Insulina es producida por las células beta del islote pancreático y es un regulador clave del metabolismo de glucosa1. Muerte o disfunción de las células beta perturba la homeostasis de la glucosa y conduce a la diabetes2. Insulina está lleno de gránulos de núcleo denso que se liberan en un Ca2 +-dependiente de la forma3. Dilucidar cómo se regulación la exocitosis de gránulos de insulina es esencial para comprender plenamente lo que determina la secreción de insulina y abre nuevas vías para la identificación de nuevas dianas terapéuticas para el tratamiento de la diabetes.
Exocitosis de insulina ha sido extensamente estudiada con métodos electrofisiológicos, como mediciones de capacitancia de la membrana y los enfoques microscópicos en combinación con moléculas fluorescentes. Mediciones de capacitancia de membrana tienen buena resolución temporal y permitan grabaciones unicelular. Sin embargo, cambios en la capacidad de reflejar el cambio neto de la superficie de la célula y capturar eventos de fusión individuales ni distinguir fusión de gránulos de insulina de otras vesículas secretoras de insulina no3. Enfoques microscópicos, tales como microscopía de fluorescencia (TIRF) de reflexión interna total o de dos fotones en combinación con sondas fluorescentes y vesícula carga proteínas, proporcionan detalles adicionales. Estas técnicas de capturan eventos exocitóticas simples y también las etapas pre- y post-exocitóticas y pueden ser utilizadas para estudiar los patrones exocitóticas en poblaciones de células3.
Reporteros fluorescentes pueden ser de tres tipos: 1) extracelular, 2) citoplasmática o 3) vesicular. 1) periodistas extracelulares son trazadores polar (por ejemplo, dextranos, sulforodamina B (SRB), lucifer amarillo, pyranine) que pueden ser introducidos a través del medio extracelular4. El uso de trazadores polar permite la investigación de la fusión del poro en una población de células y captura varias estructuras intercelulares como los vasos sanguíneos. Sin embargo, no informan sobre el comportamiento de carga de vesícula. 2) citoplasmáticas reporteros son sondas fluorescentes acopladas a las proteínas asociadas a membrana que cara el citoplasma y están involucradas en la exocitosis y acoplamiento. Ejemplos incluyen a los miembros de la soluble N- etilmaleimida sensible factor accesorio receptor (trampa) familia de proteínas que se han utilizado con éxito en Neurociencia para el estudio de la liberación de neurotransmisor5. Estas proteínas tienen múltiples socios de enlace y no son insulina-gránulo específico. 3) vesiculares reporteros son sondas fluorescentes fusionadas a proteínas de carga vesicular que permiten la investigación del comportamiento de la carga específica de vesícula. Las proteínas de carga específica de gránulos de insulina incluyen insulina, péptido c, polipéptido amiloideo del islote y NPY entre otros6,7. NPY sólo está presente en que contiene gránulos de insulina y se lanza conjuntamente con la insulina, lo que es un excelente socio para un reportero fluorescente8.
La fusión de diferentes proteínas fluorescentes a NPY ha sido empleada anteriormente para estudiar diversos aspectos de la exocitosis en las células neuroendocrinas, como el requisito del específico synaptotagmin isoformas9,10 y cómo curso del tiempo de lanzamiento depende en el citoesqueleto de actina y miosina II11,12. En este estudio, hemos elegido pHluorin como el reportero fluorescente, que es un GFP modificado que no fluorescente en el pH ácido dentro de núcleo denso gránulos pero se convierte en brillante fluorescente a la exposición al pH extracelular neutro13. Gránulos de insulina madura tienen un pH ácido por debajo de 5.5. Una vez que el gránulo se fusiona con la membrana plasmática y se abre, su carga está expuesta al neutral pH extracelular de 7.4, permitiendo el uso de la pHluorin de proteínas sensibles al pH como un reportero de7,14.
Debido a la naturaleza sensible de pH de pHluorin y la expresión selectiva de NPY en gránulos de insulina, puede utilizarse el concepto de fusión de NPY-pHluorin para el estudio de diversas propiedades de la exocitosis de gránulos de insulina. Viral la fusión construcción garantiza la eficacia de transfección alta y trabaja en primaria de las células beta o líneas celulares, así como en islotes aislados. Este método también puede utilizarse como una guía para el estudio de exocitosis en cualquier otro tipo de célula con las vesículas que contienen NPY. También se puede combinar con cualquier modelo de ratón transgénico para estudiar efectos de determinadas condiciones (caídas, sobreexpresión, etc.) en la exocitosis. Esta técnica se ha utilizado anteriormente para caracterizar patrones espaciales y temporales de la secreción de gránulos de insulina en poblaciones de células beta en islotes humanos15.