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O objetivo do protocolo descrito abaixo é isolar tipos de células individuais de uma população heterogênea de tecido neural para a análise subsequente da expressão gênica específica do tipo de célula, expressão de proteínas ou mesmo marcadores epigenéticos. O cérebro é composto por muitos tipos de células derivadas de células progenitoras distintas e que possuem propriedades e funções específicas do tipo de célula. Apesar dessas diferenças, esses tipos distintos de células neurais podem expressar receptores semelhantes e moléculas de sinalização intracelular que dificultam a análise dessas proteínas mais onipresentes de medir ou interpretar de maneira específica do tipo de célula usando métodos convencionais. Os neurocientistas devem identificar a função e a ativação desses tipos distintos de células no cérebro e como elas podem afetar individualmente o comportamento, pois esse será o primeiro passo para identificar medicamentos e alvos terapêuticos mais específicos para doenças neurológicas e neuropsiquiátricas. Apesar desse objetivo abrangente da pesquisa em neurociência, pode ser difícil isolar tipos individuais de células neurais do cérebro para a análise da expressão gênica ou proteica, a ativação de moléculas de sinalização ou a modificação de marcadores epigenéticos no DNA. Das técnicas usadas atualmente, a imuno-histoquímica pode identificar a expressão de proteínas de maneira específica do tipo de célula quando combinada com a coloração adicional de um marcador específico do tipo de célula, embora isso dependa de anticorpos específicos que podem corar adequadamente para as proteínas de interesse e pode ser difícil de quantificar. A hibridização in situ pode identificar a localização específica do ácido ribonucleico mensageiro (mRNA) em células individuais no cérebro, mas este é um processo trabalhoso que também limita a co-análise de tipos específicos de células e permite apenas a análise de um ou talvez alguns genes de interesse. A microdissecção por captura a laser usa um laser para isolar subpopulações de células que são visualizadas por microscopia; no entanto, a natureza demorada desse processo e o rendimento relativamente baixo podem limitar significativamente a análise subsequente de proteínas ou níveis de mRNA, principalmente se a expressão dessas moléculas for baixa para começar. A classificação de células ativadas por fluorescência (FACS) é uma técnica relativamente nova no campo da neurociência para isolar tipos de células individuais do cérebro para análise subsequente da expressão gênica1 e / ou alvos epigenéticos2. Esse processo também pode ser usado para classificar tipos específicos de células neurais para análise subsequente da expressão gênica específica do tipo de célula, expressão de proteínas ou marcadores epigenéticos. O FACS tem sido usado em vários campos de pesquisa médica, como câncer e imunologia, há décadas para contar e classificar diferentes células com base em características físicas ou bioquímicas3. Além disso, a citometria de fluxo tem sido classicamente usada para analisar a expressão de proteínas por célula, usando anticorpos específicos. O procedimento descrito abaixo aproveita as técnicas clássicas de citometria de fluxo para isolar tipos de células individuais para análise subsequente de endpoints de biologia molecular. O citômetro de fluxo pode analisar vários milhares de células em um segundo, o que o torna uma alternativa rápida e eficiente às técnicas descritas acima. Além disso, as células podem ser isoladas com base na expressão celular de uma proteína específica (por exemplo, um receptor de neurotransmissor) ou uma combinação de duas ou mais proteínas (colocalização de várias proteínas em um tipo de célula específico). Isso permite que o usuário isole tipos de células neurais muito seletivas com base em suas propriedades moleculares para identificar sua função no cérebro.
Para realizar o FACS, as células neurais são preparadas em uma suspensão de célula única que é passada através de uma célula de fluxo que transporta e alinha as células para que elas passem em fila única por um feixe de luz e lasers para análise. Um computador adquire os dados de cada célula e os plota em um histograma para análise de parâmetros especificados (tamanho, granularidade e fluorescência). Com base nesses parâmetros, as células podem ser imediatamente classificadas em tubos separados para sua coleta e análise subsequente de qualquer ponto final desejado. O protocolo descrito abaixo utiliza três anticorpos para classificar neurônios (usando um antígeno timócito 1, anticorpo Thy1), astrócitos (usando um transportador de glutamato glial, anticorpo GLT1) e microglia (usando um cluster de molécula de diferenciação 11B, anticorpo CD11b). Este protocolo pode ser usado conforme descrito abaixo ou modificado com diferentes anticorpos, dependendo do tipo de célula que se deseja isolar para seus próprios experimentos.
Existem algumas ressalvas a serem consideradas ao determinar se este protocolo é apropriado para experimentos específicos. Uma ressalva importante pode dizer respeito ao tipo específico de célula que se gostaria de isolar. Neste protocolo, os três anticorpos utilizados são anticorpos extracelulares, que permitem ao experimentador manter os tipos de células intactos durante o procedimento de coloração, preservando assim a integridade do RNA, DNA e proteínas em seu interior. É possível que alguém deseje isolar um tipo específico de célula neural usando um anticorpo que identifica uma proteína que é expressa apenas dentro dessa célula específica. Por exemplo, pode-se querer isolar neurônios dopaminérgicos usando um anticorpo para tirosina hidroxilase ou isolar neurônios acetilcolina usando um anticorpo para colina acetiltransferase. Essas proteínas são intracelulares e, portanto, exigiriam fixação e permeabilização da membrana celular para posterior coloração com os anticorpos apropriados. Embora isso tenha sido feito antes de 4,5, esse processo pode diminuir significativamente o rendimento de RNA ou DNA dessas células permeabilizadas. Outra ressalva pode ser que nem todos os anticorpos são apropriados para FACS. Por exemplo, pode-se usar atualmente um anticorpo que funciona muito bem para western blot, uma técnica que requer a desnaturação de proteínas. Este anticorpo pode não ser necessariamente adequado para a identificação desses tipos de células usando FACS, uma vez que as proteínas não são desnaturadas em nenhum ponto deste protocolo e, portanto, o anticorpo pode não ter como se ligar ao seu antígeno inerente. As empresas fornecem folhas de especificações que identificam as aplicações para as quais um anticorpo foi aprovado. Se um anticorpo não foi aprovado para citometria de fluxo, isso não deve desencorajar alguém de tentar este protocolo com um anticorpo específico; no entanto, deve-se estar ciente de que não é garantido que funcione para FACS. Uma terceira ressalva deste protocolo tem a ver com o número de células que se está tentando isolar. O FACS é uma excelente técnica para produzir o maior número possível de células até mesmo de um pequeno pedaço de tecido, mas também é possível que, se alguém quiser isolar uma população relativamente esparsa de células de uma região cerebral relativamente pequena, o rendimento de um animal seja inerentemente baixo. Neste caso, pode ser necessário agrupar o tecido cerebral de alguns animais do mesmo grupo de tratamento, a fim de obter o número de células necessárias para a análise subsequente; no entanto, uma publicação recente usou a pré-amplificação de cDNA direcionada a genes para análise subsequente da expressão gênica de um pequeno número de neurônios ativados (5-6%) de um conjunto maior de neurônios classificados, indicando que é possível analisar a expressão gênica até mesmo de pequenos subconjuntos de células neurais sem agrupar um grande número de animais6Uma ressalva final dessa técnica é que se deve ter acesso a um classificador de células que não esteja muito longe. O classificador de células é uma máquina complicada que requer treinamento significativo para usá-la corretamente. Assim, essas máquinas geralmente são operadas por um técnico qualificado em uma instalação central. Além disso, o objetivo desse procedimento é dissociar o tecido neural, corá-lo para anticorpos específicos e levar imediatamente essas amostras a um classificador em um curto período de tempo (talvez meio dia). Esse período ajudará a aumentar a sobrevivência e o rendimento das células isoladas e a manter a integridade das células para processamento e análise subsequentes. Se todos esses parâmetros descritos acima forem atendidos, o FACS é um excelente método para analisar a expressão específica do tipo celular de genes e proteínas do tecido neural.
Todos os experimentos foram realizados de acordo com o Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais (IACUC) da Universidade de Delaware e o Guia dos Institutos Nacionais de Saúde para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório.