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Os nanotubos de tunelamento (TNTs) são condutos de membrana à base de actina F, principalmente abertos, e desempenham um papel vital na transferência intercelular de carga e organelas1. A característica única dos TNTs é que eles conectam células vizinhas sem qualquer contato com o substrato; têm mais de 10-300 μm de comprimento e os seus diâmetros variam entre 50 nm a 1 μm 2,3. Os TNTs são estruturas transitórias e sua vida útil dura entre alguns minutos a várias horas. Os TNTs foram demonstrados pela primeira vez em células neuronaisPC12 1; posteriormente, numerosos estudos mostraram sua existência em vários tipos celulares in vitro e in vivo 4,5. Diversos estudos têm revelado a significância patológica dos TNTs em diversos modelos de doenças, como doenças neurodegenerativas, câncer e infecções virais 6,7,8.
As heterogeneidades estruturais dos TNTs têm sido demonstradas por diversos estudos em diversos sistemas celulares9. As diferenças são baseadas na composição do citoesqueleto, no mecanismo de formação e nos tipos de carga transferidos10. Primeiramente, considera-se que a continuidade da membrana aberta e positiva para F-actina que paira entre duas células vizinhas e transfere organelas consiste em TNTs11. No entanto, a falta de clareza ou diversidade observada na formação de TNTs aumenta a dificuldade no desenvolvimento de marcadores específicos de TNT. Assim, é difícil identificar estruturas de TNT por métodos convencionais de detecção e distinguir nanotubos de membrana em termos de saliências abertas e fechadas12. No entanto, a característica dos TNTs pairarem como saliências de membrana de actina F entre duas células é relativamente mais fácil e mais viável de identificar usando técnicas de imagem convencionais. Outras saliências celulares à base de actina, como filópodes e filópodes dorsais, não podem pairar entre duas células distantes, particularmente quando as células são fixas. É importante ressaltar que neurites em desenvolvimento fechadas, eletricamente acoplados e são frequentemente denominados estruturas semelhantes ao TNT13.
Sabe-se que a F-actina desempenha um papel importante na formação de TNT, e vários estudos têm demonstrado que o inibidor de F-actina citocalasina D inibe a formação de TNTs14,15. Em contraste, os inibidores dos microtúbulos não têm qualquer efeito sobre a formação de TNT16. Nas últimas 2 décadas, houve vários relatos sobre o papel significativo que os TNTs desempenham na disseminação da patologia e da resistência e terapia tumoral17. Portanto, há uma demanda interminável por melhores técnicas para caracterização do TNT.
A falta de marcadores específicos de TNTs e a diversidade na morfologia e composição citoesquelética dificultam o desenvolvimento de um método único de caracterização. Alguns estudos têm utilizado técnicas automatizadas de detecção de imagens e quantificação de TNT18,19. No entanto, existem várias vantagens do atual método de análise manual de volume 3D sobre a análise automática de imagens para a detecção e quantificação de TNTs. Muitas vezes, os olhos humanos treinados podem detectar essas nanoestruturas pairando mais facilmente do que um método automatizado de detecção de imagem. Além disso, os métodos de detecção automática podem ser difíceis de implementar em laboratórios sem experiência em algoritmos. O presente método poderia ser amplamente adotado pelos pesquisadores devido à sua precisão e reprodutibilidade.
Em um estudo recente, mostramos que a oAβ promove a biogênese de TNTs em células neuronais por meio de um mecanismo de endocitose mediado por PAK1, dependente deactina12. TNTs induzidos por oAβ também expressam PAK1 ativado (ou fosfo-PAK1). Desenvolvemos um método de reconstrução de imagem de visão de volume 3D para distinguir TNTs imunocorados por oAβ, F-actina e fosfo-PAK1. β-III tubulina positiva, neurites em desenvolvimento muitas vezes se assemelham a estruturas flutuantes semelhantes a TNT20. Assim, distinguimos ainda mais os TNTs à base de F-actina dos neurites positivos para tubulina β-III e de outras saliências semelhantes ao TNT. Imagens de visualização de volume 3D têm sido usadas para identificar TNTs com base em suas características de pairar sobre o substrato e permanecer conectado entre duas células vizinhas. Este trabalho descreve a identificação e detecção de condutos de membrana contendo actina ou TNTs usando imagens confocais z-stack e, finalmente, quantificação manual das estruturas identificadas a partir de imagens de reconstrução de visualização de volume 3D. O método apresentado não pode distinguir TNTs próprios abertos de estruturas semelhantes a TNT fechadas; este método ajuda a identificar TNTs em cultura de células 2D in vitro em um substrato plano. No entanto, o método é fácil de implementar e reproduzir e pode ser amplamente utilizado para a quantificação precisa de apenas TNTs à base de actina e para distingui-los de neurites e estruturas β-tubulina positivas semelhantes a TNT.