1. Construções de cDNA e Expressão Proteica em Oócitos de Xenopus
O DNAc da proteína de membrana de interesse deve ser clonado em um vetor adequado para expressão em oócitos de Xenopus laevis, como pTLN9 ou pcDNA3.1X10. Tais vetores otimizados contêm as regiões não traduzidas 5' e 3' (UTR) do gene β-globina de Xenopus laevis que flanqueiam o local de clonagem múltipla (MCS), uma sequência promotora de RNA polimerase (pTLN: SP6, pcDNA3.1X: T7) localizada antes da UTR 5', um trecho de poli-A na direção 3' do MCS para garantir a estabilidade do cRNA nas células, e mais a jusante outra sequência de sítios de enzimas de restrição de corte único para linearização do plasmídeo, a fim de servir como molde para a transcrição in vitro de cRNA.
Para distinguir a atividade da Na+/K+-ATPase humana superexpressa (subunidade α2 + subunidade β1) da Na+/K+-ATPase endógena dos ovócitos, as mutações Q116R e N127D foram introduzidas para obter uma proteína resistente à ouabaína com uma IC50 na faixa de milimolar11. No caso da H+/K+-ATPase, as medidas de fluxo foram realizadas utilizando o mutante da subunidade α da H+/K+-ATPase S806C, já que os fluxos de Rb+ foram correlacionados com dados cinéticos de experimentos de fluorimetria por fixação de voltagem (VCF). A técnica de VCF (https://www.jove.com/video/2627/ examining-the-conformational-dynamics-of-membrane-proteins-in-situ-with-site-directed-fluo rescence-labeling)12 baseia-se na ligação específica de um fluoróforo a um resíduo de cisteína introduzido estrategicamente, o qual relata as mudanças conformacionais da enzima.
2. Linearização e Purificação do Modelo de DNA
- Para a linearização do molde de DNA, digira 3 μg de DNA plasmidial em um volume de reação de 50 μl com 5 μl de tampão 10x concentrado apropriado para a enzima de restrição e 10 U da enzima de restrição por 1 hora a 37 °C.
- Purifique o DNA linearizado utilizando o Kit de Purificação de Produtos de PCR High-Pure (Roche Applied Science). Primeiro, adicione 350 μl de tampão de ligação (contendo guanidinioisotiocianato) ao frasco da digestão. Após esta etapa de purificação, o molde de DNA linearizado é de "grau para RNA", pois o guanidinioisotiocianato é um desnaturante proteico eficiente e destrói, em particular, a RNase, que é um contaminante frequente em laboratórios de biologia molecular.
- Insira as colunas de centrifugação em tubos coletores, adicione à coluna a solução de DNA do passo 2, centrifugue a 13.000 x g por 30 segundos e descarte o fluxo passante.
- Adicione 500 μl de tampão de lavagem à coluna. Centrifugue por 1 minuto a 13.000 x g e descarte o fluxo passante.
- Adicione 200 μl de tampão de lavagem à coluna. Centrifugue por 1 minuto a 13.000 x g para secar completamente a coluna.
- Coloque a coluna de centrifugação em um novo tubo Eppendorf de 1,5 ml e adicione 50 μl de água livre de nucleases (Ambion Produto nº AM9937) à coluna. Elua por centrifugação por 1 minuto na velocidade máxima.
- Após a eluição, concentre a solução contendo DNA para cerca de 15 μl. Este passo garante que a solução contenha 0,5 μg de DNA linearizado em 3 μl, que é a concentração recomendada para a reação seguinte de transcrição in vitro de cRNA.
3. Síntese in vitro de cRNA
- Escolha o kit mMessage mMachine apropriado (Ambion Produto #1340, #1344) de acordo com a sequência do promotor no plasmídeo (SP6, T7). Em um volume total de reação de 10 μl, adicione 3 μl de DNA linearizado do passo anterior e 1 μl de tampão de transcrição às amostras pré-alicotas de 5 μl da mistura NTP-cap. A pré-aliquotação da mistura NTP-cap é necessária para evitar ciclos frequentes de congelamento e descongelamento, o que pode levar à degradação dos nucleosídeos trifosfatos. Por fim, adicione 1 μl da polimerase de RNA apropriada, misture brevemente e centrifugue a mistura de reação.
- Incube a mistura de reação por 1 a 2 horas a 37 °C. O tempo de incubação não deve exceder 2 horas, pois isso pode resultar em menor rendimento ou qualidade de cRNA.
- Adicione 15 μl de solução de LiCl 3 M gelada proveniente do kit, 15 μl de água fria livre de nucleases, misture brevemente (não agite em vórtex), centrifugue brevemente a 11.000 x g por 10 segundos e armazene a -20 °C por pelo menos 30 minutos para permitir a precipitação do cRNA.
- Resfrie previamente a centrífuga a 4 °C e centrifugue por pelo menos 15 minutos a 13.000 x g após a precipitação.
- Remova cuidadosa e completamente o sobrenadante do pellet marrom-claro no fundo do tubo e adicione 150 μl de etanol 70% grau RNA resfriado a -20 °C. Centrifugue a 4 °C por 5 minutos a 13.000 x g.
- Remova completamente o sobrenadante e seque brevemente (1-2 minutos) o pellet restante de cRNA em um evaporador centrífugo (e.g. modelo Eppendorf Concentrator 5301) à temperatura ambiente.
- Resolva o pellet em 12 μl de água fria livre de nucleases. ATENÇÃO: Todos os passos subsequentes devem ser realizados mantendo a amostra de cRNA armazenada em gelo.
- Determine a concentração de cRNA utilizando um espectrofotômetro (e.g. Eppendorf BioPhotometer).
- Verifique a integridade do cRNA por eletroforese em gel de agarose. ATENÇÃO: Esta verificação cruzada é necessária, pois até mesmo RNA parcialmente degradado apresenta absorção de UV diferente de zero. Para eletroforese de cRNA, utilize uma câmara de eletroforese completamente limpa, recém-preenchida com tampão TAE e um gel de agarose 1% recém-preparado. Caso haja suspeita de contaminação por RNase na câmara de eletroforese ou no tampão, encha a câmara com HCl 0,1 M por 1 hora para limpeza e prepare o tampão TAE com água livre de nucleases.
- Armazene o cRNA a -20 °C até o uso. O cRNA pode ser armazenado por pelo menos um ano a -20 °C.
4. Obtenção de Material de Ovário de Fêmeas de Xenopus laevis por Ovarectomia Parcial
Este protocolo foi aprovado pela autoridade estadual responsável (Landesamt für Gesundheit und Soziales Berlin, The Senate of Berlin, Alemanha).
- Não alimente o sapo por pelo menos 12 horas antes da cirurgia para evitar vômitos.
- Prepare uma solução contendo 2 g do anestésico local tricaina (MS-222) dissolvidos em 1 L de água ajustada a pH 7,0 com tampão HEPES 5 mM. ATENÇÃO: Use luvas de nitrila durante todo o manuseio do MS-222 e prepare a solução em uma cabine de segurança química.
- Mergulhe o sapo na solução de tricaina (no máximo 10 min) até que o animal não apresente mais reflexos de endireitamento. Para verificar a ausência de resposta, tente virar o sapo de costas em suas mãos e observe a presença de movimentos de defesa.
- Retire o sapo da solução de tricaina manualmente e enxágue o animal com água da torneira fria para remover o anestésico.
- Coloque o sapo com as costas voltadas para cima sobre uma cama de gelo coberta com um papel toalha úmido para evitar danos à pele do sapo por contato direto com o gelo. Mantenha a pele do animal úmida durante toda a operação para evitar ressecamento. A colocação sobre o gelo prolonga o tempo de anestesia.
- Faça uma pequena incisão abdominal (comprimento de 8-10 mm) com tesoura afiada, no lado esquerdo ou direito da linha média do sapo. ATENÇÃO: Tenha cuidado para não lesionar a linha lateral. Cirurgias subsequentes devem ser realizadas em lados alternados para permitir uma boa recuperação do tecido ovariano subjacente. Normalmente, é necessário penetrar três camadas de tecido (a pele externa, uma fina camada de tecido conjuntivo branco – a fáscia – e uma camada muscular).
- Após a abertura do abdômen, segure partes dos lobos ovarianos com pinça romba e puxe suavemente para o exterior. Como orientação, remova cerca de 3-5 cm de tecido ovariano por meio de incisão. Em caso de lesão de pequenos vasos sanguíneos e sangramento, aplique pressão com uma haste plástica estéril ou resfrie a lesão com gelo até que o sangramento cesse.
- Feche cirurgicamente a incisão utilizando padrão de sutura interrompida com fio 4.0 Ethicon Vicryl (Johnson & Johnson #V633H). Use instrumentos cirúrgicos para suturar e dê dois ou três nós separados ao longo da incisão. ATENÇÃO: É importante que cada nó prenda as três camadas de tecido em um único passo.
- Após a cirurgia, coloque o sapo em uma bacia com água levemente inclinada (30 L), contendo apenas água suficiente para cobrir o fundo, de modo que as narinas do animal fiquem acima do nível da água para permitir a respiração. Cubra o animal durante o período de recuperação (cerca de 1-2 horas) com um papel toalha úmido para evitar o ressecamento da pele sensível.
- Quando o animal estiver novamente ativo, encha a bacia com água e mantenha o sapo separado dos demais animais por 3-4 dias para monitorar a recuperação e a cicatrização da ferida.
- Após a cirurgia, evite submeter o sapo a novas operações por pelo menos 3 meses para permitir a recuperação completa do animal e de seu tecido ovariano. Como orientação, pode-se realizar no máximo 6-8 cirurgias em cada sapo.
5. Isolamento Enzimático de Oócitos Individuais
- Corte o material ovariano em pedaços menores com tesoura e transfira o tecido para a Solução Ringer para Oócitos sem Ca2+ (110 mM NaCl, 5 mM KCl, 1 mM MgCl2, 5 mM HEPES, pH 7,4) contendo colagenase (20 mg/ml, tipo 1A de Clostridium hystolyticum, Sigma #C9891) e inibidor de tripsina (10 mg/ml, Tipo III-O de clara de ovo de galinha, Sigma #T2011).
- Agite suavemente a solução de digestão por 2,5 h a 18 °C. Posteriormente, acompanhe o progresso da digestão em intervalos de 15 min até que a maioria dos oócitos esteja separada do tecido folicular.
- Lave os oócitos várias vezes em um tubo Falcon de 50 ml com Solução Ringer para Oócitos sem Ca2+ até que a solução esteja suficientemente livre de resíduos teciduais.
- Armazene os oócitos em Solução Ringer para Oócitos contendo Ca2+ (110 mM NaCl, 5 mM KCl, 1 mM MgCl2, 2 mM CaCl2, 5 mM HEPES, pH 7,4) contendo gentamicina (50 μg/ml) a 18 °C.
6. Injeção de cRNA
- Para expressão da Na+,K+- ou H+,K+-ATPase, injete os oócitos com 50 nl de solução de cRNA contendo 25 ng de cRNA do subunidade α e 5 ng de cRNA da subunidade β utilizando uma bomba de injeção Nanoject II acionada eletricamente (Drummond Scientific Inc.), com tubos de hematócrito de 3,5" (Drummond #3 000-203-G/X). CUIDADO: A quantidade de mRNA pode variar conforme a proteína-alvo e pode precisar ser ajustada para expressão máxima por meio de Western blot.
- Para cada condição de fluxo (ex., em uma concentração específica de Rb+), injete 18-22 oócitos. Destes, 50% serão analisados sob condições "+fluxo" (ex., uma determinada concentração de Rb+), e 50% sob condições "-fluxo" (ex., com a concentração escolhida de Rb+ e um inibidor específico da enzima em concentração saturante, como 10 mM de ouabaína para Na+,K+-ATPase ou 10 μM de SCH28080 em pH 5,5 para H+,K+-ATPase).
- Após a injeção, transfira os oócitos separadamente para placas de 96 poços preenchidas pela metade com Solução Ringer para Oócitos contendo Ca2+ e 50 μg/ml de gentamicina a 18 °C.
- Cubra a placa de 96 poços com Parafilm para evitar evaporação excessiva.
- Incube os oócitos por 2-7 dias (dependendo da proteína de interesse) a 18 °C. Se for necessário armazenar os oócitos por mais de 3 dias, recomenda-se trocar o meio de incubação nos micropoços a cada 3 dias.
- Para cada conjunto de dados de fluxo (ex., um experimento de titulação de [Rb+]), cerca de 10 oócitos não injetados (ou injetados com 50 nl de água livre de nucleases) devem ser analisados sob condições "+fluxo" e "-fluxo". Assim, incube um número suficiente de células-controle da mesma maneira que os oócitos injetados com cRNA antes da análise de fluxo.
Pré-tratamento de oócitos que expressam ATPase heteróloga
Procedimento de carregamento com Na+
Para medições funcionais da Na+/K+-ATPase, é importante elevar a concentração intracelular de Na+13, conforme a seguir:
- Transfira os ovócitos para o Na+ Loading Buffer (110 mM NaCl, 2,5 mM Na-citrato, 2,5 mM MOPS, 2,5 mM TRIS, pH 7,4) durante 45 min em gelo.
- Para a recuperação subsequente, incube os ovócitos no Post Loading Buffer "PLB" (100 mM NaCl, 1 mM CaCl2, 5 mM BaCl2, 5 mM NiCl2 e 2,5 mM MOPS, 2,5 mM TRIS, pH 7,4) por pelo menos 30 min em gelo.
- Armazene os ovócitos em PLB em gelo até o uso.
7. Pré-bloqueio da Na+,K+-ATPase endógena
ATENÇÃO: Como os oócitos de Xenopus expressam uma Na+,K+-ATPase endógena, é importante bloquear essa bomba endógena antes dos experimentos de fluxo de Rb+, da seguinte forma:
- Agora, bloqueie a Na+,K+-ATPase endógena incubando os ovócitos em Tampão Pós-Carregamento contendo 100 μM de ouabaína por 15 min à temperatura ambiente.
8. Eletrofisiologia
- Prepare microeletrodos puxando capilares de borossilicato (GB150F-8P, Science Products GmbH) utilizando um puxador de micropipetas de dois estágios (Modelo PC-10, Narishige).
- Encha os eletrodos de vidro pela extremidade posterior com KCl 3 M. Para experimentos de TEVC com H+,K+-ATPase, recomendamos o uso de NaCl 3 M em vez disso, o que resultou em gravações de corrente mais estáveis. Fixe a pipeta sobre o fio de Ag/AgCl dos suportes de microeletrodos do sistema de grampo de tensão por dois eletrodos.
- Insira os microeletrodos de vidro e duas pontes de agar (que devem ser feitas com NaCl/agar em vez do tradicional KCl/agar), que conectam os eletrodos de referência de Ag/AgCl à solução do banho, na câmara de registro (Warner Instr., modelo RC-10) previamente preenchida com tampão de medição (por exemplo, PLB com ouabaína 10 μM para Na+,K+-ATPase).
- Coloque o amplificador de grampo de tensão (Turbo TEC-10CX, NPI Electronics, Tamm, Alemanha) no modo "OFF".
- Verifique separadamente a resistência de cada eletrodo de vidro (ambos devem estar na faixa de 0,5-2 MΩ).
- Verifique os potenciais de offset dos eletrodos de tensão e de corrente na tela apropriada do amplificador TEVC. Em caso de desvio em relação ao zero, ajuste o offset com os reguladores de offset correspondentes do amplificador.
- Coloque um ovócito no centro da câmara e penetre suavemente a membrana com os eletrodos de corrente e de tensão.
- Verifique a leitura de potencial do amplificador. A leitura do potencial do eletrodo de tensão agora fornece o valor do potencial de repouso da célula.
- Coloque o amplificador no modo VC (grampo de tensão).
- Utilizando o software pCLAMP (Molecular Devices Corp., Sunnyvale, CA), fixe a célula em um potencial de membrana pré-definido. Este pode ser o valor do potencial de repouso previamente medido (para gravação sob condições de corrente de membrana nula) ou qualquer valor de potencial de teste desejado. Observe a amplitude e a estabilidade da corrente de vazamento (na ausência de K+/Rb+/Li+), que, como orientação geral, não deve exceder -200 nA em -30 mV.
- Perfunda o ovócito por um determinado tempo (por exemplo, 3 min para Na+,K+-ATPase) com solução contendo Rb+ (para obter corrente máxima, use concentrações saturantes determinadas por medições de fluxo sob condições não fixadas) e registre a corrente da bomba com o software pCLAMP no modo de gravação contínua. Certifique-se de que a captação de Rb+ seja completamente interrompida posteriormente perfundindo a célula com solução livre de Rb+ por 30 segundos.
- Interrompa o experimento de grampo de tensão por dois eletrodos, remova o ovócito da câmara de registro e prossiga para a etapa de lavagem 4 do parágrafo "Experimentos de captação de Rb+" para analisar a captação de Rb+ por espectrofotometria de absorção atômica.
- Realize a subtração da corrente de offset e avalie a integral temporal da corrente da bomba utilizando o programa Clampfit do pacote pCLAMP.
9. Medidas de Captação de Rb+
- Corte e derreta a ponta amarela de uma pipeta em uma pipeta de 200 μl até um diâmetro de aproximadamente 2 mm. O uso dessas pontas garante transferência mínima de solução ao mover os ovócitos entre as placas de incubação ou lavagem. Aqueça brevemente a ponta com a chama de um isqueiro de bolso. Esta etapa de polimento evita danos aos ovócitos.
- Prepare, para cada ovócito a ser medido, um tubo Eppendorf de 1,5 ml contendo 1 ml de água Millipore. Organize três placas de Petri com tampão de lavagem livre de Rb+ (ex. PLB) e uma com água Millipore.
- Transfira simultaneamente cinco ovócitos pré-incubados para uma placa de Petri de 3,5 cm contendo tampão de fluxo de Rb+ (concentrações de 0 a 15 mM de Rb+) e incube por 3 min (Na+,K+-ATPase) ou 15 min (H+,K+-ATPase) sob controle de temperatura (ex. 21 °C em sala com ar condicionado ou sobre uma placa aquecedora).
- Transfira simultaneamente os ovócitos para a primeira placa com tampão de lavagem livre de Rb+ (no caso da Na+,K+-ATPase, pode-se usar PLB). É obrigatório manter as variações entre os tempos de incubação menores que 5 s. Lave suavemente.
- Transfira os ovócitos para a segunda e terceira placas com tampão de lavagem livre de Rb+, lavando suavemente.
- Transfira os ovócitos para a placa com água Millipore, lavando suavemente.
- Transfira cada ovócito individualmente para um dos tubos Eppendorf preparados contendo 1 ml de água Millipore.
- Homogeneíze o ovócito pipetando para cima e para baixo com uma ponta de pipeta de 200 μl até que a solução fique turva de forma homogênea.
10. Preparação do AAnalyst 800 Utilizando o Sistema de Forno THGA
- Ligue a válvula do gás inerte necessário (argônio) e insira uma lâmpada de cátodo oco apropriada (lâmpadas de elemento único para Li+ ou Rb+; Photron, Melbourne, Austrália) em uma posição arbitrária de soquete.
- Inicie o software de controle WinLab32 (Perkin Elmer) e ligue a lâmpada de cátodo oco apropriada. As lâmpadas de cátodo oco Perkin Elmer Lumina são reconhecidas automaticamente e aparecem na lista de seleção. Lâmpadas de cátodo oco incompatíveis precisam ser inseridas manualmente.
- Permita um tempo de aquecimento de aproximadamente 10 a 15 minutos para equilíbrio das lâmpadas.
- Verifique visualmente se o tubo THGA (tubo de atomizador de grafite aquecido transversalmente, Perkin Elmer, #B3000641) está em boas condições. Os fornos THGA devem ser substituídos a cada 300 disparos (vida útil média indicada pelo fabricante), mas podem suportar um número maior de amostras.
- Selecione a técnica de "forno THGA" no WinLab32.
- Prepare pelo menos cinco amostras de calibração com concentrações de Rb+/Li+ entre 10 e 50 μg/L (ex., por diluição apropriada de uma solução de RbCl ou LiCl 1 M) e um branco contendo apenas água Millipore. Observação: os sais devem ser da maior pureza disponível ("puriss." ou provenientes de padrões comerciais de calibração para fins de AAS).
- Escolha o arquivo de inicialização apropriado (denominado arquivo de "método", que fornece referência aos parâmetros de calibração e carrega as configurações do instrumento, ex., o comprimento de onda de detecção de AAS para Rb+ e Li+ é 780 nm e 670,8 nm, respectivamente), depois insira as posições e concentrações das amostras de calibração. Para tanto, selecione o autodoseador apropriado (placa de amostras com 88 ou 148 posições de amostragem para o equipamento AAnalyst 800).
- Meça a curva de calibração.
- Agora transfira cada homogeneizado de ovócito para copos de amostra individuais de polipropileno de 1,2 ml (Perkin Elmer, #B0510397) e coloque esses tubos de ensaio na bandeja do autodoseador.
- Crie um arquivo de informações da amostra para identificar as amostras nas posições do autodoseador, ajuste o volume da amostra para 20 μl e inicie o instrumento.
- Após a conclusão da análise (ou durante inspeção visual a cada hora, em séries longas de amostras), verifique as amostras em que a quantidade medida de Rb+ excede o valor máximo da curva de calibração. Nesse caso, dilua as amostras respectivas adequadamente e meça-as novamente.
11. Observações para a Medição de Grandes Números de Amostras (Acima de 50)
- Para uma operação noturna do instrumento, recomenda-se encher o reservatório do amostrador automático com água Millipore para evitar a evaporação dos homogeneizados nos tubos de ensaio.
- Recomenda-se colocar entre cada 20 amostras um tubo de ensaio com HNO3 2% para prevenir o entupimento da cápsula de injeção do amostrador automático.
Protocolo de temperatura recomendado para rubídio por THGA-AAS
| Etapa | Temperatura (°C) | Tempo de Rampa (seg) | Tempo de Patamar (seg) | Fluxo de Gás Argônio (ml/min) |
| Secagem 1 | 110 | 1 | 20 | 250 |
| Secagem 2 | 130 | 5 | 30 | 250 |
| Pirolise | 300-600 | 10 | 20 | 250 |
| Atomização | 1700-1800 | 0 | 5 | 0 |
| Limpeza | 2400 | 1 | 2 | 250 |
Protocolo de temperatura recomendado para lítio por THGA-AAS
| Etapa | Temperatura (°C) | Tempo de Rampa (seg) | Tempo de Patamar (seg) | Fluxo de Gás Argônio (ml/min) |
| Secagem 1 | 110 | 1 | 30 | 250 |
| Secagem 2 | 130 | 15 | 30 | 250 |
| Pirólise | 900 | 10 | 20 | 250 |
| Atomização | 2200 | 0 | 5 | 0 |
| Limpeza | 2450 | 1 | 3 | 250 |
Análise dos dados
- Para cada condição de medição, calcule a captação média de Rb+. O espectrofotômetro de absorção atômica fornece valores em μg/L, os quais precisam ser convertidos em pmol/oócito/min.
- Para análises cinéticas (valores aparentes de KM), subtraia a captação de fundo de Rb+ determinada a partir de oócitos-controle não injetados do mesmo lote, na concentração dada de RbCl.
- Represente graficamente com o software Origin e aplique o ajuste de uma função de Hill
ou de Michaelis-Menten
aos dados. Nessas equações, [S] é a concentração de substrato, nH o coeficiente de Hill e K0.5 a concentração de substrato necessária para ativação半máxima.