Relatamos um ensaio simples, eficiente e de alta produtividade baseado em espectroscopia de fluorescência para a quantificação de filamentos de actina em amostras biológicas ex vivo de tecidos cerebrais de roedores e seres humanos.
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Relatamos um ensaio simples, eficiente e de alta produtividade baseado em espectroscopia de fluorescência para a quantificação de filamentos de actina em amostras biológicas ex vivo de tecidos cerebrais de roedores e seres humanos.
Actin, o principal componente do citoesqueleto, desempenha um papel crítico na manutenção da estrutura e função neuronal. Nos estados fisiológicos, a actina ocorre em equilíbrio em suas duas formas: globular monomérica (G-actin) e fisordenos polimerizados (F- actina). Nos terminais sinápticos, o citoesqueleto de actin forma a base para funções críticas pré e pós-sináptica. Além disso, mudanças dinâmicas no status de polimerização da actina (interconversão entre formas globulares e relacionáveis de actina) estão intimamente ligadas a alterações relacionadas à plasticidade na estrutura e função sináptica. Informamos aqui uma metodologia baseada em fluorescência modificada para avaliar o status de polimerização da actina em condições ex vivo. O ensaio emprega fábulina fluorescentemente rotulada, uma falotoxina que se liga especificamente aos filamentos de actina (F-actin), fornecendo uma medida direta de ato de fiomatos polimerizados. Como prova de princípio, fornecemos evidências para a adequação do ensaio tanto em roedores quanto em homogeneizações de tecido cerebral humano pós-morte. Utilizando latrunculin A (uma droga que despomeriza filamentos de actina), confirmamos a utilidade do ensaio no monitoramento de alterações nos níveis de F-actin. Além disso, estendemos o ensaio a frações bioquímicas de terminais sinápticos isolados em que confirmamos o aumento da polimerização da actina após a estimulação por despolarização com alto K+extracelular .
A actina de proteína citoesquelél está envolvida em múltiplas funções celulares, incluindo suporte estrutural, transporte celular, motilidade celular e divisão. A actina ocorre em equilíbrio em duas formas: actina globular monomérica (G-actin) e ato de fisordenada polimerizada (F-actin). Mudanças rápidas no status de polimerização da actina (interconversão entre suas formas G e F) resultam em rápida montagem de filamentos e desmontagem e fundamentam suas funções regulatórias na fisiologia celular. Actin forma o principal componente da estrutura citoesquelético neuronal e influencia uma ampla gama de funções neuronais1,2. Note-se que o citoesqueleto actin forma parte integrante da plataforma estrutural dos terminais sinápticos. Como tal, é um dos principais determinantes da morfogênese sináptica e da fisiologia e desempenha um papel fundamental no controle do tamanho, número e morfologia das sinapses3,4,5. Em particular, a polimerização dinâmica de actina-despomerização é um determinante fundamental da remodelagem sináptica associada à plasticidade sináptica subjacente aos processos de memória e aprendizagem. De fato, tanto as funções pressiná-iânfmáticas (como a liberação neurotransmissor6,7,8,9,10) quanto as funções postsintálicas (remodelagem dinâmica relacionada à plasticidade11,12,13,14) dependem criticamente de mudanças dinâmicas no status de polimerização do citoesqueleto actin.
Em condições fisiológicas, os níveis de F-actin são dinamicamente e firmemente regulados através de uma via multimodal envolvendo modificação pós-transacional4,15,16, bem como proteínas de ligação de actina (ABPs)4,17. Os ABPs podem influenciar a dinâmica da actina em vários níveis (como iniciar ou inibir a polimerização, induzir ramificações de filamentos, cortar filamentos em peças menores, promover a despomerização e proteger contra a despomerização), e estão em turno sob um rigoroso controle modulatório sensível a vários sinais extra e intracelular18,19,20. Tais verificações regulatórias em vários níveis ditam uma regulação rigorosa da dinâmica da actina no citoesqueleto sináptico, afinando aspectos pré e postinopticos da fisiologia neuronal, tanto nos estados basais quanto induzidos pela atividade.
Dado os importantes papéis da actina na fisiologia neuronal, não é de surpreender que vários estudos tenham fornecido evidências de alterações na dinâmica da actina como eventos patogênicos críticos ligados a uma ampla gama de distúrbios neurológicos, incluindo neurodegeneração, doenças psicológicas e doenças neurodesenvolvimentares3,21,22,23,24,25,26,27. Apesar da riqueza de dados de pesquisa que apontam para papéis-chave da actina na fisiologia neuronal e na fisiopatologia, no entanto, lacunas significativas ainda permanecem na compreensão da dinâmica da actina, particularmente no citoesqueleto sináptico. Mais estudos de pesquisa são necessários para ter uma melhor compreensão da actina neuronal e suas alterações em condições patológicas. Uma das principais áreas de foco nesse contexto é a avaliação do status de polimerização de actina. Existem kits comerciais baseados em manchas ocidentais (G-Actin/F-Actin in vivo assay bioquímico kit; Cytoskeleton SKU BK03728,29) e ensaios caseiros para avaliação dos níveis de F-actin6. No entanto, como estes requerem isolamento bioquímico de F-actin e G-actin e porque sua quantificação subsequente é baseada em protocolos de imunobloquetação, eles podem ser demorados. Aqui relatamos um ensaio baseado em espectroscopia de fluorescência adaptado de um estudo anterior30 com modificações que podem ser usadas para avaliar tanto os níveis basais de F-actin, como mudanças dinâmicas em sua montagem-desmontagem. Notavelmente, modificamos eficientemente o protocolo original que requer amostras adequadas para um cuvette de 1 mL para o formato atual de placa de 96 poços. O protocolo modificado reduziu significativamente a quantidade de tecido/amostra necessária para o ensaio. Além disso, fornecemos evidências de que o protocolo é adequado não apenas para homogeneizadores de tecido cerebral, mas também frações subcelulares, como terminais sinápticos isolados (sinápttos e sinápticos). Por fim, o ensaio pode ser empregado para tecidos cerebrais de roedores recém-dissecados e amostras cerebrais humanas pós-morte armazenadas a longo prazo. Note-se que, embora o ensaio seja apresentado em um contexto neuronal, ele pode ser adequadamente estendido a outros tipos de células e processos fisiológicos associados a eles.
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Todos os procedimentos experimentais foram realizados de acordo com as normas do Comitê de Ética da Universidade de Otago no Cuidado e Uso de Animais de Laboratório (Protocolo de Ética Nº. AUP95/18 e AUP80/17) e legislatura neozelandesa. Os tecidos cerebrais humanos foram obtidos do Neurological Tissue Bank of Hospital Clínic-IDIBAPS BioBank em Barcelona, Espanha. Todos os protocolos de coleta de tecidos foram aprovados pelo Comitê de Ética do Hospital Clínic, em Barcelona, e o consentimento informado foi obtido das famílias.
1. Preparação de tampões e reagentes
2. Homogeneização do tecido cerebral
3. Preparação de terminais nervosos isolados
4. Despolarização mediada por KCl de terminais sinápticos isolados
5. Fixação e mancha de faloideína de amostras
6. Análise fluorométrica e dispersão de luz
7. Análise de dados
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Linearidade do ensaio para avaliação dos níveis de F-actin
Primeiro, foi verificada uma curva padrão para o aumento linear da fluorescência de Alexa Fluor 647 Phalloidin e repetida para cada conjunto de experimentos(Figura 1). Para investigar a faixa linear do ensaio, foram processadas diferentes quantidades de homogeneizadores cerebrais de roedores(Figuras 2A e 2B) e indivíduos humanos pós-morte(Figura 3A e ...
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O ensaio aqui descrito, essencialmente adaptado de um estudo anterior30 com modificações, emprega uma falotoxina, phalloidina marcada com um rótulo fluorescente. Os análogos fluorescentes de faloidina são considerados o padrão-ouro para filamentos de actina de coloração em tecidos fixos47,48,49. Na verdade, são as ferramentas mais antigas para identificar especificamente os filamentosact...
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Os autores não têm nada a revelar.
Este trabalho foi apoiado pela Fundação Neurológica da Nova Zelândia (1835-PG), pelo Conselho de Pesquisa em Saúde da Nova Zelândia (#16-597) e pelo Departamento de Anatomia da Universidade de Otago, Nova Zelândia. Estamos em dívida com o Banco de Tecidos Neurológicos do HCB-IDIBAPS BioBank (Espanha) por tecidos cerebrais humanos. Agradecemos a Jiaxian Zhang por sua ajuda na gravação e edição do vídeo.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Tubo de policarbonato de parede espessa de 3,5 mL, de topo aberto | Beckman Coulter | 349622 | Para centrifugação gradiente (preparação de sinaptossomo) |
| Alexa Fluor 647 Faloidina | Thermo Fisher Scientific | A22287 | F-actina ligante específico |
| Anticorpo contra b-actina | Santa Cruz Biotechnology | Sc-47778 | Para avaliação dos níveis totais de actina por imunotransferência |
| Anticorpo contra GAPDH | Abcam | Ab181602 | Para avaliação dos níveis de GAPDH por immunoblotting |
| Bio-Rad Protein Assay Dye Reagent Concentrate | Bio-Rad | 5000006 | Bradford based protein estimation |
| Cloreto de cálcio di-hidratado (CaCl2· 2H2O) | Sigma-Aldrich | C3306 | Componente tampão Krebs |
| cOmplete, Mini, Inibidor de Protease sem EDTA Coquetel | Sigma-Aldrich | 4693159001 | Para inibição da atividade da protease endógena durante a preparação da amostra |
| Corning 96-well Clear Flat Bottom Polystyrene | Corning 3596 | Para medições de espalhamento de luz | |
| D-(+)-Glicose | Sigma-Aldrich | G8270 | Componente tampão Krebs |
| Dimetilsulfóxido | Sigma-Aldrich | D5879 | Solvente para faloidina e latrunculina A |
| Scanner de mesa fluorescente (Odyssey Infrared Scanner) | Li-Cor Biosciences | Para detecção de sinais imunorreativos em immunoblots | |
| Solução de glutaraldeído (25% em água) Fixador | Sigma-Aldrich | G6257 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | Ingrediente tampão para preparação de amostras e componente tampão Krebs |
| Latrunculina A | Sigma-Aldrich | L5163 | Despolimerizador de filamentos de actina |
| Cloreto de magnésio hexahidratado (MgCl2· 6H2O) | Sigma-Aldrich | M2670 | Componente tampão Krebs |
| Microplacas | |||
| Filtro de membrana Mitex 5 mm | Millipore | LSWP01300 | Preparação de sinaptoneurossomas |
| Nunc F96 MicroWell Placa preta | Thermo Fisher Scientific | 237105 | Para medições fluorométricas |
| Filtro de rede de nylon 100 mm | Millipore | NY1H02500 | Preparação de sinaptoneurossomos |
| Coquetel de inibidor de fosfatase IV | Abcam | ab201115 | Para inibição da atividade da fosfatase endógena durante a preparação da amostra |
| Cloreto de potássio (KCl) | Sigma-Aldrich | P9541 | Componente tampão Krebs e para despolarização dos terminais sinápticos |
| Fosfato de potássio monobásico ((KH2PO4 ) | Sigma-Aldrich | P9791 | Componente tampão Krebs |
| Borohidreto de sódio (NaBH4) | Sigma-Aldrich | 71320 | Componente do tampão de permeabilização |
| Cloreto de sódio (NaCl) | LabServ (Thermo Fisher Scientific) | BSPSL944 | Componente tampão Krebs |
| Hidrogenocarbonato de sódio (NaHCO3) | LabServ (Thermo Fisher Scientific) | Componente tampão BSPSL900 Krebs | |
| SpectraMax i3x | Dispositivos | Para medições fluorométricas | |
| Sacarose | Fisher Chemical | S/8600/60 | Ingrediente tampão para preparação de amostras |
| Porta-filtro Swimnex | Millipore | Sx0001300 | Preparação de sinaptoneurossomos |
| Moedor de tecidos 5 mL Potter-Elvehjem | Duran Wheaton Kimble | 358034 | Para homogeneização de tecidos |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100 | Componente do tampão de permeabilização |
| Base Trizma | Sigma-Aldrich | T6066 | Ingrediente tampão para preparação de amostras |
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