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La microglía son las células inmunitarias innatas residentes dominantes en el cerebro y representan el 10-15% de las células en el cerebro adulto 1,2. Utilizan su repertorio de receptores para monitorizar dinámicamente el microambiente cerebral y regular la función cerebral normal para mantener la homeostasis cerebral. La microglía es muy sensible a los cambios en su microambiente y sufre cambios en la morfología celular, el inmunofenotipo y la función con condiciones patológicas o diversos estímulos. Los estados de activación microglial están influenciados por las demandas de energía celular requeridas para su función, como la fagocitosis, la producción de citocinas o la reparación de tejidos. Por lo tanto, el metabolismo energético celular juega un papel crucial en la regulación de los cambios en la función microglial4. La desregulación microglial conduce a una liberación excesiva de citocinas proinflamatorias (p. ej., IL-1β, TNF-α) y especies reactivas de oxígeno (ROS), predisponiendo al cerebro a la neuroinflamación 5,6. La desregulación microglial crónica y el entorno neuroinflamatorio resultante sientan las bases para la neurodegeneración7.
El cerebro representa solo el 2% del peso corporal, pero el 20% del consumo total de energía del cuerpo. Las mitocondrias son la principal fuente de energía en las células cerebrales y actúan como actores clave en la patogénesis de los trastornos cerebrales agudos ycrónicos. Estudios previos han establecido una fuerte correlación entre la activación microglial y la disfunción metabólica en la edadde 9 años y los trastornos relacionados con la edad, como la enfermedad de Alzheimer10,11, destacando el papel fundamental de las mitocondrias en la senescencia celular y la neurodegeneración. El deterioro de la función mitocondrial conduce a una disminución de la producción de energía, un aumento del estrés oxidativo y un aumento de la neuroinflamación durante el envejecimiento y las enfermedades relacionadas con la edad.
Si bien una amplia investigación ha dilucidado el papel de las mitocondrias en el metabolismo energético, el envejecimiento y los trastornos cerebrales, el papel de las modificaciones postraduccionales comunes, como la glicosilación, en la biología y la función mitocondrial sigue sin explorarse lo suficiente. La glicosilación, la adición enzimática de trozos de azúcar llamados glicanos a las proteínas por las enzimas de glicosilación, es la modificación postraduccional más común en la mayoría de las células cerebrales, incluida la microglía. Las microglías activadas modulan su función inmune bajo estímulos inflamatorios mediante la regulación de la expresión de glicanos intracelular o de la superficie celular12. Las respuestas proinflamatorias y antiinflamatorias exhibidas por la microglía después de la estimulación también están reguladas por los glicanos13. Las proteínas mitocondriales también tienen estas modificaciones de glicanos, que regulan su función y localización. Sin embargo, se carece de un análisis detallado de los patrones de glicosilación mitocondrial específicos de la célula en la microglía debido a los desafíos técnicos en la investigación de la glicosilación subcelular. A pesar de las funciones bien caracterizadas de la glicosilación en la modulación del fenotipo microglial, el papel de los glicanos en la modulación de la función mitocondrial y, posteriormente, el inmunofenotipo celular en la microglía sigue siendo poco conocido.
Los estudios limitados que investigan la glicosilación de proteínas mitocondriales se han centrado principalmente en la identificación de patrones de glicosilación basada en lectinas. Las lectinas son proteínas de unión a glicanos que se unen a fracciones biomoleculares de glicanos14,15, que carecen de la especificidad y la capacidad de proporcionar información detallada sobre la composición de glicanos. Las modalidades de espectrometría de masas ofrecen una identificación detallada de las composiciones de glicanos para superar los desafíos analíticos presentados por el análisis de lectinas. Una de estas modalidades, la ionización por electrospray de desorción láser asistida por matriz infrarroja (IR-MALDESI), emplea una estrategia de ionización híbrida, utilizando un láser de infrarrojo medio para excitar resonantemente el agua que se encuentra en los especímenes biológicos16 para dessorber las especies neutras y someterlas a una pluma de electrospray ortogonal, seguida de un análisis utilizando un espectrómetro de masas Orbitrap de alta resolución y precisión. IR-MALDESI se ha demostrado previamente para el análisis directo de metabolitos tisulares17, con claras ventajas de análisis rápido18, método de ionización suave y la predictibilidad del contenido de ácido siálico de los glicanos N-ligados en función de los patrones de distribución isotópica de los aductos de glicanos clorados19. Sin embargo, no se ha demostrado la adaptación de esta plataforma para el análisis directo de glicanos subcelulares.
Aquí, informamos sobre un protocolo de alto rendimiento para el aislamiento mitocondrial de células microgliales, el aislamiento de N-glicanos mitocondriales y la detección y análisis de N-glicanos mitocondriales mediante espectrometría de masas IR-MALDESI. Este protocolo será fundamental para descubrir nuevos conocimientos sobre el papel de la glicosilación en la función mitocondrial, lo que podría identificar nuevos objetivos terapéuticos para los trastornos neuroinflamatorios y neurodegenerativos.