı PCR sistemi ile optimum sonuçlar elde etmek için, 1'den 10 ng arasında değişen cDNA konsantrasyonları ve 50 900 nM arasında değişen optimum astar konsantrasyonları spesifik olmayan amplifikasyon en aza indirmek için test edilmelidir. kritik bileşenleri primerler şunlardır; Her bir çalışma için, erime eğrileri katı özgüllük sağlamak ve primer dimerlerin oluşumunu hariç tutmak için kontrol edilmesi gerekmektedir. Bu nedenle, bunun yerine cDNA'nın H2O ile bir negatif kontrol kullanımı tavsiye edilmektedir. Ayrıca, ticari olarak temin edilebilen simetrik olmayan siyanin boyalar (örneğin, ROX) pasif bir referans boya içeren bir iç referans bir sinyal sağlamak için ana karışımı olarak temin edilmiştir. cDNA sinyali hali-kuyu sinyal dalgalanmaları düzeltmek için ROX sinyallerine veri analizi sırasında normalize edilir. Başka bir nokta, bir goo kurmak için dikkate alınması gerekend qPCR sistemi temizlik geninin seçimdir. Her durum için, birden fazla temizlik genler kullanılır, örneğin, HPRT β-aktin, GAPDH, β-2-Mg veya HSP90.
Hipoksik koşullar ile stabilize HIF proteinler ana sadece adipositler yaşamda kalmasını saptamak düzenleyiciler, aynı zamanda, örneğin glukoz, insülin tolerans ve lipid metabolizması 11,25,26 gibi metabolik değişiklikler vardır. yağ yastığı hipoksik alanlarını tespit etmek için, HIF-1α immünohistokimyasal olarak bölümlerde AT belirlenir. HIF proteinleri hızlı bir şekilde normoksik koşullar altında 5 ila 10 dakika içinde bozulmuş olması nedeniyle, prosedür ve histolojik analiz için yağ yastığı sabitleme sıkı geçen süre önlemek için kontrol edilmelidir. Bu nedenle, sadece HIF boyamasıyla hipoksi sağlamak için, pimonidazol AT hipoksik alanlarının belirlenmesi için kullanılır. Zaten kemik 27'de görüldüğü gibi pimonidazol, dokulara dağıtmak mümkünVe etkin bir şekilde daha da spesifik antikor 28 bağlanarak histolojik bölümlerde tespit edilir, özellikle hipoksik hücrelerde tiol içeren proteinlere bağlanarak hipoksik alanları işaretleyin. Bununla birlikte, diğer belirteçler ve yöntemler hipoksi yol analiz etmek için kullanılabilir. Örneğin, hidroksillenmiş prolinlerin tanır ve proteozomal HIF aracılık etmek için poli-dağılmasını teşvik normoksi altında prolin artıkları hidroksilasyonunu neden prolil hidroksilaz (PHD) enzim, yanı sıra, von Hippel-Lindau (VHL) protein, katılımı bozulma, yolu 29,30 tam bir bakış açısından analiz edilmesi gerekir. Ayrıca, HIFs her yerde tespiti de 31,32 değiştirebilir olabilir protein istikrar ve parçalanmasını belirleyecek.
Ayrıca, TÜNEL lekelemesi ile Ki67 çoğalmayı ve apoptozis histolojik kesitlerin boyamasıyla in vivo olarak belirlenir. Ki67 ve a ile proliferasyon miktarının belirlenmesiAkışkan sitometri analizi ile TÜNEL ya Annexin V boyama ile poptosis da 33 üzerinden gerçekleştirilir. Proliferasyon elbette bu Ki67 pozitif hücrelerin ölçümüyle bahsedilmeyen adiposit hücre döngüsü, analizi gibi teknikler ile ölçülebilir. FACS apoptosis hücre ölümü süreci karşı nekroz düzeylerini belirleyecek Annexin V ve TOP-PR-3 analizleri ile Dahası, TUNEL tarafından apoptoz çalışması tamamlanabilir. Apoptoz AT homeostazı için önemli olan hücre ölümü programının için temel süreçtir. Nitekim, adiposit apoptoz düzensizliği obeziteye katkıda süreçlerde daha önce karıştığı ve 34 Lipodistrofi edilmiştir. Ayrıca, 2011 yılında, Keuper ve ark. Adiposit apoptozis yağ dokusu iltihabı bağlı. Makrofajlar da makrofajlar çekmek preadipositlerin ve adipositler, apoptoza neden olduğunu göstermiştir. makrofaj işe iltihabı, hangi Contr hızlandırırglikoz ve insülin toleransı 35 gibi metabolik sendromlar ibutes. Ancak, adiposit apoptoz kötü okudu fenomen kaynaklı adiposit apoptoz kilo azalmasına neden olabilir hipotezi rağmen, halen devam etmektedir.
Mevcut protokol, in vivo çoğalması, apoptoz ve hipoksi gibi farklı fenomen incelemek için immünohistokimyasal yaklaşımlar kullanır. Bu nedenle, doku kritik bir adımdır% 4 formaldehit ile tespit edildi. Genişletilmiş bir doku tespit süresi antikor olmayan erişilebilir hale epitoplara, değişmesine yol açar. Bunun aksine, kısa bir sabitleme süresi reaktiflere epitop duyarlılığını arttırır. tespitin tavsiye en uygun zaman 24 saattir. Ayrıca, bölümlerin kalınlığının ayrıca epitoplara bağlanan antikorlar etkiler; Optimal kalınlığı 2 um ile 5 arasında bir. 5 um daha kalın kesitler artan bağlama sitelere yalancı pozitif sonuç verecektir. Bunun aksine, sections ince 2'den mikron daha az bağlayıcı siteleri içeren ve olumlu alanlarda iyi tanımlanmış değildir. Bundan başka kritik faktörler epitoplara spesifik bağlanma kalitesini etkileyen antikorun kendisi, kuluçkalama süresi, konsantrasyon ve eşit bir ısı vardır. Bu nedenle, bir antikor konsantrasyon ve inkübasyon zamanı doğrulamak her durum için gereklidir.
Etüdün tamamlanması için, farklı tedaviler, uyarılması ya da ko-kültürler ile uzatılabilir bir in vitro adiposit farklılaşma protokolünü sağlar. Nitro adiposit kültürlerinde kullanılarak, adiposit farklılaşması ve işlevleri kusurları tespit etmek mümkündür. tüm primer hücreler için olduğu gibi, ADSCs ve adipositlerin sağlıklı davranış ve görünüm oldukça önemlidir, güvenilir sonuçlar elde etmek. ayrıntı, sitoplazmik vakuolleşmeye ve / veya dekolmanı birincil yetersiz orta, mikrobiyal kontaminasyonu veya yaşlanmayı gösteren bozulma belirtileri vardırHücreler. Diğer protokoller 36 tarafından tarif edildiği gibi, kemik iliğinden izole mezenkimal kök hücre kullanmak da mümkündür, oysa bu protokol, yağ yastığı dokusundan izole adipositlerin kullanıyor. En son adiposit farklılaşması çok erken aşamada ortaya çıkan ek farklılaşma sorunları yansıtıyor olabilir stromal progenitör hücreler içerir, bu mevcut protokolde cevapsız olabilir. Ayrıca, ADSCs hızla (bir hafta içinde 10 kereden daha fazla) genişletilebilir ve bazı pasajlar sonra uzun süreli kültür ADSCs hala mezenkimal pluripotensini 37,38 saklayın. ADSCs kullanmanın bir diğer avantajı ADSCs basit ve minimal invaziv bir yöntemdir liposuction ile hastalardan hasat edilebilir çünkü kolayca, insana geçiş olabilir.
AT endokrin şekilde birkaç diğer organları etkiler gibi protokol adipokinlerin şekilde genişletilmelidir. leptin, adiponektin, tümör nekroz faktör-α (TNF) a olarak Adipokinler,adipositler tarafından salgılanan nd resistin yağ metabolizması, enerji homeostazisini ve insülin duyarlılığını 39 kontrol ederek metabolik hastalıkların etkilediği bilinmektedir. Bu nedenle, serum ve adiposit secretome analizleri yapılmalıdır. IL-6 gibi, AT fonksiyon bozukluğu, adipokinlerin ve pro-inflamatuar sitokinlerin, durumunda, örneğin karaciğer ve pankreas ve kas fonksiyonunun 4 gibi organların bozulması neden olur. sistemik organ işlev bozukluğu bertaraf etmek için, hayvan modelleri ya da hücre kültürleri uyarılması ve alımını glikoza tepki açısından test edilebilir.
Burada AT ve in vivo adipositlerin temel durumunu analiz etmek için bir protokol sağlar ve in vitro adiposit homeostazı ve işlevsellik moleküler mekanizmalarını ortaya çıkarmak için.
The authors have nothing to disclose.
Yazarların gibi yazının redaksiyon için veri ve Dr. B. Grötsch hazırlamak için Dr. J. Luther ve K. Ubieta teşekkür ederim. Bu çalışma, Deutsche Forschungsgemeinschaft (BO3811 / 1-1-Emmy Noether) tarafından desteklenmiştir.
RNAlater solution | Ambion | AM7021 | RNA stabilization solution |
High-Capacity cDNA Reverse Transcription Kit | Applied Biosystems | 4368813 | |
SYBR Select Master Mix | 4472908 | ||
Purified Mouse Anti-Human Ki-67 | BD Biosciences | 550609 | Clone B56 (RUO) |
Purified Mouse Anti-Human Ki-67 Clone B56 (RUO) | 550609 | Proliferation marker | |
FITC Annexin V | BioLegend | 640906 | |
Cleaved Caspase-3 Rabbit mAb | Cell signalling | 9664S | Clone 5A1E |
Cleaved Caspase-3 (Asp175) (5A1E) Rabbit mAb | 9664 | Apoptosis marker | |
Hypoxyprobe-1 Plus Kit | Hypoxyprobe | HP2-200Kit | Hypoxia marker, Solid pimonidazole HCl (Hypoxyprobe-1), FITC conjugated to mouse IgG₁ monoclonal antibody (FITC-MAb1), Rabbit anti-FITC conjugated with horseradish peroxidase |
Lipofectamine2000 Reagent | Invitrogen | 11668-027 | |
TO-PRO-3 Iodide | T3605 | Nuclear counterstain, Monomeric cyanine nucleic acid stain, Excitation⁄Emission: 642⁄661 nm | |
Mayer’s hemalum | Merck | 109249 | hematoxylin |
pegGOLD TriFast | Peqlab | 30-2030 | TRIzol, single-phase solution of guanidinisothiocyanat and phenol |
Percellys Ceramic Kit 1.4 mm | 91-PCS-CK14 | tubes containing ceramic beads (1.4 mm) | |
Precellys 24 | 91-PCS24 | homogenizer | |
HIF-1 alpha Antibody | Pierce | PA1-16601 | |
HIF-1 alpha Antibody, 16H4L13 | 700505 | Hypoxia marker | |
In Situ Cell Death Detection Kit, Fluorescein | Roche | 11 684 795 001 | TdT-mediated dUTP-biotin nick end labeling (TUNEL) |
Eosin | Sigma | 318906 | |
DNase I Solution (1 unit/µL) | Thermo Scientific | EN0525 | |
biotinylated anti mouse IgG (H+L) | Vector Laboratories | BA-9200 | |
biotinylated anti mouse IgG (H+L) | BA-1000 | ||
Vectastain ABC Kit | PK-4000 | ||
VECTASHIELD Mounting Medium with DAPI | H-1200 |