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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
La síntesis de proteínas es un proceso biológico crítico para las células. En el cerebro, es necesario para los cambios adaptativos. La medición de las tasas de síntesis de proteínas en el cerebro intacto requiere consideraciones metodológicas cuidadosas. Aquí presentamos el método autoradiográfico cuantitativo L-[1-14C]-leucina para la determinación de las tasas regionales de síntesis de proteínas cerebrales in vivo.
La síntesis de proteínas es necesaria para el desarrollo y mantenimiento de la función neuronal y participa en cambios adaptativos en el sistema nervioso. Por otra parte, se cree que la desregulación de la síntesis de proteínas en el sistema nervioso puede ser un fenotipo principal en algunos trastornos del desarrollo. La medición precisa de las tasas de síntesis de proteínas cerebrales en modelos animales es importante para comprender estos trastornos. El método que hemos desarrollado fue diseñado para ser aplicado al estudio de los animales despiertos y comportándose. Es un método autoradiográfico cuantitativo, por lo que puede producir tasas en todas las regiones del cerebro simultáneamente. El método se basa en el uso de un aminoácido trazador, L-[1-14C]-leucina, y un modelo cinético del comportamiento de la L-leucina en el cerebro. Elegimos L-[1-14C]-leucina como el trazador porque no conduce a productos metabólicos etiquetados ajenos. Se incorpora a la proteína o se metaboliza rápidamente para producir 14CO2 que se diluye en un gran grupo de CO2 sin etiquetar en el cerebro. El método y el modelo también permiten la contribución de leucina sin etiquetar derivada de la proteólisis tisular a la piscina precursora de tejido para la síntesis de proteínas. El método tiene la resolución espacial para determinar las tasas de síntesis de proteínas en las capas celulares y neuropil, así como los núcleos nerviosos hipotalámicos y craneales. Para obtener datos cuantitativos fiables y reproducibles, es importante seguir los detalles de procedimiento. Aquí presentamos los procedimientos detallados del método cuantitativo autoradiográfico L-[1-14C]-leucina para la determinación de las tasas regionales de síntesis de proteínas in vivo.
La síntesis de proteínas es un proceso biológico importante necesario para el cambio adaptativo a largo plazo en el sistema nervioso1. La inhibición de la síntesis de proteínas bloquea el almacenamiento de memoria a largo plazo tanto en invertebrados comoenvertebrados 2. La síntesis de proteínas es esencial para el mantenimiento de las fases finales de algunas formas de potenciación a largo plazo (LTP) y depresión a largo plazo (LTD)3, supervivencia neuronal durante el desarrollo4, y para el mantenimiento general de la neurona y su conexiones sinápticas5. La medición de las tasas de síntesis de proteínas cerebrales puede ser una herramienta importante con la que estudiar los cambios adaptativos, así como los trastornos y trastornos del neurodesarrollo relacionados con el aprendizaje y la memoria.
Hemos desarrollado un método para cuantificar las tasas de síntesis de proteínas cerebrales in vivo en un animaldespierto que ofrece ventajas inherentes sobre otras técnicas que estiman las tasas en preparaciones ex vivo o in vitro del tejido cerebral 6. Lo más importante es la aplicabilidad a las mediciones en el cerebro intacto en un animal despierto. Esta es una consideración clave porque permite mediciones con estructura sináptica y función en su lugar y sin preocupaciones sobre los efectos post mortem. Además, el enfoque autoradiográfico cuantitativo que empleamos logra un alto grado de localización espacial. Mientras que la energía de 14C es tal que no podemos localizar el trazador a nivel subcelular o celular, podemos medir las tasas en capas celulares y pequeñas regiones cerebrales como núcleos hipotalámicos, con aproximadamente una resolución de 25 m7.
Uno de los desafíos de las mediciones in vivo con radiosondas es garantizar que la radioetiqueta medida esté en el producto de la reacción de interés en lugar de precursores etiquetados no reaccionados u otros productos metabólicos etiquetados extraños6. Elegimos L-[1-14C]-leucina como el aminoácido trazador porque se incorpora a la proteína o se metaboliza rápidamente a 14CO2, que se diluye en la gran piscina de CO2 sin etiquetar en el cerebro resultante de la alta tasa de metabolismo energético8. Por otra parte, cualquier 14C no incorporado en la proteína existe principalmente como libre [14C]-leucina, que durante el período experimental de 60 minutos, se elimina casi en su totalidad del tejido6. Las proteínas se fijan a tejido con formalina y posteriormente se enjuagan con agua para eliminar cualquier libre [14C]-leucina antes de la autoradiografía.
Otra consideración importante es la cuestión de la dilución de la actividad específica de la piscina de aminoácidos precursores por aminoácidos sin etiquetar derivados de la proteólisis tisular. Hemos demostrado que en ratas y ratones adultos, alrededor del 40% de la piscina de leucina precursora para la síntesis de proteínas en el cerebro proviene de aminoácidos derivados de la descomposición de proteínas6. Esto debe incluirse en el cálculo de las tasas regionales de síntesis de proteínas cerebrales (rCPS) y debe confirmarse en estudios en los que esta relación puede cambiar. La base teórica y los supuestos del método sehan presentado en detalle en otros lugares 6. En este documento, nos centramos en las cuestiones de procedimiento de la aplicación de esta metodología.
Este método se ha empleado para la determinación de rCPS en ardillas molidas9, ovejas10, monos rhesus11, ratas12,13,14,15,16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21, un modelo de ratón de Complejo de Esclerosis Tuberosa22,un modelo de ratón de síndrome X frágil23,24,25,26, frágil esratones de premutación X27,y un ratón modelo de fenilcetonuria28. En este manuscrito, presentamos los procedimientos para la medición de rCPS con el método autoradiográfico in vivo L-[1-14C]-leucina. Presentamos rCPS en las regiones cerebrales de un ratón de control despierto. También demostramos que la administración in vivo de anisomicina, un inhibidor de la traducción, abolió la síntesis de proteínas en el cerebro.
Nota: Todos los procedimientos de los animales fueron aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales del Instituto Nacional de Salud Mental y se realizaron de acuerdo con las Directrices de los Institutos Nacionales de Salud sobre el Cuidado y Uso de Animales.
En la Figura 1se presenta una descripción general del protocolo.
1. Implante quirúrgico catéteres en una vena femoral y arteria para la administración del marcador y la recolección de muestras de sangre arterial cronometradas, respectivamente. Cirugía completa al menos 22 h antes de la administración del trazador. La cirugía requiere aproximadamente 1 h para completarse.
2. Preparar l-[1-14C]solución inyectable de leucina y 16% (p/v) solución de ácido 5-sulfosalicílico (SSA) dihidrato para desproteinizar muestras plasmáticas. En la solución SSA, también incluyen 0,04 mM de norleucina y 1 Ci/mL [H3]leucina como estándares internos para el análisis de aminoácidos y el análisis de la concentración de trazador en las fracciones plasmáticas solubles en ácido, respectivamente. Conservar la SSA hasta dos meses a 4oC.
3. Administrar L-[1-14C]leucina por vía intravenosa y recoger muestras de sangre arterial.
4. Analizar las concentraciones de leucina y L-[1-14C]leucina en muestras plasmáticas.
5. Realice una autoradiografía cuantitativa.
6. Analizar imágenes.
Nota: Se recomienda un programa disponible comercialmente para el análisis de imágenes junto con una cámara CCD y una caja de luz fluorescente con iluminación uniforme. Las densidades ópticas relativas en la película iluminada son detectadas por la cámara CCD.
7. Cálculo de rCPS. Calcular rCPS en cada ROI mediante la siguiente ecuación:

Cuando P*(T) es la concentración media ponderada de tejido de 14C en el ROI, Cp(t) y C*p(t) son las concentraciones plasmáticas arteriales de leucina sin etiquetar y etiquetadas en el momento, t, T es el momento en que el animal murió ( alrededor de 60 min), y es la fracción de leucina en la piscina precursora de tejido que proviene del plasma. La evaluación de la palabra se lleva a cabo en un experimento separado 6. Se ha evaluado en ratones WT, Fmr1 knockout, Tsc+/-y PKU 6,22,25,28. Si un experimento implica cambios genéticos o farmacológicos que podrían afectar a las tasas de síntesis de proteínas, degradación o metabolismo de la leucina, se debe evaluar en las nuevas condiciones.
Aquí mostramos un experimento representativo que demuestra los efectos de la administración previa de un inhibidor de la síntesis de proteínas en el rCPS. La anisomicina en salina normal se administró a un ratón macho adulto de tipo salvaje C57/BL6 por vía subcutánea (100 mg/kg) 30 minutos antes del inicio de la determinación de rCPS. Los efectos del tratamiento con anisomicina en comparación con un animal de control tratado con vehículo muestran que el rCPS es casi indetectable en el ratón tratado con anisomicina (Figura4). Estos datos representan una validación que el método autoradiográfico in vivo L-[1-14C]-leucina mide las tasas de síntesis de proteínas en el cerebro.
Presentamos una cifra de autoradiogramas L-[1-14C]-leucina en cuatro niveles del cerebro para demostrar la resolución del método (Figura5). Se ilustran las capas celulares en la bombilla olfativa (Figura5A y B), el hipocampo (Figura5C)y el cerebelo (Figura5G). Los núcleos en el hipotálamo (Figura5D),los pons (Figura5E y F)y el tallo cerebral (Figura5H)también se ven claramente en los autoradiogramas. También mostramos las tasas regionales cuantitativas de síntesis de proteínas en la corteza frontal (5,88 nmol/g/min) (Figura6A)y el hipocampo dorsal (5,35 nmol/g/min) (Figura6B)de un animal de control típico.

Figura 1: Esquema que representa los pasos de todo el protocolo rCPS. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Imagen de la arteria femoral expuesta y la vena femoral. Paralelamente unas a otras, la arteria femoral se muestra por encima de la vena femoral. La vena femoral también tiene un color rojo más profundo que la arteria femoral. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Imagen de la configuración recomendada de la carcasa animal para el experimento rCPS. Utiliza un recinto animal cilíndrico claro con apéndice giratorio conectado a una atela de resorte. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Imágenes representativas de un animal tratado con vehículo (A) en comparación con un animal tratado con anisomicina (100 mg/kg, por vía subcutánea) 30 minutos antes de la administración del trazador (B). Las tasas de síntesis de proteínas son proporcionales al nivel de oscuridad en la imagen. La anisomicina reduce drásticamente las tasas medidas de síntesis de proteínas que indican la especificidad de este método. La barra de escala en la parte superior derecha de A representa 1 mm y se aplica a ambas imágenes. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Autoradiogramas digitalizados de un ratón de movimiento despierto a nivel de la bombilla olfativa (A, B), hipotálamo (C, D), pons (E, F), cerebelo (G) y tallo cerebral (G, H). Las regiones más oscuras tienen un rCPS más alto. La barra de escala del panel G se aplica a los paneles A, C, E y G. Autoradiogramas de la derecha (B, D, F y H) son imágenes ampliadas de las áreas designadas en las imágenes de la izquierda y la barra de escala del panel H se aplica a los paneles B , D, F y H. Las abreviaturas son las siguientes: FrA, corteza de asociación frontal; OB, bombilla olfativa; AO, núcleo olfativo anterior; Gl, capa glomerular; EPl, capa plexiforme externa; BLA, amígdala basolateral; py, capa celular piramidal; dHi, hipocampo dorsal; DG, dentado gyrus; MHb, habenula medial; Rt, núcleo reticular talámico; VMH, núcleo hipotalámico medial ventral; Arco, núcleo arcuado; EW, núcleo Edinger-Westphal; R, núcleo rojo; PN, núcleo pontino; ML, capa molecular; GL, capa granular; Pc, Capa celular de Purkinje; Cu, núcleo cuneate; AP, área postrema; 10, núcleo motor dorsal del vago; 12, núcleo hipoglossal. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Autoradiogramas digitalizados de un ratón de control de movimiento despierto a nivel de la corteza frontal (A) y del hipocampo dorsal (B). Las tasas de síntesis de proteínas cerebrales se codifican por color en las imágenes de acuerdo con la barra de color que se muestra a la derecha. La barra de escala en la parte inferior izquierda de A representa 1 mm y se aplica a ambas imágenes. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar.
La síntesis de proteínas es un proceso biológico crítico para las células. En el cerebro, es necesario para los cambios adaptativos. La medición de las tasas de síntesis de proteínas en el cerebro intacto requiere consideraciones metodológicas cuidadosas. Aquí presentamos el método autoradiográfico cuantitativo L-[1-14C]-leucina para la determinación de las tasas regionales de síntesis de proteínas cerebrales in vivo.
Los autores quieren reconocer a Zengyan Xia por el genotipado de los ratones, Tom Burlin para el procesamiento de aminoácidos y películas, y Mei Qin por realizar algunos de los experimentos de rCPS. Esta investigación fue apoyada por el Programa de Investigación Intramuros del NIMH, ZIA MH00889. RMS también fue apoyado por una beca postdoctoral Autism Speaks 8679 y una beca postdoctoral FRAXA.
| Ratones | The Jackson Laboratory | 003024 | Fmr1 knockout parejas reproductoras |
| Anisomycin | Tocris Bioscience | 1290 | |
| Tubos de microhematocrito | Drummond Scientific | 1-000-3200-H | Tubos capilares |
| Critoseal Sellador de tubos capilares | Leica Microsystems | Masilla selladora | de39215003 |
| Vial de vidrio insertos | Agilent | 5183-2089 | utilizados para recoger muestras de sangre |
| Digi-Med Analizador de presión arterial | Micro-Med Inc. | Analizador de presión arterial | BPA-400 |
| Bayer Breeze 2 Sistema de monitoreo de glucosa en sangre | Bayer Breeze | 9570A medidor de | glucosa |
| Jeringa hermética | al gas Hamilton Co. | 1710 | jeringa de vidrio para tuberculina |
| HeatMax Calentadores de manos HotHands-2 | Almohadillas térmicas | HeatMax | modelo HH2 |
| Heparin Lock Flush Solution | Fresenius Kabi USA, LLC | 504505 | solución salina de heparina |
| Contenedor transparente para animales | Instech | MTANK/W | Recinto para animales |
| Correa de resorte | Instech | PS62 | Accesorio para tubo/roedor para catéteres |
| Ganchos giratorios | Instech | 375/25 | para correa de resorte |
| Brazo giratorio y montaje | Ganchos Instech | SMCLA | para eslabón giratorio y recinto de animales |
| El botón de correa | Instech | VAB62BS/22 | se fija a la parte inferior de la correa de resorte |
| Tubo de acero inoxidable | Fabricado internamente | N/A | utilizado para serpentear catéteres a través del ratón |
| Matrx VIP 3000 | Matrx | 91305430 vaporizador de | isoflurano |
| Isoflurano | Stoelting Co. | 50207 | Adsorbente de isoflurano/halotano |
| Cortapelas | Oster Finisher | Modelo 59 | |
| Ganchos quirúrgicos para la piel | De fabricación propia (??) | N/A (??) | |
| Cloruro de sodio al 0,9% solución salina | APP Pharmaceuticals LLC | 918610 | |
| Pinzas | Fine Science Tools | 11274-20 | |
| Tijeras quirúrgicas | Fine Science Tools | 14058-11 | |
| Microtijeras | Fine Science Tools | 15000-00 | |
| UNIFY suturas quirúrgicas de seda | AD Surgical | #S-S618R13 | 6-0 USP, tubo de |
| polietileno PE-8 | no absorbibleSAI Infusion Technologies | Jeringa PE-8-25 | |
| Becton Dickinson and Co. | 309659 | Tubo de polietileno PE-10 de1 cc/mL | |
| Clay Adams | 427400 | ||
| MCID Analysis | Imaging Research Inc. | Versión 7.0 | análisis de densidad óptica |
| Portaobjetos recubiertos de gelatina (75x25mm) | FD Neurotechnologies | PO101 | |
| Cryostat | Leica | CM1850 | |
| Super RX-N película de rayos X médica | Fuji | 47410-19291 | |
| Hypercassettes (8x10 in) | Amersham Pharmacia Biotech | 11649 | |
| [1-14C]leucina | Tubo de microcentrífugaMoravek | MC404E | |
| Sarstedt Aktiengesellschaft & Co. | 72.692.005 | utilizado para desproteinizar muestras de sangre | |
| Pipeta pasteur | de vidrio Wheaton | 357335 | |
| Lana de vidrio | Sigma-Aldrich | 18421 | Centro de suministro de |
| nitrógeno | de los NIH | 6830009737285 | |
| Fluido de centelleo | CytoScint | 882453 | |
| Contador de centelleo líquido | Packard Tri-Carb | 2250CA | |
| Analizador de aminoácidos | Pickering Laboratories | Pinnacle PCX | |
| Unidad de HPLC | Agilent Technologies | 1260 Infinity | include 1260 Bio-Inert Pump |
| Microscopio quirúrgico | Wild Heerbrugg | M650 | |
| Ácido sulfosalicílico | Sigma-Aldrich | MKBS1634V | Ácido 5-sulfosalicílico dihidratado |
| Norleucina | Sigma | N8513 | |
| 1.0 N HCl | Sigma-Aldrich | H9892 | |
| [H3]leucina | Moraevk | MC672 | |
| Falcon tube | Thermo Scientific | 339652 | 50 mL tubos de centrífuga cónicos |
| Cronómetro | Heuer Microsplit | Modelo 1000 | 1/100 min |
| Solución de eutanasia | Vet One | H6438 | |
| Iluminador de precisión de luz del norte | Imaging Research Inc. | Modelo B95 | caja de luz fluorescente |
| Micro-NIKKOR 55mm f/2.8 | Nikon | 1442 | Cámara CDD |