Özet

שיטות ניתוח ההשפעות של אורניום טבעי על במבחנה Osteoclastogenesis

Published: January 30, 2018
doi:

Özet

אורניום ידוע להשפיע על מטבוליזם העצם. כאן, אנו מציגים פרוטוקול שמטרתו לחקור את ההשפעה של חשיפה אורניום טבעי על הכדאיות את הבידול, את הפונקציה של osteoclasts, התאים האחראי על ספיגת עצם.

Abstract

אורניום הוכח להתערב עם עצם פיזיולוגיה, היא מבוססת היטב כי המתכת שמצטבר העצם. עם זאת, מעט מאוד ידוע על ההשפעה של אורניום טבעי על ההתנהגות של תאי עצם. בפרט, ההשפעה של אורניום על osteoclasts, האחראי ספיגת המטריקס העצם, התאים לא מתועדים. לחקור בנושא, הקמנו פרוטוקול חדש באמצעות uranyl אצטט כמו מקור של אורניום טבעי לבין הקו תא 264.7 גלם מאתר כמודל של אוסטאוקלסט סימנים מקדימים. במסמך זה, אנחנו מפורט כל מבחני נדרש לבחון את האורניום cytotoxicity על סימנים מקדימים אוסטאוקלסט וכדי להעריך את ההשפעה שלו על osteoclastogenesis ועל הפונקציה resorbing של osteoclasts בוגרת. התנאים פיתחנו, בפרט עבור הכנת המכילות uranyl תרבות המדיה, זריעה של RAW 264.7 תאים לאפשר להשיג תוצאות הרבייה מאוד ואמין. יתר על כן, לנו יש אופטימיזציה השימוש של כלי תוכנה כדי להקל על הניתוח של פרמטרים שונים כגון הגודל של osteoclasts או האחוז של מטריקס resorbed.

Introduction

אורניום הוא יסוד רדיואקטיבי טבעי נוכח קרקעות, אוויר ומים; ככזה, בבעלי חיים ובבני אדם חשופים אורניום טבעי בדיאטה שלהם. בנוסף למקורות טבעיים, אורניום מקורו של פעילויות אנתרופוגניים, אשר יגבירו את השפע שלה בסביבה. אורניום מהווה סיכונים כימיים והן רדיולוגית. עם זאת, מכיוון אורניום טבעי (אשר הוא איזוטרופי תערובת המכילה 99.27% 238U, 0.72% 235U, ו 0.006% 234U) יש פעילות ספציפית נמוכה (25.103 Bq.g-1), שלה השפעות על בריאות מיוחסות שלה כמות רעילה.

מה תוואי כניסה (שאיפה, בליעה או חשיפה עורי), רובם של אורניום הנכנסים לגוף חוסלה עם צואה ומגיע רק חלק קטן של מחזור מערכתי. כ- 67% אורניום בדם בתורו מסוננת על-ידי הכליות, עוזבת את הגוף בשתן בתוך 24 שעות1. השארית מופקד בעיקר כליות, עצמות, את שני איברי המטרה העיקרית של אורניום רעילות2,3,4. כי השלד זוהה כאתר העיקרי של אורניום לטווח ארוך שמירה2,3,4,5,6, מספר מחקרים נערכו על מנת לחקור ההשפעה של אורניום על עצם פיזיולוגיה7.

העצם היא רקמה mineralized זה הוא השתקם באופן רציף לאורך כל תקופת חייו. שיפוץ העצם הוא תהליך מורכב זה תלוי סוגי תאים מיוחדים והיא מורכבת בעיקר בשני שלבים: ספיגת המטריקס ישן הקיימת מראש על ידי osteoclasts ואחריו de novo עצם הבנייה על ידי תאי העצם. Osteoclasts הם תאים גדולים multinuclear הנובע הפיוז’ן של תאים קודמן ממוצא hematopoietic נודדים לאתרים resorption שבו הם לצרף העצם8. ההחזקה שלהם מתרחשת בו זמנית עם רה-ארגון נרחב של שלד התא שלהם9. הארגון מחדש נדרש להקמת תא מבודד בין התא לבין השטח העצם אשר לתוכו אוסטאוקלסט מפריש פרוטונים, שמוביל פירוק היידרוקסיאפטיט, פרוטאזות מעורב מהשפלת מטריקס אורגני. המוצרים השפלה וכתוצאה מכך endocytosed, מועבר דרך התא אל אזור ממברנה מול פני העצם, מופרש, תהליך הנקרא transcytosis10,11.

תוצאות ממחקרים ב- vivo ו- in vitro לקשרי מצביעים על כך אורניום מעכב היווצרות העצם הפיצולים המספר וכן את פעילותם של תאי העצם7,12. לעומת זאת, ההשפעות של אורניום על ספיגת עצם של osteoclasts נחקרו בצורה גרועה מספר ויוו מחקרים דיווחו על שיפור של ספיגת עצם לאחר מתן של חנקת uranyl13,של עכברים או חולדות-14. יתר על כן, חקירה אפידמיולוגיים הציע כי הגדלת צריכת אורניום באמצעות שתיית מים נטו להיות מזוהה עם עלייה ברמת סרום של סמן ספיגת עצם גברים15. יחדיו, ממצאים אלה הובילו למסקנה כי אורניום, אשר צוברת בתוך עצם יכולים לקדם את ספיגת עצם. עם זאת, המנגנונים התאיים מעורב הזה אפקט פוטנציאליים האורניום של עדיין שאלה פתוחה. מסיבה זו, החלטנו לבחון את ההשפעה של אורניום על אופן הפעולה של resorbing תאים עצם.

כאן, אנו מתארים את פרוטוקול הקמנו כדי לאפיין ולכמת את ההשפעה של אורניום טבעי על הכדאיות osteoclasts מראש ועל בידול osteoclasts ופעילות resorptive. הניסויים המתוארים בזאת נעשו עם קו תא מקרופאג טרנספורמציה מאתר 264.7 גולמי, אשר בקלות יכולים להתמיין osteoclasts כאשר תרבותי בנוכחות ציטוקין רנקל 4 או 5 ימים, והוא אשר משמש בסגנון קלאסי ללמוד אוסטאוקלסט בידול ותפקוד16. ההליכים פיתח אמין, נותן תוצאות מאוד לשחזור והם החלים לחלוטין osteoclasts העיקרי. מכל הסיבות האלה, אנו מאמינים כי מתודולוגיה זו שימושית לקבלת הבנה טובה יותר של המנגנונים המולקולריים המעורבים אורניום רעילות בתוך עצם. יתר על כן, אנחנו חושבים כי גישה זו יכול להיות מותאם ככלי מיון לזיהוי אורניום חדש chelating סוכנים.

Protocol

1. הכנת Uranyl אצטט פתרון כדי להכין 2 מ ל 100 מ מ uranyl אצטט פתרון, להוסיף 85 מ”ג של uranyl אצטט (אז פרט להתמחות2(OCOCH3)2, 2 H2O; M = 424 g.mol-1) במצב מוצק צינור פלסטיק מ ל. להוסיף 2 מ ל מים מזוקקים צינור פלסטיק ולהתאים אותו עם פקק מפלסטיק. לנער את הצינור נמרצות עד התפרקות מו…

Representative Results

עמידים tartrate פוספטאז חומצה מכתים שימש כדי להמחיש osteoclasts כתאי סגול גדול יש 3 או יותר גרעינים. להחליפן בתמונות של osteoclasts מתקבל מתאי 264.7 גלם תרבותי בנוכחות רנקל, uranyl יונים מוצגים באיור1. שינוי המספר והגודל של osteoclasts בתגובה אורניום גלויים בקלות תמונות ללא הפרדות …

Discussion

עד כמה שידוע לנו, זו הפעם הראשונה המתואר הליך מפורט במטרה לחקור את ההשפעה של אורניום טבעי על עצם resorbing תאים. גישה זו יהיה שימושי להשיג הבנה טובה יותר של אורניום השפעה על עצם פיזיולוגיה, עשוי לספק כלי חדש מעניין להקרנה של אורניום chelators. יתר על כן, אנו מאמינים כי יכול להיות מיושם הפרוטוקול המתו?…

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

המחברים רוצה להודות קרו שנטל לסיוע טכני מועיל.
מחקר זה מומן על ידי מענקים “במשרד à l’Energie Atomique et aux אנרגיות חלופות” (URANOs – תוכנית ואלכסוני דה Toxicologie du CEA ו- CEA CPRR-AREVA), וממנו ANR (רעילות של אורניום: רב ברמת הגישה של ביומינרליזציה תהליך בתוך עצם, ANR-16-CE34-0003.) עבודה זו גם נתמך על ידי אוניברסיטת סופיה נחמד-אנטיפוליס ואת ה-CNRS.

Materials

DMEM Lonza BE12-604F
α-MEM Lonza BE12-169F
EMEM without phenol red Lonza 12-668E
Water for cell culture Lonza BE17-724F
PBS Sigma-Aldrich D8537
Penicillin-Streptomycin solution Sigma-Aldrich P4333
 L-Glutamine solution Sigma-Aldrich G7513
Trypan Blue Solution 0.4% Sigma-Aldrich T8154
HyClone fetal bovine serum GE Life Sciences SH30071.03
7.5% sodium bicarbonate aqueous solution Sigma-Aldrich S8761
Acid Phosphatase, Lekocyte (TRAP) kit Sigma-Aldrich 387A
Thiazolyl Blue Tetrazolium Bromide (MTT) powder Sigma-Aldrich M5655
Dimethyl sulfoxide Sigma-Aldrich D5879
Alizarin Red S sodium salt, 1% w/v aq. sol. Alfa Aeros 42746
Osteoassay bone resorption plates, 24 well plates Corning Life Sciences 3987
Multiwell 24 well plates Falcon 353504
Flask 75 cm2 Falcon 353133
Polypropylene Conical Tubes 50 ml Falcon 352070
Cell scrapers 30 cm TPP 90003

Referanslar

  1. Keith, S., Faroon, O., Roney, N., Scinicariello, F., Wilbur, S., Ingerman, L., et al. Toxicological profile for uranium. Agency for Toxic Substances and Disease Registry. , (2013).
  2. Ballou, J. E., Gies, R. A., Case, A. C., Haggard, D. L., Buschbom, R. L., Ryan, J. L. Deposition and early disposition of inhaled 233UO2(NO3)2 and 232UO2(NO3)2 in the rat. Health Phys. 51 (6), 755-771 (1986).
  3. Kathren, R. L., McInroy, J. F., Moore, R. H., Dietert, S. E. Uranium in the tissues of an occupationally exposed individual. Health Phys. 57 (1), 17-21 (1989).
  4. Kurttio, P., et al. Renal effects of uranium in drinking water. Environ.Health Perspect. 110 (4), 337-342 (2002).
  5. Leggett, R. W. Basis for the ICRP’s age-specific biokinetic model for uranium. Health Phys. 67 (6), 589-610 (1994).
  6. Vidaud, C., Bourgeois, D., Meyer, D. Bone as target organ for metals: the case of f-elements. Chem. Res. Toxicol. 25 (6), 1161-1175 (2012).
  7. Arzuaga, X., Gehlhaus, M., Strong, J. Modes of action associated with uranium induced adverse effects in bone function and development. Toxicol. Lett. 236 (2), 123-130 (2015).
  8. Ikeda, K., Takeshita, S. The role of osteoclast differentiation and function in skeletal homeostasis. J. Biochem. 159 (1), 1-8 (2016).
  9. Teiltelbaum, S. L. The osteoclast and its unique cytoskeleton. Ann N Y Acad Sci. 1240, 14-17 (2011).
  10. Nesbitt, S. A., Horton, M. A. Trafficking of matrix collagens through bone-resorbing osteoclasts. Science. 276 (5310), 266-269 (1997).
  11. Salo, J., Lehenkari, P., Mulari, M., Metsikko, K., Vaananen, H. K. Removal of osteoclast bone resorption products by transcytosis. Science. 276 (5310), 270-273 (1997).
  12. Pierrefite-Carle, V., et al. Effect of natural uranium on the UMR-106 osteoblastic cell line: impairment of the autophagic process as an underlying mechanism of uranium toxicity. Arch. Toxicol. 91 (4), 1903-1914 (2017).
  13. Ubios, A. M., Guglielmotti, M. B., Steimetz, T., Cabrini, R. L. Uranium inhibits bone formation in physiologic alveolar bone modeling and remodeling. Environ. Res. 54 (1), 17-23 (1991).
  14. Bozal, C. B., Martinez, A. B., Cabrini, R. L., Ubios, A. M. Effect of ethane-1- hydroxy-1,1-bisphosphonate (EHBP) on endochondral ossification lesions induced by a lethal oral dose of uranyl nitrate. Arch. Toxicol. 79 (8), 475-481 (2005).
  15. Kurttio, P., et al. Bone as a possible target of chemical toxicity of natural uranium in drinking water. Environ. Health Perspect. 113 (1), 68-72 (2005).
  16. Collin-Osdoby, P., Osdoby, P. RANKL-mediated osteoclast formation from murine RAW 264.7 cells. Methods Mol. Biol. 816, 187-202 (2012).
  17. Beranger, G. E., et al. Differential binding of poly(ADP-Ribose) polymerase-1 and JunD/Fra2 accounts for RANKL-induced Tcirg1 gene expression during osteoclastogenesis. J. Bone Miner. Res. 22 (7), 975-983 (2007).
  18. Mirto, H., et al. Influence of uranium(VI) speciation for the evaluation of in vitro uranium cytotoxicity on LLC-PK1 cells. Hum. Exp. Toxicol. 18 (3), 180-187 (1999).
  19. Carrière, M., et al. Influence of uranium speciation on normal rat kidney (NRK-52E) proximal cell cytotoxicity. Chem. Res. Toxicol. 17 (3), 446-452 (2004).
  20. Milgram, S., Carrière, M., Malaval, L., Gouget, B. Cellular accumulation and distribution of uranium and lead in osteoblastic cells as a function of their speciation. Toxicology. 252 (1-3), 26-32 (2008).
  21. Milgram, S., Carrière, M., Thiebault, C., Malaval, L., Gouget, B. Cytotoxic and phenotypic effects of uranium and lead on osteoblastic cells are highly dependent on metal speciation. Toxicology. 250 (1), 62-69 (2008).
  22. Studzinski, G. P. . Cell Growth, Differentiation and Senescence A Practical Approach. , (1999).
  23. Gritsaenko, T., et al. Natural uranium impairs the differentiation and the resorbing function of osteoclasts. Biochim Biophys Acta. 1861 (4), 715-726 (2017).
  24. Motiur Rahman, M., et al. Proliferation-coupled osteoclast differentiation by RANKL: Cell density as a determinant of osteoclast formation. Bone. 81, 392-399 (2015).

Play Video

Bu Makaleden Alıntı Yapın
Gritsaenko, T., Pierrefite-Carle, V., Creff, G., Vidaud, C., Carle, G., Santucci-Darmanin, S. Methods for Analyzing the Impacts of Natural Uranium on In Vitro Osteoclastogenesis. J. Vis. Exp. (131), e56499, doi:10.3791/56499 (2018).

View Video