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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
A síntese proteica é um processo biológico crítico para as células. No cérebro, é necessário para mudanças adaptativas. A mensuração das taxas de síntese proteica no cérebro intacto requer considerações metodológicas cuidadosas. Aqui nós apresentamos o L-[1-14C]-método Bakersfield quantitativo da leucina para a determinação de taxas regionais da síntese da proteína cerebral in vivo.
A síntese protéica é necessária para o desenvolvimento e manutenção da função neuronal e está envolvida em mudanças adaptativas no sistema nervoso. Além disso, pensa-se que o desregulação da síntese da proteína no sistema nervoso pode ser um phenotype do núcleo em algumas desordens desenvolventes. A medida exata das taxas da síntese da proteína cerebral em modelos animais é importante para compreender estas desordens. O método que desenvolvemos foi projetado para ser aplicado ao estudo de animais acordados e comportados. É um método autoradiográfico quantitativo, de modo que pode render taxas em todas as regiões do cérebro simultaneamente. O método é baseado no uso de um aminoácido traçador, L-[1-14C]-leucina, e um modelo cinético do comportamento da L-leucina no cérebro. Nós escolhemos L-[1-14C]-leucina como o Tracer porque não conduz aos produtos metabólicos etiquetados estranhos. É incorporado na proteína ou metabolizado ràpida para render 14co2 que é diluído em uma grande associação de co2 sem rótulo no cérebro. O método e o modelo também permitem a contribuição da leucina sem rótulo derivada da proteólise tecidual para a associação precursora do tecido para síntese proteica. O método tem a resolução espacial para determinar as taxas de síntese protéica em camadas de células e neurópilo, bem como núcleos hipotalâmicos e do nervo craniano. Para obter dados quantitativos confiáveis e reprodutíveis, é importante aderir aos detalhes processuais. Aqui apresentamos os procedimentos detalhados do método quantitativo autoradiográfico L-[1-14C]-leucina para a determinação das taxas regionais de síntese protéica in vivo.
A síntese proteica é um importante processo biológico necessário para a mudança adaptativa de longo prazo no sistema nervoso1. A inibição da síntese proteica bloqueia o armazenamento de memória de longo prazo em invertebrados e vertebrados2. A síntese proteica é essencial para a manutenção das fases tardias de algumas formas de potenciação a longo prazo (LTP) e depressão a longo prazo (Ltd)3, sobrevivência neuronal durante o desenvolvimento4, e para a manutenção geral do neurônio e sua conexões sinápticas5. A mensuração das taxas de síntese de proteínas cerebrais pode ser uma ferramenta importante para o estudo de alterações adaptativas, bem como distúrbios do neurodesenvolvimento e distúrbios relacionados à aprendizagem e à memória.
Desenvolvemos um método para quantificar as taxas de síntese protéica cerebral in vivo em um animal acordado que oferece vantagens inerentes a outras técnicas que estimam taxas em preparações ex vivo ou in vitro de tecido cerebral6. Acima de tudo é a aplicabilidade para medições no cérebro intacto em um animal acordado. Esta é uma consideração chave porque permite medições com estrutura sináptica e função no lugar e sem preocupações sobre efeitos post mortem. Além disso, a abordagem autoradiográfica quantitativa que empregamos atinge um alto grau de localização espacial. Considerando que a energia de 14C é tal que não podemos localizar o traçador no nível subcelular ou celular, podemos medir as taxas em camadas celulares e pequenas regiões cerebrais, como núcleos hipotalâmicos, com aproximadamente uma resolução de 25 μm7.
Um desafio de medições in vivo com radiofármacos é garantir que o radiomarcar medido está no produto da reação de interesse, em vez de precursor rotulado não reagido ou outros produtos metabólicos rotulados estranhos6. Nós escolhemos L-[1-14C]-leucina como o aminoácido Tracer porque é incorporado na proteína ou metabolizado ràpida a 14co2, que é diluído na grande associação de co2 sem rótulo no cérebro resultando da taxa elevada de metabolismo energético8. Além disso, qualquer 14c não incorporado em proteínas existe principalmente como livre [14c]-leucina, que durante o período experimental de 60 min, é quase totalmente eliminada do tecido6. As proteínas são então fixadas ao tecido com formalina e posteriormente enxaguadas com darágua remover qualquer livre [14C]-leucina antes da autoradiografia.
Outra consideração importante é a questão da diluição da atividade específica da Associação de aminoácidos precursores por aminoácidos não rotulados derivados da proteólise tecidual. Nós mostramos que no rato e no rato adultos, aproximadamente 40% do pool da leucina do precursor para a síntese da proteína no cérebro vem dos ácidos aminados derivados da avaria6da proteína. Isso deve ser incluído no cálculo das taxas regionais de síntese de proteínas cerebrais (rCPS) e deve ser confirmado em estudos em que essa relação pode mudar. A base teórica e os pressupostos do método foram apresentados em detalhes em outros lugares6. Neste artigo, focamos as questões processuais da aplicação desta metodologia.
Este método tem sido empregado para a determinação de RCPS em esquilos terrestres9, ovinos10, macacos rhesus11, ratos12,13,14,15,16 , 17 anos de , 18 anos de , 19 anos de , 20 anos de , 21, um modelo do rato do complexo de esclerose tuberosa22, um modelo do rato da síndrome frágil de x23,24,25,26, ratos frágeis da pré-mutação de x27, e um modelo do rato do fenilcetonúria28. Neste manuscrito, apresentamos os procedimentos de mensuração de rCPS com o método in vivo autoradiográfico L-[1-14C]-leucina. Nós apresentamos rCPS em regiões do cérebro de um rato acordado do controle. Nós igualmente demonstramos que in vivo a administração do anisomycin, um inibidor da tradução, abole a síntese da proteína no cérebro.
Nota: todos os procedimentos animais foram aprovados pelo Instituto Nacional de saúde mental e Comitê de uso de animais e foram realizados de acordo com os institutos nacionais de diretrizes de saúde sobre o cuidado e uso de animais.
Uma visão geral do protocolo é apresentada na Figura 1.
1. implante cirurgicamente cateteres em veia femoral e artéria para administração do traçador e coleta de amostras de sangue arterial cronometradas, respectivamente. Termine a cirurgia pelo menos 22 h antes da administração do Tracer. A cirurgia requer cerca de 1 h para ser concluída.
2. Prepare a solução injetável de L-[1-14C] leucina e a solução de dihidrato de ácido 5-sulfosalicílico (SSA) a 16% (p/v) para amostras de plasma de desproteinização. Na solução SSA, também incluem 0, 4 mM de norleucina e 1 μCi/mL [H3] leucina como padrões internos para análise de aminoácidos e análise da concentração de traçador nas frações plasmáticas solúveis em ácido, respectivamente. Armazene o SSA até dois meses a 4 ° c.
3. administrar L-[1-14C] leucina intravenosamente e coletar amostras de sangue arterial.
4. analisar as concentrações de leucina e L-[1-14C] leucina em amostras de plasma.
5. Realize a autoradiografia quantitativa.
6. analise imagens.
Nota: recomenda-se um programa comercialmente disponível para análise de imagem juntamente com uma câmera CCD e uma caixa de luz fluorescente com iluminação uniforme. As densidades ópticas relativas na película iluminada são detectadas pela câmera do CCD.
7. computação de rCPS. Computar rCPS em cada ROI por meio da seguinte equação:

Onde p * (t) é a concentração média ponderada do tecido de 14c no ROI, cp(t) e c*p(t) são as concentrações plasmáticas arteriais de leucina sem rótulo e rotulada no momento, t, t é o tempo que o animal morreu ( cerca de 60 min), e λ é a fração de leucina na piscina precursora do tecido que vem do plasma. A avaliação do λ é realizada em um experimento separado 6. λ foi avaliado nos camundongos WT, Fmr1 knockout, TSC+/-e PKU 6,22,25,28. Se um experimento envolver alterações genéticas ou farmacológicas que possam afetar as taxas de síntese protéica, degradação ou metabolismo da leucina, λ deve ser avaliado as novas condições.
Aqui nós mostramos uma experiência representativa que demonstra os efeitos da administração prévia de um inibidor da síntese da proteína em rCPS. Anisomycin no soro fisiológico normal foi administrado a um rato selvagem-tipo masculino adulto de C57/BL6 por via subcutânea (100 MGS/quilograma) 30 minutos antes do início da determinação de RCPS. Os efeitos do tratamento com anisomicina em comparação com um animal de controle tratado pelo veículo mostram que o rCPS é quase indetectável no camundongo tratado com anisomicina (Figura 4). Estes dados representam uma validação que o método in vivo autoradiográfico L-[1-14C]-leucina mede as taxas de síntese protéica no cérebro.
Apresentamos uma figura de L-[1-14C]-autoradiogramas de leucina em quatro níveis do cérebro para demonstrar a resolução do método (Figura 5). Ilustradas são as camadas celulares no bulbo olfativo (Figura 5a e B), o hipocampo (Figura 5C) e o cerebelo (Figura 5g). Os núcleos no hipotálamo (Figura 5D), a ponte (Figura 5 e e F) e o tronco encefálico (Figura 5h) também são claramente observados nos autoradiogramas. Também mostramos as taxas regionais quantitativas de síntese protéica no córtex frontal (5,88 nmol/g/min) (Figura 6a) e hipocampo dorsal (5,35 nmol/g/min) (Figura 6B) de um animal de controle típico.

Figura 1: esquemático representando as etapas de todo o protocolo rCPS. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: imagem da artéria femoral exposta e veia femoral. Estabelecendo-se paralelamente, a artéria femoral é mostrada acima da veia femoral. A veia femoral também tem uma cor vermelha mais profunda do que a artéria femoral. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: imagem da estrutura animal recomendada para o experimento de rCPS. Utiliza um cerco animal cilíndrico desobstruído com o apêndice do giro conectado a um Tether da mola. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: imagens representativas de um animal tratado com um veículo (a) em comparação com um animal tratado com anisomicina (100 mg/kg, por via subcutânea) 30 min antes da administração do traçador (B). As taxas de síntese proteica são proporcionais ao nível de escuridão na imagem. Anisomycin reduz drasticamente as taxas de síntese de proteínas medidos, indicando a especificidade deste método. A barra de escala no canto superior direito de A representa 1 mm e se aplica a ambas as imagens. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5: autoradiogramas digitalizados de um rato comportado acordado ao nível do bulbo olfativo (a, B), hipotálamo (C, D), Pons (e, F), cerebelo (g) e tronco encefálico (g, H). As regiões mais escuras têm maiores rCPS. A barra de escala no painel G aplica-se aos painéis a, C, e e G. Autoradiogramas à direita (B, D, F e H) são ampliadas imagens das áreas designadas nas imagens à esquerda e a barra de escala no painel H se aplica aos painéis B , D, F, e H. as abreviaturas são as seguintes: FrA, córtex de associação frontal; OB, bulbo olfatório; AO, núcleo olfatório anterior; GL, camada glomerular; EPl, camada plexiforme externa; BLA, amígdala basolateral; py, camada de células piramidais; dHi, hipocampo dorsal; DG, giro dentado; MHb, habenula medial; RT, núcleo reticular talâmico; VMH, núcleo hipotalâmico medial ventral; Arco, núcleo arcubado; EW, núcleo Edinger-Westphal; R, núcleo vermelho; PN, núcleo Pontina; ML, camada molecular; GL, camada granular; PC, camada da pilha de Purkinje; UC, núcleo Cuneate; AP, área postrema; 10, núcleo motor dorsal do vagus; 12, núcleo hipogloquial. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6: autoradiogramas digitalizados de um rato de controle de comportamento acordado ao nível do córtex frontal (a) e do hipocampo dorsal (B). As taxas de síntese de proteínas cerebrais são codificadas por cores nas imagens de acordo com a barra de cores mostrada à direita. A barra de escala no canto inferior esquerdo de A representa 1 mm e se aplica a ambas as imagens. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os autores não têm conflitos de interesse para divulgar.
A síntese proteica é um processo biológico crítico para as células. No cérebro, é necessário para mudanças adaptativas. A mensuração das taxas de síntese proteica no cérebro intacto requer considerações metodológicas cuidadosas. Aqui nós apresentamos o L-[1-14C]-método Bakersfield quantitativo da leucina para a determinação de taxas regionais da síntese da proteína cerebral in vivo.
Os autores gostariam de reconhecer Zengyan Xia para a genotipagem dos camundongos, Tom Burlin para o processamento de aminoácidos e filmes, e Mei Qin para realizar alguns dos experimentos de rCPS. Esta pesquisa foi apoiada pelo programa de pesquisa intramural da NIMH, ZIA MH00889. RMS também foi apoiado por um autismo fala pós-doutorado Fellowship 8679 e uma FRAXA pós-doutorado Fellowship.
| Camundongos | The Jackson Laboratory | 003024 | Fmr1 knockout casais reprodutores |
| Anisomicina | Tocris Bioscience | 1290 | |
| Tubos de microhematócrito | Tuboscapilares | Drummond Scientific | 1-000-3200-H |
| Selante de tubo capilar Critoseal Selante | de tubo de39215003 | Leica | Microsystems |
| Frasco de vidro inserções | Agilent | 5183-2089 | usadas para coletar amostras de sangue |
| Digi-Med Blood Pressure Analyzer | Micro-Med Inc. | Analisador de pressão arterial | BPA-400 |
| Sistema de monitoramento de glicose no sangue Bayer Breeze 2 | Medidor de glicose | Bayer Breeze | 9570A |
| Seringa estanque | a gás Hamilton Co. | Seringa de vidro tuberculínico | 1710 |
| HeatMax HotHands-2 Aquecedores de mãos | HeatMax | Modelo HH2 | almofadas de aquecimento |
| Solução de descarga de bloqueio de heparina | Fresenius Kabi USA, LLC | 504505 | solução salina de heparina |
| Recipiente transparente para animais | Instech | MTANK/W | recinto para animais |
| Correia de mola | Tubo de cateter/acessório para roedores | Instech | PS62 |
| Ganchos giratórios | Instech | 375/25 | para amarração de mola |
| Braço giratório e montagem | Ganchos | SMCLA | Instech para giro e recinto de animais |
| Botão de amarração | Instech | VAB62BS/22 | anexa à parte inferior da corda de mola |
| Tubo de aço inoxidável | Feito internamente | N/A | usado para serpentear cateteres através do mouse |
| Matrx VIP 3000 | Matrx | 91305430 | vaporizador de isoflurano |
| Isoflurano | Stoelting Co. | 50207 | adsorvente de isoflurano/halotano |
| Clippers | Oster Finisher | Modelo 59 | |
| Ganchos cirúrgicos | para pele Fabricado internamente (??) | N/A (??) | |
| 0,9% de cloreto de sódio Salino | APP Pharmaceuticals LLC | 918610 | |
| Fórceps | Fine Science Tools | 11274-20 | |
| Tesoura cirúrgica | Fine Science Tools | 14058-11 | |
| Microscissors | Fine Science Tools | 15000-00 | |
| UNIFY suturas cirúrgicas de seda | AD Surgical | #S-S618R13 | 6-0 USP, tubulação de |
| polietileno PE-8 | não absorvívelSAI Infusion Technologies | PE-8-25 | |
| Seringa | Becton Dickinson and Co. | 309659 | tubulação de polietileno PE-10de 1cc/mL |
| Argila Adams | 427400 | ||
| MCID Analysis | Imaging Research Inc. | Análisede densidade óptica | versão 7.0 |
| Lâminas revestidas com gelatina (75x25mm) | FD Neurotechnologies | PO101 | |
| Cryostat | Leica | CM1850 | |
| Super RX-N filme de raio-x médico | Fuji | 47410-19291 | |
| Hypercassettes (8x10 in) | Amersham Pharmacia Biotech | 11649 | |
| [1-14C]leucina | Tubo de microcentrífugaMoravek | MC404E | |
| Sarstedt Aktiengesellschaft & Co. | 72.692.005 | usado para desproteinizar amostras de sangue | |
| Pipeta pasteur de vidro | Wheaton | 357335 | |
| Lã de vidro | Sigma-Aldrich | 18421 | |
| Nitrogênio | NIH Supply Center | 6830009737285 | |
| Fluido de cintilação | CytoScint | 882453 | |
| Contador de cintilação líquida | Packard Tri-Carb | 2250CA | |
| Analisador de aminoácidos | Pickering Laboratories | Pinnacle PCX | |
| HPLC unit | Agilent Technologies | 1260 Infinity | inclui 1260 Bomba Bio-Inerte |
| Microscópio cirúrgico | Wild Heerbrugg | M650 | |
| Ácido sulfossalicílico | Sigma-Aldrich | MKBS1634V | Ácido 5-sulfossalicílico di-hidratado |
| Norleucina | Sigma | N8513 | |
| 1.0 N HCl | Sigma-Aldrich | H9892 | |
| [H3]leucina | Moraevk | MC672 | |
| Tubo Falcon | Thermo Scientific | 339652 | tubos de centrífuga cônicos 50 mL |
| Cronômetro | Heuer Microsplit | Modelo 1000 | 1/100 min |
| Solução de Eutanásia | Vet One | H6438 | |
| Northern Light Precision Illuminator | Imaging Research Inc. | Caixa deluz fluorescente | modelo B95 |
| Micro-NIKKOR 55mm f/2.8 | Nikon | 1442 | Câmera CDD |