Visualisierung von Lipiden und Verfolgung ihres Stoffwechsels
Um die vielfältigen Rollen zu verstehen, die Lipide in der Zellbiologie spielen, benötigen Forscher Methoden, mit denen sich ihre Lokalisierung und ihr Verhalten innerhalb der Zellen aufzeigen lassen. Im Gegensatz zu Proteinen werden Lipide jedoch nicht genetisch kodiert, sondern über Stoffwechselwege gebildet, sodass sie sich nicht ohne Weiteres mithilfe von fluoreszierenden Proteinmarkern wie dem grün fluoreszierenden Protein (GFP) nachverfolgen lassen (1). Ihr dynamischer Stoffwechsel und ihre Bewegung zwischen den Zellkompartimenten stellen weitere Herausforderungen für ihre Verfolgung im Zeitverlauf dar. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, nutzen Forscher spezielle fluoreszierende Werkzeuge, mit denen sich lipidreiche Strukturen sichtbar machen oder der Lipidstoffwechsel nachweisen lässt.
Lipidtröpfchen
Ein Ansatz zur Visualisierung intrazellulärer Lipide besteht darin, Lipidtröpfchen anzufärben. Diese dynamischen Organellen speichern neutrale Lipide und dienen als Reserven für die Energieproduktion und die Membransynthese, während sie gleichzeitig dazu beitragen, die Verfügbarkeit und den Stoffwechsel von Lipiden zu regulieren (2). Insbesondere können Veränderungen in der Häufigkeit und Verteilung von Lipidtröpfchen Einblicke in einen veränderten Lipidstoffwechsel in Bereichen wie Stoffwechselerkrankungen, Atherosklerose und anderen zellulären Stresszuständen liefern.
Bei der Untersuchung von Lipidtröpfchen verwenden Forscher üblicherweise Fluoreszenzfarbstoffe, die sich in lipidreichen Strukturen anreichern und so die Lipidtröpfchen unter dem Fluoreszenzmikroskop sichtbar machen.
LipiDye™ IIvon Funakoshi ist ein hochspezifischer Fluoreszenzfarbstoff für die Bildgebung von Lipidtröpfchen in lebenden Zellen. Seine geringe Zytotoxizität und hohe Photostabilität ermöglichen eine Langzeitbildgebung, einschließlich Untersuchungen zur Dynamik von Lipidtröpfchen und zu kleinen Tröpfchen[OS1].
Abbildung 1. Langzeit-Live-Zell-Bildgebung der Bildung von Lipidtröpfchen während der Adipozyten-Differenzierung unter Verwendung von LipiDye™ II. Bild: Funakoshi Co., Ltd.
Fettsäureaufnahme und -oxidation
Die Visualisierung der Lipidlokalisierung liefert wichtige räumliche Informationen, doch zum Verständnis der Lipidbiologie ist auch ein Einblick in die Art und Weise erforderlich, wie Lipide in Zellen aufgenommen, transportiert und verstoffwechselt werden.
Eine Methode besteht darin, die Fettsäureaufnahme und -verarbeitung in den Zellen zu verfolgen, wodurch sich aufdecken lässt, wie Zellen unter verschiedenen Bedingungen Fettsäuren aufnehmen, verteilen und verwerten. LipiDye™-M von Funakoshi ist ein fluoreszierender Fettsäure-Tracer, der von Zellen aufgenommen und in verschiedene Lipidarten eingebaut wird. Seine Fluoreszenz ändert sich je nach Umgebung, sodass Forscher den intrazellulären Fettsäurestoffwechsel und die Lokalisierung mithilfe der Mehrfarben-Bildgebung verfolgen können.
Forscher können zudem die Fettsäureoxidation überwachen, bei der Fettsäuren durch β-Oxidation (FAO) abgebaut werden, um die zelluläre Energieproduktion zu unterstützen. Dies liefert Einblicke darin, wie Zellen Fettsäuren als Energiequelle nutzen (3). FAOBlue™ von Funakoshi nutzt blaue Fluoreszenz zur Messung der FAO-Aktivität und ermöglicht es Forschern, die FAO zwischen verschiedenen Zelltypen zu vergleichen und Verbindungen zu bewerten, die die Fettsäureoxidation fördern oder hemmen.
Messung von Lipidsignalwegen und -wechselwirkungen
Lipide spielen durch Wechselwirkungen mit Proteinen und anderen zellulären Komponenten auch eine wichtige Rolle bei der Zellsignalisierung. Daher untersuchen Forscher nicht nur, wo sich Lipide befinden, sondern auch, wie sie zu Signalwegen beitragen. Um die Lipidsignalisierung und -wechselwirkungen zu erforschen, wenden Forscher verschiedene Ansätze an. Einige messen die Konzentration der an der Signalübertragung beteiligten Membranlipide, während andere untersuchen, an welche Lipide bestimmte Proteine binden.
Eine wichtige Gruppe von Signal-Lipiden sind die Phosphoinositide (PIPs), die hauptsächlich auf der Innenseite von Zellmembranen vorkommen. Sie dienen als Bindungsstellen für Proteine und tragen so zur Organisation und Aktivierung von Signalwegen bei (4). Das PIP3-Mass-ELISA-Kit von Echelon Biosciences bietet eine einfache Möglichkeit, aus Zellproben extrahiertes PIP3 mittels eines kompetitiven ELISA zu quantifizieren. Dies ermöglicht es Forschern, die PIP3-Konzentrationen unter verschiedenen Versuchsbedingungen in einem vertrauten, plattenbasierten Format zu vergleichen.
Über die Messung der Lipidkonzentration hinaus können Forscher auch untersuchen, an welche Lipide bestimmte Proteine binden. Die PIP Strips™ von Echelon Biosciences bieten ein einfaches membranbasiertes Screening-Verfahren mit acht Phosphoinositiden und sieben weiteren biologisch relevanten Lipiden, mit dem Forscher die Lipidbindungsspezifität von Proteinen von Interesse bewerten können[OS1]
