El monofosfato cíclico de adenosina 3',5'-cíclico, AMPc, desempeña un papel central en la comunicación celular y la coordinación de diversos procesos fisiológicos. El AMPc actúa como un segundo mensajero, transmitiendo señales externas de hormonas, neurotransmisores u otras moléculas extracelulares para iniciar una cascadade eventos intracelulares. Además, el AMPc está estrechamente implicado en varias vías de señalización, incluidas las asociadas con los receptores acoplados a proteínas G (GPCR) y las adenilil ciclasas. Comprender el papel del AMPc en la señalización celular es fundamental para desentrañar los complejos mecanismos que subyacen a las funciones celulares normales y el desarrollo de posibles terapias para una amplia gamade afecciones médicas.
En el pasado, se han empleado varios métodos para medir el AMPc directa o indirectamente. Estos incluyeron el radiomarcaje de grupos celulares de ATP seguido de purificación en columna, HPLC, radioinmunoensayos e inmunoensayos ligados a enzimas 1,2. Estos ensayos heredados están limitados por el hecho de que son medidas de punto final, que requieren un gran número de muestras para construir respuestas dependientes del tiempo. Más recientemente, se desarrollaron sensores de transferencia de energía por resonancia fluorescente (FRET) para crear ensayos en células vivas, produciendo datos dinámicos en tiempo real y permitiendo que los sensores se dirijan a diferentes ubicaciones subcelulares3. FRET aprovecha dos fluoróforos, un donante fluorescente y un aceptor fluorescente que, cuando están muy cerca, el fluoróforo aceptor será excitado por la salida fluorescente del donante. Los dos fluoróforos más utilizados son la proteína fluorescente cian (CFP) y la proteína fluorescente amarilla (YFP), ya que tienen propiedades de excitación y emisión compatibles. Además de CFP e YFP, la utilización de la proteína fluorescente verde (GFP) y la proteína fluorescente roja (RFP) se usa comúnmente para los biosensores FRET. Los biosensores cAMP FRET funcionan teniendo un donante y un aceptor en los extremos opuestos de la proteína de unión a Epac2 cAMP. La unión de AMPc altera la confirmación de Epac y aumenta la distancia entre los fluoróforos donantes y aceptores 3,4. Este cambio conformacional se detecta por una pérdida de FRET, es decir, la excitación del fluoróforo aceptor por la energía transferida de las gotas de fluoróforo donantes3. Si bien es un proceso aparentemente simple, existen una gran cantidad de limitaciones y problemas con el biosensor FRET para la investigación de cAMP5. Una de ellas es la selección de proteínas fluorescentes, por ejemplo, GFP, que pueden dimerizarse de forma natural, reduciendo así la sensibilidad6. Los biosensores de AMPc basados en FRET se han dirigido a microdominios específicos7, pero puede haber limitaciones debido al gran tamaño de una construcción con dos fluoróforos6. Otra cuestión importante es la baja relación señal-ruido de las señales FRET resultante de la superposición entre la excitación y la emisión del fluoróforo, lo que da lugar a una alta frecuencia de muestreo y complica el análisis de los resultados 4,5.
Más recientemente, el novedoso biosensor (cAMP Difference Detector In Situ), cADDis, ha resuelto estas y otras limitaciones a la hora de estudiar la regulación de la señalización de cAMP8. Una mejora importante es la dependencia de un solo fluoróforo. Esto permite una señal rápida y eficiente con un rango dinámico más amplio y una alta relación señal-ruido. Como resultado, puede haber más precisión, ya que hay un alcance menos amplio de longitudes de onda para peinar8. Al igual que las sondas FRET, el biosensor se ha dirigido a ubicaciones subcelulares, lo que permite la investigación de la teoría de la compartimentación y la exploración en balsas y no balsas lipídicas, y otros dominios subcelulares9. Quizás lo más importante es la idoneidad de un solo biosensor de fluoróforo para el cribado de alto rendimiento, que ha mejorado la sensibilidad y la reproducibilidad en comparación con los biosensores basados en FRET. El biosensor está empaquetado en un vector BacMam para una fácil transducción de una amplia gama de tipos de células y un control preciso sobre la expresión de proteínas.
El control de la expresión a través del vector BacMam puede ser especialmente útil en ensayos que utilizan ortólogos GPCR de diferentes especies para facilitar la interpretación de los datos de los estudios con animales. Además, el control sobre la expresión del receptor es fundamental para medir los diferentes grados de eficacia del fármaco (por ejemplo, agonistas inversos y agonistas parciales), y los niveles bajos de expresión del receptor son útiles para imitar los niveles bajos que se encuentran en el tejido animal. BacMam es un vector de baculovirus que ha sido modificado para transducir células de mamíferos como cultivos celulares primarios y líneas HEK-29310. Los marcadores dominantes seleccionables permiten que BacMam proporcione más estabilidad sobre las infecciones plásmidas tradicionales11. Estos promotores selectivos permiten una entrega y expresión génica más eficientes. Además, la adición de tristolatina A (un inhibidor de la histona desacetilasa) aumenta los niveles de proteínas reporteras11. Los niveles de expresión pueden controlarse a través del título del virus BacMam utilizado y deben optimizarse para cada tipo de célula. En el caso de este biosensor, una proteína fluorescente roja o verde se une a la Epac en los extremos N y C. Cuando el AMPc se une, un cambio conformacional en el biosensor mueve los aminoácidos adyacentes a la proteína fluorescente. Tal cambio mueve la absorbancia del estado aniónico al estado neutro a 400 nm, disminuyendo así la fluorescencia.
Existen entre 90 y 120 GPCRs expresados en una sola célula que responden a una amplia variedad de señales neurohumorales12. Por lo tanto, se puede plantear la hipótesis de que al menos varias docenas de GPCR por célula pueden estimular o inhibir el AMPc a través del acoplamiento Gs o Gi, respectivamente. Si bien ha habido avances en el monitoreo de este segundo mensajero en tiempo real, como FRET, se necesitan métodos más eficientes. Aquí se presenta la metodología para monitorear la síntesis y degradación de señales de cAMP utilizando cADDis en tiempo real. El cambio en la fluorescencia se puede monitorear en tiempo real utilizando un lector de placas de fluorescencia para ensayos de alto rendimiento o usando un microscopio fluorescente para ensayos de una sola célula. Estos métodos son útiles para una amplia gama de cuestiones biológicas relacionadas con la señalización de GPCR a través de cAMP.