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Los receptores de acetilcolina nicotínica neuronal (nAChR) son canales iónicos transmembrana controlados por ligando, expresados en la membrana plasmática de muchos tipos celulares, incluyendo neuronas, células gliales y células inmunitarias. Estos receptores están compuestos por α subunidades (α2-α10) o β (β2-β4) que se ensamblan para formar subtipos homómeros o heteroméricos, siendo α7 y α4β2 los nAChRs los más abundantes en elcerebro 1,2. La desregulación de estos subtipos se ha asociado con la enfermedad de Alzheimer, trastorno por consumo de nicotina, epilepsia hipermotora relacionada con el sueño, enfermedad de Parkinson y trastorno depresivo mayor, entre otras condiciones neurológicas y psiquiátricas 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 . Métodos rápidos y fiables para expresar y cuantificar las nAChR son esenciales para comprender los mecanismos de la enfermedad y desarrollar terapias selectivas por objetivos. Sin embargo, lograr una expresión robusta de estos receptores en la membrana plasmática suele ser un reto y llevar mucho tiempo. El método descrito aquí permite una fuerte expresión superficial de las nAChR en aproximadamente 24 horas tras la transfección de ADN y puede combinarse con ligandos o proteínas chaperonas que modulan el tráfico de receptores.
Existen varios enfoques para expresar nAChRs, incluyendo la transfección transitoria de ADN o la generación de líneas celulares estables que expresen el subtipo deseado. Aunque crear líneas celulares estables es útil para estudios a largo plazo que involucren el mismo subtipo de receptor, el proceso es laborioso y puede requerir varios meses. Una vez establecidas, estas líneas celulares pueden mostrar expresión variable de receptores a través de los conductos, pérdida de expresión con el tiempo o sesgo de selección para clones con función o densidad receptorsubóptima 13. Una reducción de la temperatura de incubación de 37 °C a 30 °C, la adición de chaperonas moleculares como la nicotina, o un tiempo de incubación prolongado pueden favorecer la expresiónsuperficial 13,14,15. Estas limitaciones son especialmente evidentes en los nAChR heteroméricos, que requieren un correcto ensamblaje y tráfico de subunidades, y en estudios centrados en la regulación de receptores asistidos por chaperonas. Por lo tanto, es necesaria una validación rutinaria de la expresión de subtipos de receptores a través de los conductos cuando se trabaja con líneas celulares estables que expresan nAChR.
A menudo, los investigadores se interesan por variantes de subunidades de nAChR y subunidades de chaperona o proteínas auxiliares, por lo que necesitan expresar una variedad de ADN en rápida sucesión para permitir una flexibilidad rápida en sus ensayos. La expresión transitoria de nAChRs es ventajosa en este sentido porque el proceso puede completarse rápidamente, permitiendo al investigador estudiar múltiples subtipos de receptores o condiciones experimentales sin esperar meses para generar líneas celulares estables. Un fenómeno común, incluso con expresión transitoria, es que muchos nAChR permanecen dentro de la celda 24 horas después de la inducción a 37 °C, requiriendo periodos adicionales de incubación de > 48h, 16,17. Por ejemplo, sin la proteína chaperona resistente a los inhibidores de la colinesterasa (RIC)-3, solo el ~1% de las α7 nAChR se expresan en la membrana plasmática de las células SHE-P demamíferos 18. Con la coexpresión de RIC-3, se detectan aproximadamente el 20% de α7 nAChR en la superficie. Aunque esto representa una mejora, la abundancia total de receptores sigue siendo baja. La coexpresión de α7 nAChRs con NACHO puede potenciar aún más la expresión superficial, aunque menos del 40% de la población total de receptores se traslada a lamembrana plasmática 19. Otro enfoque consiste en incubar células transfectadas a 30 °C para mejorar la expresión plasmáticade la membrana 20,21. Para α4β2 nAChRs, esta reducción de temperatura produce una regulación al alza de cinco veces en la densidad de receptores superficiales sin un aumento correspondiente en la subunidad total de proteína21. Sin embargo, esta mejora requiere al menos un día adicional y un mayor uso de consumibles, reactivos e instrumentación.
El trabajo presentado ofrece un conjunto de métodos optimizados para expresar y cuantificar subtipos específicos de nAChR en 24 horas tras la transfección en células N2a de mamíferos, logrando aproximadamente un 83% para α7, 77% para α4 y 56% para subunidades β2 localizadas en la membrana plasmática. En el caso de α7 nAChRs, la expresión plasmática de membrana puede cuantificarse usando α-bungarotoxina marcada fluorescentemente con α7 selectiva (αBTX) o mediante etiquetado fluorescente recombinante. Para marcar cada subunidad, las proteínas fluorescentes sensibles al pH pHuji y pHluorina supereclíptica (SEP)22,23,24 se modifican en el C-terminal de las subunidades individuales de nAChR25,26. pHuji y SEP son variantes sensibles al pH de proteínas fluorescentes rojas y verdes, respectivamente, que fluorescen a pH 7,4 pero se apagan en condiciones másácidas 27,28. Como la fluorescencia SEP y pHuji se suprime en pH < 6, cualquier señal intracelular observada refleja fluoróforos situados en compartimentos neutros en lugar de en la membrana plasmática. Cabe señalar que algunos orgánulos, como el aparato de Golgi, tienen un lumen ácido; por tanto, los fluoróforos adheridos a la región C-terminal de las subunidades de nAChR no se detectan mientras las subunidades transitan por la víasecretora 29. La diferencia entre la fluorescencia total a pH 7,5 y la de pH < 6 representa la señal generada por los nAChR situados en la membrana plasmática. La captura de imágenes mediante microscopía confocal de célula viva proporciona una alta resolución espacial, permitiendo la cuantificación precisa de la localización de subunidades. Además, realizar todos los experimentos en células vivas permite que cada célula actúe como su propio control, teniendo en cuenta la variabilidad en la expresión proteica entre células dentro de cada grupode tratamiento 30. Este método puede adaptarse aún más para incluir proteínas chaperonas adicionales, como NACHO u otras, para investigar el tráfico de nAChR. Otras aplicaciones incluyen la modulación farmacológica, la incorporación de subunidades auxiliares y el análisis de cambios asociados a la enfermedad en la expresión de nAChR.