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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Este protocolo detalla la separación del epitelio del cristalino ocular del ratón y la masa a granel de las células de fibra, seguida del aislamiento de ARN y el análisis de qPCR. Este método permite separar los compartimentos de las células del cristalino para un análisis más detallado del transcriptoma y los procesos biológicos en las células epiteliales frente a las células de fibra diferenciadas.
El cristalino es un tejido transparente especializado en la cámara anterior del ojo que se compone de dos tipos principales de células, células epiteliales y células de fibra. Una monocapa de células epiteliales del cristalino cubre el hemisferio anterior del cristalino, mientras que la mayor parte del cristalino está compuesto por una masa de células de fibra del cristalino. Una membrana basal de colágeno, conocida como cápsula, rodea y encapsula todo el tejido. Las células epiteliales del cristalino están fuertemente adheridas a la cápsula del cristalino y se pueden separar fácilmente de la masa de fibra a granel despegando la cápsula del tejido. Las dificultades para obtener una concentración suficiente de ARN a partir del bajo número de células epiteliales en la monocapa del cristalino han impedido previamente el estudio de los transcriptomas de células epiteliales frente a las células de fibra. Este protocolo presenta un método para separar y aislar limpiamente los compartimentos de células epiteliales y de fibra y los pasos de concentración de ARN para permitir experimentos transcriptómicos posteriores en muestras de células epiteliales de un solo par de lentes de ratón. La capacidad de investigar los principales tipos de células del cristalino individualmente ayuda a investigar los mecanismos biológicos del mantenimiento y la desregulación del cristalino, lo que permite la caracterización de alteraciones específicas del tipo de célula responsables de las patologías del cristalino relacionadas con la edad.
El cristalino ocular es un órgano transparente que enfoca finamente la luz en la retina para producir una imagen clara. El cristalino se compone de dos tipos principales de células: una monocapa de células epiteliales que cubren el hemisferio anterior y células de fibra que forman la masa a granel del tejido (Figura 1). El cristalino está envuelto por una membrana basal de colágeno conocida como cápsula del cristalino, a la que las células epiteliales están fuertemente adheridas. A medida que el cristalino crece, las células epiteliales en el ecuador proliferan y se diferencian en capas nacientes de células de fibra que se colocan en capas sobre el cristalinode manera concéntrica 1,2,3. El crecimiento del cristalino a lo largo de toda la vida depende de la proliferación continua de esta pequeña población de células epiteliales ecuatoriales que conforman la zona germinativa4. A medida que las células de fibra maduran, todos los orgánulos celulares se degradan para eliminar los objetos que dispersan la luz 5,6,7,8,9,10,11 y mantener la transparencia del tejido, y las células de fibra más internas finalmente se compactan, lo que da como resultado un centro de lente rígido 9,12. Debido a la cápsula del cristalino circundante, no hay renovación celular en el cristalino y las fibras seminales permanecen en el centro del cristalino durante toda la vida a medida que se agregan nuevas fibras en la periferia del tejido o la corteza. Las células de fibra del cristalino tienen diferentes propiedades ópticas dependiendo de su edad y pueden proporcionar una instantánea temporal de las diferentes características biológicas en cada etapa dada13.
A pesar de las opciones quirúrgicas disponibles, las cataratas, definidas como cualquier opacidad en el cristalino normalmente transparente, siguen siendo la principal causa de ceguera en el mundo14. Las cataratas pueden manifestarse en el epitelio, la corteza o el núcleo del cristalino con diferentes fisiopatologías15. Sin embargo, los mecanismos celulares y moleculares de la formación de cataratas siguen sin estar claros16,17. Para comprender mejor cómo prevenir estos diferentes tipos de cataratas y desarrollar alternativas a la cirugía, debemos comprender mejor cómo estos diferentes tipos de células mantienen su homeostasis en el cristalino.
Las células epiteliales y de fibra desempeñan diferentes funciones fisiológicas en el cristalino. La proliferación celular, por ejemplo, está restringida al epitelio del cristalino18. Mientras tanto, las fibras de la lente comprenden la masa a granel de la lente, proporcionando estructura y propiedades refractivas a la lente9. Para obtener una perspectiva más matizada de los procesos biológicos involucrados en los diferentes compartimentos del cristalino, las células epiteliales y de fibra deben investigarse por separado. Aquí, presentamos un método para aislar el epitelio de la masa a granel de la célula de fibra, extraer ARNm de cada fracción y analizar estas transcripciones utilizando la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa con transcripción inversa (RT-qPCR).

Figura 1: Diagrama de anatomía de la lente. El cristalino está compuesto por dos tipos de células, una monocapa de células epiteliales (azul y naranja) que cubre el hemisferio anterior y una masa a granel de fibras del cristalino (blanca). El tejido está rodeado por una fina membrana de colágeno, conocida como cápsula del cristalino (bronceado). Las células epiteliales anteriores (azul) están inactivas, mientras que las células epiteliales ecuatoriales (naranja) proliferan, se diferencian y se alargan para convertirse en nuevas capas de células de fibra (blancas) en la periferia del cristalino. Las nuevas generaciones de células de fibra se superponen a las generaciones anteriores de fibras en capas concéntricas. Las células de fibra del cristalino más antiguas se compactan en el centro del tejido. Esta cifra ha sido modificada de Cheng (2024)38. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Todos los experimentos con animales se llevaron a cabo de acuerdo con la "Guía para el cuidado y uso de animales de laboratorio" de los Institutos Nacionales de Salud y un protocolo aprobado por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de la Universidad de Indiana.
1. Área de trabajo, equipo y preparación de reactivos
2. Disección de lentes de ratón
3. Aislamiento de ARN
NOTA: En la Figura 2 se muestra un flujo de trabajo resumido para el aislamiento de ARN.
4. Medición de la concentración de ARN mediante un espectrofotómetro UV-Vis
5. Transcripción inversa
| Paso | Temperatura (°C) | Tiempo (min) | Ciclos |
| Recocido | 25 | 10 | 1 |
| Transcripción inversa | 50 | 10 | 1 |
| Inactivación enzimática | 85 | 5 | 1 |
| Sostener | 4 | ∞ | 1 |
Tabla 1: Condiciones del termociclador para la transcripción inversa. Estas condiciones están en sintonía con una transcriptasa inversa específica, altamente procesiva y termoestable. Las condiciones de funcionamiento pueden variar según la enzima y el kit utilizado.
6. PCR cuantitativa en tiempo real
| Paso | Temperatura (°C) | Tiempo (s) | Ciclos |
| Inactivación de uracilo-N-glicosilasa (UNG) | 50 | 120 | 1 |
| Desnaturalización | 95 | 120 | 1 |
| Desnaturalización | 95 | 1 | 45 |
| Recocido | 60 | 20 | |
| Sostener | 4 | ∞ | 1 |
Tabla 2: Condiciones del termociclador para la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa. Estas condiciones están en sintonía con una serie específica de ensayos comerciales de expresión génica. Se utilizan parámetros predeterminados, con la excepción de aumentar los ciclos de amplificación de 40 a 45.
7. Ejemplo de cálculo de volumen para qPCR
NOTA: Un código fuente R para una calculadora de volumen para las ecuaciones descritas a continuación está disponible en el Archivo complementario 1. Esta calculadora es para las sondas Taqman y la mezcla maestra enumeradas en la Tabla de materiales.




















Archivo complementario 1: Un código fuente R para una calculadora de volumen. Haga clic aquí para descargar este archivo.
El epitelio y las fibras del cristalino se aislaron de ratones de tipo salvaje de 6 a 7 semanas de edad. Se utilizaron tres ratones para estos experimentos, y se agruparon 2 cápsulas de lentes o 2 masas de células de fibra de cada ratón para obtener una réplica biológica. Como se describe en el protocolo, el ARN se extrajo mediante la separación de fases de reactivos TRIzol. En promedio, un par de masas a granel de epitelio y fibra del cristalino produjeron 0,8 μg (DE ± 0,2) y 9,7 μg (DE ± 2,3) de ARN, respectivamente. La concentración promedio en una elución de 15 μL fue de 55,4 ng/μL (DE ± 16,3) y 650,0 ng/μL (DE ± 152,2) para las muestras de epitelio y fibra, respectivamente. Usando reacciones de 5 ng / pocillo, esto teóricamente permite un promedio de 160 reacciones de un solo par de epitelio de lente aislado usando este protocolo. Las purezas promedio de ARN medidas por las proporciones A260/280 fueron 1,92 (DE ± 0,05) para el epitelio y 2,05 (DE ± 0,01) para las fibras, lo que indica una contaminación mínima de proteínas. Generalmente, una relación A260/280 de ~2.0 se considera pura para el ARN20. En general, este aislamiento produjo una concentración suficiente de ARN de alta pureza para transcribir inversamente a ADNc y realizar experimentos repetidos de qPCR.
Realizamos transcripción inversa y qPCR como se describe en el protocolo. Elegimos 7 genes con alta expresión conocida de transcripciones o proteínas en la lente para el análisis de qPCR en tiempo real para revelar la expresión diferencial entre los compartimentos tisulares 21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32. La expresión relativa se muestra como valores de 2-ΔΔCq, normalizados a células epiteliales (Figura 3). La expresión relativa media se muestra como medias geométricas con desviaciones estándar. Debido a la expresión diferencial conocida, se utilizaron conexinas para determinar la separación exitosa del epitelio y las células de fibra. Conexina 43 (Cx43; proteína de unión gap alfa 1; Gja1) se expresa en las células epiteliales del cristalino33, Cx46 (Gja3) se expresa en las células de fibra del cristalino34 y Cx50 (Gja8) se expresa tanto en las células epiteliales como en las de fibra25,29. Se observa que las fibras del cristalino expresan Gja1 y Gja8 a niveles aproximadamente 200 y 7,5 veces más bajos que el epitelio del cristalino, respectivamente. Mientras tanto, Gja3 se expresa aproximadamente 1,5 veces más en las fibras del cristalino, de acuerdo con informes anteriores28.
De manera similar, se observó una expresión diferencial con las cadherinas, a saber, E-cadherina (Cdh1) y N-cadherina (Cdh2). La expresión de la proteína E-cadherina está restringida al epitelio del cristalino, mientras que la N-cadherina se expresa tanto en el epitelio como en las fibras35. Aquí mostramos que la expresión de Cdh1 y Cdh2 son aproximadamente 330 veces y 2,4 veces más bajas en las fibras en comparación con el epitelio.
También se utilizaron dos marcadores adicionales de células epiteliales y de fibra, emparejados box 6 (Pax6) y γS-cristalina (Crygs), respectivamente, para demostrar la separación exitosa de los compartimentos del cristalino36,37. De acuerdo con los patrones de expresión observados anteriormente, Pax6 está restringido a las células epiteliales, exhibiendo una expresión 8 veces menor en las fibras. Las proteínas gamma-cristalinas se expresan principalmente en las células de la fibra del cristalino, y observamos que Crygs es aproximadamente 3 veces mayor en las fibras en comparación con el epitelio1. Estos datos indican una separación limpia del epitelio del cristalino y la masa de fibras, lo que permite el análisis transcriptómico de cada compartimento tisular para su comparación.

Figura 2: Un diagrama de flujo de trabajo de aislamiento de ARN paso a paso. (A) Separación de fases: pasos 3.1-3.11. Estos pasos representan el proceso de homogeneización del tejido primario, extracción de ARN y aislamiento del ARN mediante una separación de fases ácido-guanidinio-fenol. (B) Concentración de ARN: pasos 3.12-3.19. Estos pasos representan el lavado y la concentración de ARN aislado utilizando columnas limpias y concentradoras. (C) Elución: pasos 3.20-3.26. Estos pasos representan la elución del ARN de las columnas de limpieza y concentración utilizando agua libre de ARNasa y calentamiento para promover la solubilización. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Expresión génica relativa comparando el epitelio del cristalino aislado con la masa a granel de la célula de la fibra. Los niveles de ARN se normalizan en el compartimento epitelial. Los marcadores de células epiteliales Gja1 [codifican para la conexina 43 (Cx43)], Chd1 (codifica para E-cadherina) y Pax6 (codifican para el factor de transcripción Pax6) muestran una expresión elevada en las células epiteliales en comparación con las células de fibra. Los marcadores celulares de fibra Gja3 (codifica para Cx46) y Crygs (codifica γS-cristalina) muestran una expresión elevada en comparación con el epitelio. Los marcadores expresados tanto en el epitelio como en las células de fibra, Gja8 (codifica para Cx50) y Chd2 (codifica para N-cadherina), muestran una señal detectable en ambos compartimentos. Los gráficos muestran medias geométricas con desviaciones estándar utilizando el método 2-ΔΔCq . La significación estadística se determinó mediante ANOVA de dos vías seguido de la prueba de comparación múltiple de Šidák. * p ≤ 0,05; ** p≤ 0,01; p≤ 0,001; p≤ 0,0001. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Los autores no tienen nada que revelar.
Este protocolo detalla la separación del epitelio del cristalino ocular del ratón y la masa a granel de las células de fibra, seguida del aislamiento de ARN y el análisis de qPCR. Este método permite separar los compartimentos de las células del cristalino para un análisis más detallado del transcriptoma y los procesos biológicos en las células epiteliales frente a las células de fibra diferenciadas.
Este trabajo fue financiado por la subvención R01 EY032056 (a CC) del Instituto Nacional del Ojo.
| Centrífuga y rotor | Fisher Scientific | 14285554PM | |
| Cloroformo, grado HPLC | Alfa Aesar | 22920 | |
| Etanol (190 grados) | Laboratorios de descontaminación | 2801 | |
| Etanol (200 grados) | Biorreactivos Fisher | BP2818 | |
| Mortero de pellets Fisherbrand | Fisher Scientific | 12-141-363 | |
| Fórceps Curvados; Pinzas para estudiantes #7 | Instrumentos de precisión del mundo | 501981 | |
| Fórceps Rectos; Dumont #5 | Herramientas de ciencia fina | 11252-40 | |
| Fórceps Rectos; Pinzas para estudiantes #4 | Instrumentos de precisión del mundo | 501978 | |
| Toallitas Kim, pequeñas | Kimberly-Clark | 34155 | Limpieza de tareas delicadas |
| Aplicador de película adhesiva MicroAmp | Biosistemas aplicados | 4333183 | |
| MicroAmp EnduraPlate Placa de reacción óptica de 96 pocillos con código de barras | Biosistemas aplicados | 4483485 | |
| Micropipetas | Eppendorf | 01-671-120 | |
| Microscopio, Disección | Carl Zeiss | Descubrimiento de SteREO.V8 | |
| Cubierta adhesiva óptica MiniAmp | Biosistemas aplicados | 4360954 | |
| Termociclador MiniAmp | Biosistemas aplicados | Referencia A37834 | |
| Mezclador de vórtice de placa MixMate | Eppendorf | 5353000529 | |
| Agua de grado molecular | Fisher Scientific | BP28191 | |
| Espectrofotómetro UV-Vis de microvolumen Nanodrop One | Thermo Scientific | ND-UNO-W | |
| Minibandejas Nunc MicroWell | Fisher Scientific | 12-565-154 | Bandeja de disección |
| Tubos de PCR | VWR | 201007-012 | |
| Placa de Petri, 60 mm x 15 mm | Fisher Scientific | FB0875713A | |
| Solución salina tamponada con fosfato, 1x Dulbecco | Gibco | 14190-136 | |
| Puntas de pipeta, 10 µ L Graduado | USA Científico | 1161-3700 | |
| Puntas de pipeta, 1250 µ L XL Graduado | USA Científico | 1161-1720 | |
| Puntas de pipeta, 200 µ Perfil L graduado | USA Científico | 1163-1700 | |
| Sistema de PCR en tiempo real QuantStudio 3 | Biosistemas aplicados | Referencia A28567 | |
| Transcriptasa inversa, SuperScript IV VILO | Invitrogen | 11756050 | Transcriptasa inversa altamente procesiva y termoestable |
| Kit de limpieza y concentrador de ARN 5 | Zymo | ZR1013 | |
| Agua libre de ARNasa | Biorreactivos Fisher | BP2819 | |
| Aplicación de la Aplicación de la Enfermedad | Sigma | Referencia 2020 | Solución de descontaminación de ARNasa |
| Tubos de microcentrífuga SealRite de 1,5 ml | USA Científico | 1615-5500 | |
| Vannas SuperFine 8 cm | Instrumentos de precisión del mundo | 501778 | Tijeras |
| TaqMan FAST Advanced Master Mix para qPCR | Biosistemas aplicados | 4444557 | |
| Sonda de ensayo de expresión génica TaqMan (FAM) (MTO) | ThermoFisher Scientific | 4448892 | |
| TRIzol | Invitrogen | 15596026 | Solución de ácido-guanidinio-fenol |
| Mezclador de vórtice | Thermo Scientific | 88880017 |