L'obiettivo di questo studio era stabilire un modello pratico in vitro del sovraccarico di ferro nei progenitori muscolari murini e definire condizioni in cui le risposte associate alla ferroptosi possano essere rilevate in modo affidabile. Utilizzando questo flusso di lavoro, mostriamo che il trattamento con citrato di ammonio ferrico porta a un robusto accumulo intracellulare di ferro, accompagnato da un aumento dell'espressione di ferritina e da un segnale elevato di ferro labile. Il carico di ferro è inoltre associato a cambiamenti molecolari coerenti con lo stress correlato alla ferroptosi, inclusi un aumento dell'espressione di Slc40a1 e Hmox1 e una diminuzione della proteina GPX4. Dal punto di vista funzionale, l'esposizione citotossica al FAC induce una riduzione della vitalità cellulare che viene salvata dalla ferrostatina-1 nei primi momenti, supportando la presenza di un componente sensibile alla ferroptosi che contribuisce alla morte cellulare osservata.
La dose di ferro e la durata del trattamento sono parametri critici che influenzano direttamente l'interpretabilità di questo sistema. Nelle nostre mani, i primi momenti temporali (circa 12 ore) offrono la separazione più chiara tra le condizioni, permettendo alla ferrostatina-1 di salvare la citotossicità indotta dalla FAC in modo riproducibile. Nei momenti successivi (ad esempio, 24 ore), la vitalità complessiva diminuisce e la variabilità aumenta tra le condizioni, riducendo la gamma dinamica del saggio. Ciò è coerente con la perdita cumulativa di cellule e l'adattamento della popolazione sopravvissuta, come un aumento della capacità antiossidante o una gestione alterata del ferro.
La somministrazione di ferro ferrico (Fe3+) invece che di ferro ferroso (Fe2+), così come la concentrazione di ferro somministrata e la durata del trattamento, sono anch'essi aspetti critici del protocollo. L'uso del ferro ferrico è essenziale perché il ferro ferrico viene facilmente assorbito dalla transferrina, il principale trasportatore responsabile dell'importazione di ferroferrico 11. Sebbene il ferro ferroso possa essere assorbito da altri trasportatori (in particolare dal trasportatore metallico divalente DMT1), in questo contesto il ferro ferrico sembrava essere incorporato in modo più efficace rispetto al ferroferroso 12. Le concentrazioni di FAC scelte per questo protocollo sono state selezionate per la loro rilevanza fisiologica e l'uso in modelli similipassati 13,14. La durata del trattamento con il ferro, essendo di 24 ore, si basava anch'essa su modelli simili nostri e altri. Tuttavia, in alcuni contesti (in particolare per la colorazione labile del ferro e gli sami di luminescenza cellulare), 24 ore si sono rivelate una durata di trattamento troppo lunga. In questi casi, un trattamento di 24 ore ha portato a una morte cellulare così significativa che non sono state trarre conclusioni a causa della distruzione del materiale cellulare. Ad esempio, RSL3 è un agente di perossidazione lipidica così potente che una durata di trattamento di 12 ore è stata sufficiente a indurre la perossidazione lipidica e allo stesso tempo garantire che gli effetti del sovraccarico di ferro fossero visibili simultaneamente (Figura 3C-E). Inoltre, per il colorante ferro labile, le cellule sono state trattate con FAC solo per una durata di 2 ore prima della colorazione (dopo aver tentato di colorare dopo trattamenti di ferro a 2, 4 e 24 ore) per catturare la risposta iniziale al sovraccarico di ferro prima che potesse verificarsi una distruzione cellulare eccessiva (Figura 2D). Nel complesso, sembra che i cambiamenti a livello genico e proteico siano stati meglio misurati dopo 12–24 ore di trattamento con il ferro, probabilmente perché questi cambiamenti richiedono più tempo perché le cellule si manifestino, mentre la colorazione era meglio effettuata dopo una durata di trattamento più breve.
Altri hanno sviluppato modelli simili. Un gruppo ha generato un modello C2C12 trattato con ferro ferrico per studiare il ruolo dell'asse p53-Slc7a11 nella ferroptosi. Hanno riscontrato che il trattamento con ferro ferrico per 48 ore aumentava la perossidazione lipidica e riduceva i livelli di Slc7a11 , indicando la ferroptosi13. Un altro modello simile—questa volta utilizzando cellule C2C12 trattate con solfato ferroso per studiare la relazione tra la via della ligasi ubiquitina Akt-FoxO3-E3 e la ferroptosi—ha coinvolto il trattamento con ferro in 4ore e 14. Un filo conduttore tra questi è che coinvolgono il trattamento con ferro delle cellule C2C12 differenziate in miotubi, invece di rimanere nel loro stato mioblastico più simile a quello delle cellule staminali. Questo rende il nostro sistema particolarmente rilevante rispetto all'accumulo di ferro precedentemente osservato nei MuSC.
Nonostante sia un modo semplice per studiare gli effetti del sovraccarico di ferro sui muscoli in vitro, il metodo presenta dei limiti, poiché è stato utilizzato solo nel contesto delle cellule C2C12. Studi passati hanno dimostrato che le cellule staminali muscolari sono suscettibili al sovraccarico di ferro durante l'invecchiamento, suggerendo che un metodo simile possa essere valido in quelcontesto 9.
Nel complesso, questo modello dimostra che il sovraccarico di ferro è sufficiente a indurre un insieme riproducibile di cambiamenti molecolari associati alla ferroptosi e una riduzione della vitalità sensibile alla ferrostatina nelle cellule C2C12. Sebbene ulteriori saggi ortogonali possano affinare ulteriormente la classificazione della morte cellulare in contesti specifici, le risposte combinate molecolari e farmacologiche osservate qui sono coerenti con lo stress cellulare associato alla ferroptosi. Prevediamo che questo approccio faciliterà studi meccanicistici sulla disregolazione del ferro nell'invecchiamento muscolare e nelle malattie.