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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
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.
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
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 3B). O ensaio foi encontrado como linear na faixa de 50-200 μg de proteína, conforme avaliado por quantidades de fálica rotulada retidas. A dispersão de luz a 540 nm foi utilizada para confirmar as diferentes quantidades de amostras(Figura 2C e Figura 3C).
Latrunculin, um agente despolimerizador actin reduz a vinculação da fáliceina rotulada
Latrunculin A é conhecido por despolimerizar filamentos actin e reduzir os níveis de F-actin36,37,38,39. Homogeneados de roedores ou tecidos cerebrais humanos foram incubados com 2 μM latrunculin A por 1 hora a 37 °C para despolimerizar filamentos de actina. Os respectivos conjuntos de controle não tratados foram incubados com DMSO durante a mesma duração de 1 hora a 37 °C. O ensaio mediu robustamente a perda dos níveis de F-actin de 95,7 ± 6,6 (média ± SEM) em amostras de controle para 72,0 ± 3,2 (média ± SEM) μU de faloideina amarrada em amostras tratadas com latrunculina em homogeneados cerebrais roedores(Figura 4A). Também foi observada uma redução semelhante (de 83,7 ± 3,9 para 66,9 ± 4,2 μU) na retenção de faloideina rotulada quando homogeneizados de tecidos cerebrais humanos submetidos ao tratamento de latrunculina A(Figura 4B). Notavelmente, os níveis totais de actina, conforme avaliado pela imunoblotação, não alteraram no tratamento com latrunculina A tanto em ratos (Figura Suplementar 1A-B) quanto em homogeneizadores cerebrais humanos(Figura Suplementar 1C-D).
Despolarização de terminais sinápticos isoladosestimula polimerização e formação de filamentos
A despolarização ex vivo de terminais sinápticos isolados tem sido demonstrada como resultado de rápida estimulação da polimerização de actina6,30,40, e esse fenômeno foi utilizado como mais uma confirmação do ensaio aqui relatado. Frações bioquímicas enriquecidas em terminais sinápticos foram preparadas de duas maneiras diferentes; um método de ultracenrifugação baseado em gradiente para obter "sinátulas"41,42,43,44 e um protocolo sequencial baseado em filtração para obter "sinatoneuros"43,45,46. Como o rendimento para este último é maior, usamos para tecidos cerebrais pós-morte humanos, onde as quantidades de tecido são muitas vezes limitantes. Por outro lado, preferimos usar sinapstosomos com maior grau de enriquecimento dos fragmentos sinápticos41 para nossos experimentos de tecido cerebral de ratos.
A despolarização de sinástomos ou sinápitos e estimulação da polimerização da actina foram alcançadas por uma pequena (30 segundos) de aumento em K extracelular+ para 50 mM. A exposição à LCL resultou no aumento da ligação com a faloideina em quase 40% em sinatos cerebrais roedores em comparação com os respectivos controles simulados estimulados(Figura 5A; ver também Figura Suplementar 2A). Um menor (em torno de 20%) mas o aumento consistente também foi observado em sináptos humanos tratados com LCL (Figura 5B; ver também Figura Suplementar 2A). Esses experimentos validam a robustez de nosso ensaio na determinação de alterações nos níveis de F-actin em amostras de tecido cerebral, incluindo terminais sinápticos isolados.

Figura 1. Curva padrão para fluorescência de Alexa Fluor 647 Phalloidin. A linearidade da emissão de fluorescência de diferentes quantidades (25-500 μU) de fhalloidina rotulada foi confirmada por espectroscopia de fluorescência a uma excitação de 645 nm e emissão de 670 nm (R2 = 0,9942). Os dados são representados como média ± SEM (n=3). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2. Linearidade da fhalloidina ligando-se a homogeneizadores de células inteiras do tecido cerebral de rato. (A) Foi avaliada a ligação da falooidina a diferentes quantidades de homogeneizadores (50-300 μg de proteína). (B) A ligação foi linear na faixa de 50-200 μg de proteína (R2 = 0,9602). (C) A dispersão a 540 nm foi utilizada para confirmar diferentes quantidades das amostras (R2 = 0,8319). Os dados são representados como média ± SEM (n=4). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3. A faloidina liga-se a homogeneizadores de células inteiras do tecido cerebral humano pós-morte. (A) A retenção de falooidina em uma gama de quantidades de homogeneizadores (50-300 μg de proteína) foi avaliada. (B) A ligação com a faloideina foi encontrada linear na faixa de 50-200 μg de proteína (R2 = 0,8832). (C) A dispersão a 540 nm confirmou as quantidades variadas das amostras (R2 = 0,9730). Os dados são representados como média ± SEM (n=4). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4. Efeitos da latrunculina A nos níveis de A-actin. O tratamento de homogeneizações cerebrais com o agente despolimerizador de actina Latrunculin A (2 μM, 1 h a 37°C) resultou em diminuição significativa nas quantidades de filamentos de actina em comparação com as respectivas amostras de controle tratadas simuladas, avaliadas pela retenção de fápio rotulado tanto em roedor (p = 0,0034; emparelhado t-testede duas caudas do aluno) (A) e tecidos humanos pós-morte (p = 0,0011; emparelhado t-teste de duascaudas) (B). Os dados são representados como ± MÉDIOS (n=6 pares). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5. Efeitos da despolarização mediada por KCl em quantidades de F-actin em terminais sinápticos isolados. (A) Incubação de sinápstoses do cérebro de rato com 50 mM KCl para 30 s a 37°C estimulada polimerização de actina que resultou em um aumento na ligação de faloideina (p = 0,0014; emparelhado teste t-tdo aluno de duas caudas). (B) Um aumento menor também foi observado na fração sináptonista dos tecidos cerebrais humanos pós-morte (p = 0,014; emparelhado t-testedo aluno de duas caudas). Os dados são representados como ± MÉDIOS (n=6 pares). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura suplementar 1. Efeitos da latrunculina A nos níveis totais de actina. Os homogeneizadores cerebrais foram incubados com latrunculina A (2 μM, 1 h a 37°C) ou igual volume de DMSO (1 h a 37°C). Foram coletados 10 μg de proteína por amostra (latrunculin A tratado e controles tratados com mock- treated DMSO) antes da fixação. Os níveis totais de actina foram avaliados por imunoblotação. Manchas representativas são mostradas para homogeneizadores cerebrais de ratos (A) e humanos(C). Latrunculin A não alterou os níveis totais deactin em ambos os ratos (B; p = 0,40; emparelhado t-teste do aluno de duas caudas) e humano(D; p = 0,42; emparelhado t-testedo aluno de duas caudas). Os dados são representados como média ± SEM (n=3 pares). Clique aqui para baixar este Arquivo.
Figura suplementar 2. Efeitos da despolarização mediada por KCl nos níveis de F-actin em sinátutos de ratos e sinapontorosos humanos. (A) Incubação de sinápstoses do cérebro de rato com 50 mM KCl (30 s a 37 °C) estimulada polimerização deactina e um consequente aumento na ligação de faloideina (p = 0,0019; emparelhado t-teste do aluno de duas caudas). (B) O aumento da retenção de falooidina também foi observado na fração sinatoneurosomal humana despolarizada pela LCI em comparação com os respectivos controles não estimulados (p = 0,015; emparelhado t-testedo aluno de duas caudas). Os dados são representados como ± MÉDIOS (n=6 pares). Clique aqui para baixar este Arquivo.
Os autores não têm nada a revelar.
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.
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.
| 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 | Grau II |
| 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 | moleculares | 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 |