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Le microglia sono le cellule immunitarie innate residenti dominanti nel cervello e rappresentano il 10-15% delle cellule del cervello adulto 1,2. Usano il loro repertorio recettoriale per monitorare dinamicamente il microambiente cerebrale e regolare la normale funzione cerebrale per mantenere l'omeostasi cerebrale3. Le microglia sono molto sensibili ai cambiamenti nel loro microambiente e subiscono cambiamenti nella morfologia cellulare, nell'immunofenotipo e nella funzione con condizioni patologiche o varie stimolazioni. Gli stati di attivazione microgliale sono influenzati dalle richieste di energia cellulare necessarie per la loro funzione, come la fagocitosi, la produzione di citochine o la riparazione dei tessuti. Pertanto, il metabolismo energetico cellulare svolge un ruolo cruciale nella regolazione dei cambiamenti nella funzione microgliale4. La disregolazione microgliale porta a un rilascio eccessivo di citochine pro-infiammatorie (ad es. IL-1β, TNF-α) e specie reattive dell'ossigeno (ROS), predisponendo il cervello alla neuroinfiammazione 5,6. La disregolazione cronica della microglia e il conseguente ambiente neuroinfiammatorio gettano le basi per la neurodegenerazione7.
Il cervello rappresenta solo il 2% del peso corporeo, ma il 20% del consumo totale di energia del corpo. I mitocondri sono la principale fonte di energia nelle cellule cerebrali e agiscono come attori chiave nella patogenesi dei disturbi cerebrali sia acuti che cronici8. Studi precedenti hanno stabilito una forte correlazione tra l'attivazione microgliale e la disfunzione metabolica nell'invecchiamento9 e i disturbi legati all'età come il morbo di Alzheimer10,11, evidenziando il ruolo fondamentale dei mitocondri nella senescenza cellulare e nella neurodegenerazione. La funzione mitocondriale compromessa porta a una diminuzione della produzione di energia, a un elevato stress ossidativo e a un aumento della neuroinfiammazione durante l'invecchiamento e le malattie legate all'età.
Mentre un'ampia ricerca ha chiarito il ruolo dei mitocondri nel metabolismo energetico, nell'invecchiamento e nei disturbi cerebrali, il ruolo delle comuni modificazioni post-traduzionali, come la glicosilazione, nella biologia e nella funzione mitocondriale rimane insufficientemente esplorato. La glicosilazione, l'aggiunta enzimatica di porzioni di zucchero chiamate glicani alle proteine da parte degli enzimi di glicosilazione, è la modifica post-traduzionale più comune nella maggior parte delle cellule cerebrali, comprese le microglia. Le microglia attivate modulano la loro funzione immunitaria sotto stimoli infiammatori regolando l'espressione intracellulare o della superficie cellulare dei glicani12. Le risposte pro e anti-infiammatorie esibite dalla microglia post-stimolazione sono regolate anche dai glicani13. Anche le proteine mitocondriali hanno queste modificazioni dei glicani, che ne regolano la funzione e la localizzazione. Tuttavia, un'analisi dettagliata dei modelli di glicosilazione mitocondriale specifici della cellula nella microglia è carente a causa delle sfide tecniche nello studio della glicosilazione subcellulare. Nonostante il ruolo ben caratterizzato della glicosilazione nella modulazione del fenotipo microgliale, il ruolo dei glicani nella modulazione della funzione mitocondriale e, successivamente, l'immunofenotipo cellulare nella microglia rimane poco compreso.
Studi limitati che indagano la glicosilazione delle proteine mitocondriali si sono concentrati principalmente sull'identificazione dei pattern di glicosilazione basata sulla lectina. Le lectine sono proteine leganti i glicani che legano le porzioni biomolecolari di glicani14,15, che mancano della specificità e della capacità di fornire informazioni dettagliate sulla composizione dei glicani. Le modalità di spettrometria di massa offrono un'identificazione dettagliata delle composizioni dei glicani per superare le sfide analitiche presentate dall'analisi delle lectine. Una di queste modalità, la ionizzazione elettrospray a desorbimento laser assistita da matrice infrarossa (IR-MALDESI), impiega una strategia di ionizzazione ibrida, utilizzando un laser a medio infrarosso per eccitare in modo risonante l'acqua presente nei campioni biologici16 per desorbire le specie neutre e sottoporle a un pennacchio elettrospray ortogonale, seguita dall'analisi utilizzando uno spettrometro di massa Orbitrap ad alta risoluzione. IR-MALDESI è stato precedentemente dimostrato per l'analisi diretta dei metaboliti tissutali17, con distinti vantaggi dell'analisi rapida18, del metodo di ionizzazione morbida e della prevedibilità del contenuto di acido sialico dei glicani legati all'N in base ai modelli di distribuzione isotopica degli addotti dei glicani clorurati19. Tuttavia, l'adattamento di questa piattaforma per l'analisi diretta dei glicani subcellulari non è stato dimostrato.
Qui, riportiamo un protocollo ad alto rendimento per l'isolamento mitocondriale da cellule microgliali, l'isolamento di N-glicani mitocondriali e il rilevamento e l'analisi di N-glicani mitocondriali utilizzando la spettrometria di massa IR-MALDESI. Questo protocollo sarà fondamentale per scoprire nuove intuizioni sul ruolo della glicosilazione nella funzione mitocondriale, identificando potenzialmente nuovi bersagli terapeutici per disturbi neuroinfiammatori e neurodegenerativi.