O ensaio químico de reticulação BS3 revela expressão reduzida do receptor GABAA na superfície celular em cérebros de camundongos sob condições de estresse psicossocial crônico.
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Artigo de método
O ensaio químico de reticulação BS3 revela expressão reduzida do receptor GABAA na superfície celular em cérebros de camundongos sob condições de estresse psicossocial crônico.
A ansiedade é um estado de emoção que afeta variavelmente os comportamentos dos animais, incluindo as funções cognitivas. Sinais comportamentais de ansiedade são observados em todo o reino animal e podem ser reconhecidos como respostas adaptativas ou mal-adaptativas a uma ampla gama de modalidades de estresse. Roedores fornecem um modelo experimental comprovado para estudos translacionais abordando os mecanismos integrativos da ansiedade nos níveis molecular, celular e de circuito. Em particular, o paradigma do estresse psicossocial crônico provoca respostas desadaptativas mimetizando fenótipos comportamentais semelhantes aos da ansiedade/depressão que são análogos entre humanos e roedores. Enquanto estudos anteriores mostram efeitos significativos do estresse crônico no conteúdo de neurotransmissores no cérebro, o efeito do estresse nos níveis de receptores de neurotransmissores é pouco estudado. Neste artigo, apresentamos um método experimental para quantificar os níveis de superfície neuronal de receptores de neurotransmissores em camundongos sob estresse crônico, especialmente com foco nos receptores do ácido gama-aminobutírico (GABA), que estão implicados na regulação da emoção e cognição. Usando o reticulador químico irreversível impermeável à membrana, bissulfosuccinimidil suberato (BS3), mostramos que o estresse crônico diminui significativamente a disponibilidade superficial dos receptores GABAA no córtex pré-frontal. Os níveis de superfície neuronal dos receptores GABAA são o processo limitante da taxa para a neurotransmissão GABA e poderiam, portanto, ser usados como um marcador molecular ou um proxy do grau de fenótipos ansiosos/depressivos em modelos animais experimentais. Esta abordagem de reticulação é aplicável a uma variedade de sistemas receptores para neurotransmissores ou neuromoduladores expressos em qualquer região do cérebro e espera-se que contribua para uma compreensão mais profunda dos mecanismos subjacentes à emoção e cognição.
Os receptores de neurotransmissores estão localizados na superfície da membrana plasmática neuronal ou intracelularmente nas endomembranas (por exemplo, o endossomo, o retículo endoplasmático [RE] ou o aparelho trans-Golgi) e transitam dinamicamente entre esses dois compartimentos, dependendo de estados fisiológicos intrínsecos nos neurônios ou em resposta a atividades de redes neurais extrínsecas 1,2. Uma vez que os neurotransmissores recém-secretados provocam suas funções fisiológicas principalmente através do pool de receptores localizados na superfície, os níveis de receptores de superfície para um determinado neurotransmissor são um dos determinantes críticos de sua capacidade de sinalização dentro do circuito neural3.
Vários métodos estão disponíveis para monitorar os níveis de receptores de superfície em neurônios cultivados, incluindo o ensaio de biotinilação de superfície4, o ensaio de imunofluorescência com um anticorpo específico em condições não permeabilizadas5 ou o uso de um transgene de receptor geneticamente fundido com um indicador óptico fluorescente sensível ao pH (por exemplo, pHluorin)6. Por outro lado, essas abordagens são limitadas ou impraticáveis ao avaliar os níveis de receptores de superfície in vivo. Por exemplo, o procedimento de biotinilação de superfície pode não ser prático para processar grandes quantidades e números de amostras de tecidos cerebrais in vivo devido ao seu preço relativamente alto e às etapas subsequentes necessárias para purificar as proteínas biotiniladas em esferas conjugadas com avidina. Para neurônios embutidos na arquitetura tridimensional do cérebro, a baixa acessibilidade de anticorpos ou dificuldades na quantificação baseada em microscópio podem representar uma limitação significativa para avaliar os níveis de receptores de superfície in vivo. Para visualizar a distribuição dos receptores de neurotransmissores em cérebros intactos, métodos não invasivos, como a tomografia por emissão de pósitrons, poderiam ser usados para medir a ocupação do receptor e estimar os níveis de receptores de superfície7. No entanto, essa abordagem depende criticamente da disponibilidade de radioligantes específicos, equipamentos caros e conhecimentos especiais, tornando-a menos acessível para uso rotineiro pela maioria dos pesquisadores.
Aqui, descrevemos um método simples e versátil para medir os níveis de receptores de superfície em cérebros de animais experimentais ex vivo usando um reticulante químico solúvel em água, impermeável por membrana, bis(sulfosuccinimidil)suberato (BS3)8,9. BS3 tem como alvo aminas primárias na cadeia lateral de resíduos de lisina e pode covalentemente reticular proteínas em estreita proximidade umas das outras. Quando fatias cerebrais são preparadas na hora a partir de uma região de interesse e incubadas em um tampão contendo BS3, os receptores de superfície celular são reticulados com proteínas vizinhas e, assim, transformam-se em espécies de maior peso molecular, enquanto os receptores intracelulares associados à endomembrana permanecem inalterados. Portanto, os pools de receptores intracelulares e de superfície podem ser separados por eletroforese em gel de dodecil sulfato de sódio e poliacrilamida (SDS-PAGE) e quantificados por western blot usando anticorpos específicos para o receptor a ser estudado.
O estresse crônico leve imprevisível (EMCU) é um paradigma experimental bem estabelecido para induzir estresse psicossocial crônico em roedores10. A SCMC provoca fenótipos comportamentais ansiosos/depressivos e déficits cognitivos por meio da modulação de uma série de sistemas de neurotransmissores, incluindo o GABA e seus receptores10,11. Em particular, o receptor GABA A contendo a subunidade α5 (α5-GABAA R) está implicado na regulação da memória e das funções cognitivas12,13, sugerindo o possível envolvimento de funções alteradas dessa subunidade em déficits cognitivos induzidos pelo SGCU. Neste protocolo, usamos o ensaio de reticulação BS3 para quantificar os níveis de α5-GABAAR expresso na superfície no córtex pré-frontal de camundongos expostos à EMCU em comparação com camundongos controles não estressados.
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Todo o trabalho com animais neste protocolo foi concluído de acordo com o Ontario Animals for Research Act (RSO 1990, Capítulo A.22) e o Canadian Council on Animal Care (CCAC) e foi aprovado pelo Comitê Institucional de Cuidados com Animais.
1. Preparação dos animais
2. Preparação das soluções estoque
3. Preparação do posto de trabalho
4. Preparação das soluções de trabalho e dos tampões
NOTA: Na manhã do ensaio, prepare as seguintes soluções. Este cálculo é baseado nas soluções necessárias para processar duas regiões cerebrais (ou seja, o PFC e HPC) de 12 camundongos.
5. Dissecção dos tecidos cerebrais
NOTA: A partir desta etapa, pelo menos duas pessoas devem trabalhar juntas de forma coordenada. Enquanto uma pessoa se concentra na dissecção do animal (passos 5.2-5.10 e passo 6.3), a outra pessoa deve trabalhar como cronometrista e ajudar a coordenar o ensaio (passo 5.1, passo 6.1, passo 6.2, passo 6.4 e passo 6.5)
6. Reação de reticulação
7. Lise tecidual, preparação de proteínas e western blot
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Para demonstrar a viabilidade do ensaio de reticulação BS3 para avaliar os níveis de superfície α5-GABAA R no PFC de camundongos, realizamos 10 μg de cada uma das amostras de proteína BS3-reticulada e não-reticulada em SDS-PAGE e analisamos as proteínas por western blot usando um anticorpo anti-α5-GABAAR (policlonal de coelho) (Figura 7). As amostras de proteína não-reticulada deram a quantidade total de α5-GABA A R em ~55 kDa, enquanto as amostras de proteína reticulad...
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Embora o impacto do estresse psicossocial crônico sobre comportamentos (i.e., emocionalidade e déficits cognitivos) e alterações moleculares (i.e., expressão reduzida de genes GABAérgicos e déficits associados na neurotransmissão GABAérgica) estejam bem documentados10, os mecanismos subjacentes a tais déficits precisam ser investigados mais adiante. Em particular, dado o estudo recente mostrando que o estresse crônico afeta significativamente o proteoma neuronal através da sobrecarga nas funções d...
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Os autores declaram não haver conflitos de interesse.
Os autores agradecem à equipe do biotério do CAMH pelos cuidados com os animais durante todo o estudo. Este trabalho foi apoiado pelo Canadian Institute of Health Research (CIHR Project Grant #470458 to T.T.), pelo Discovery Fund do CAMH (para T.P.), pela National Alliance for Research on Schizophrenia and Depression (prêmio NARSAD #25637 para E.S.) e pelo Campbell Family Mental Health Research Institute (para E.S.). E.S. é o fundador da Damona Pharmaceuticals, uma biofarmacêutica dedicada a trazer novos compostos gabaérgicos para a clínica.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 0,5 M EDTA, pH 8,0 | Invitrogen | 15575020 | |
| 1 M HEPES | Gibco | 15630080 | |
| 10x TBS | Bio-Rad | 1706435 | |
| 2,5 M (45%, p/v) Glicose | Sigma | G8769 | |
| 2-mercaptoetanol | Sigma | M3148 | |
| 4x tampão de amostra SDS (Laemmli) | Bio-Rad | 1610747 | |
| Bis(sulfosuccinimidil)suberato (BS3) | Pierce | A39266 | Formato sem pesagem; 10 x 2 mg |
| Matriz cerebral | Ted Pella | 15003 | Para camundongo, 30 g adulto, coronal, 1 mm |
| Cloreto de cálcio (CaCl2) | Sigma | C4901 | |
| Sonda curva | Fine Science Tools | 10088-15 | Sonda de anatomia bruta; angular 45 |
| Água deionizada | milli-Q | EQ 7000 | Água ultrapura [resistividade 18.2 MΩ · cm @ 25 ° C; carbono orgânico total (COT) ≤ 5 ppb] |
| Ditiotreitol (DTT) | Papel | de filtro Sigma 10197777001 | |
| (3MM) | Fórceps Whatman | 3030-917 | |
| (grande) | Ferramentas de Ciências Finas | 11152-10 | Fórceps Graefe Extra Fino |
| (pequeno) | Ferramentas de Ciências Finas | 11251-10 | Dumont #5 Fórceps |
| GABA-A R alfa 5 anticorpo | Invitrogen | PA5-31163 | IgG policlonal de coelho; detectar sinal errôneo após a reticulação química |
| GABA-A R alfa 5 anticorpo C-terminal | R& D Systems | PPS027 | IgG policlonal de coelho; reage de forma cruzada com camundongo e rato |
| Glicina | Sigma | W328707 | |
| Cabra conjugada com peroxidase de rábano anti-coelho IgG (H + L) | Bio-Rad | 1721019 | |
| Cloreto de magnésio (MgCl2< / sub>· 6H2O) | Sigma | M2670 | |
| Nonidet-P40, substituto (NP-40) | SantaCruz | 68412-54-4 | |
| Cloreto de potássio (KCl) | Sigma | P9541 | |
| Coquetel inibidor de protease | Membrana Sigma | P8340 | |
| PVDF | Bio-Rad | 1620177 | |
| Tesoura (grande) | Ferramentas de Belas Ciências | 14007-14 | Tesoura Cirúrgica - Tesoura Serrilhada |
| (pequena) | Ferramentas de Ciência Fina | 14060-09 | Tesoura Fina - Cloreto de Sódio Afiado |
| (NaCl) | Sigma | S9888 | |
| Sonicator (Qsonica Sonicator Q55) | Qsonica | 15338284 | |
| Centrífuga refregenada de mesa | Eppendorf | 5425R | |
| Punção de tecido (ID 1 mm) | Ted Pella | 15110-10 | Miltex Punção de biópsia com êmbolo, ID 1,0 mm, OD 1,27 mm |
| Trans-Blot Turbo 5x Buffer de transferência | Bio-Rad | 10026938 | |
| Rotador de tubo (LabRoller) | Labnet | H5000 |
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