A adenosina 3',5'-monofosfato cíclico, cAMP, desempenha um papel central na comunicação celular e na coordenação de vários processos fisiológicos. O AMPc atua como um segundo mensageiro, retransmitindo sinais externos de hormônios, neurotransmissores ou outras moléculas extracelulares para iniciar uma cascata de eventos intracelulares1. Além disso, o cAMP está intrinsecamente envolvido em várias vias de sinalização, incluindo aquelas associadas a receptores acoplados à proteína G (GPCRs) e adenilil ciclases. Compreender o papel do AMPc na sinalização celular é fundamental para desvendar os mecanismos complexos subjacentes às funções celulares normais e o desenvolvimento de terapias potenciais para uma ampla gama de condições médicas2.
No passado, vários métodos foram empregados para medir o cAMP direta ou indiretamente. Estes incluíram radiomarcação de pools de ATP celular seguidos de purificação em coluna, HPLC, radioimunoensaios e imunoensaios enzimáticos 1,2. Esses ensaios legados são limitados pelo fato de serem medidas de ponto final, exigindo um grande número de amostras para construir respostas dependentes do tempo. Mais recentemente, os sensores de Transferência de Energia por Ressonância de Fluorescência (FRET) foram desenvolvidos para criar ensaios em células vivas, produzindo dados dinâmicos em tempo real e permitindo que os sensores sejam direcionados em diferentes locais subcelulares3. O FRET aproveita dois fluoróforos, um doador fluorescente e um aceptor fluorescente que, quando próximo, o fluoróforo aceitador será excitado pela saída fluorescente do doador. Os dois fluoróforos mais utilizados são a proteína fluorescente ciano (CFP) e a proteína fluorescente amarela (YFP), uma vez que estas possuem propriedades de excitação e emissão compatíveis. Além de CFP e YFP, a utilização da proteína fluorescente verde (GFP) e da proteína fluorescente vermelha (RFP) é comumente usada para biossensores FRET. Os biossensores cAMP FRET operam tendo um doador e um aceptor em extremidades opostas da proteína de ligação ao cAMP Epac2. A ligação do cAMP altera a confirmação de Epac e aumenta a distância entre os fluoróforos doadores e aceptores 3,4. Essa mudança conformacional é detectada por uma perda de FRET, ou seja, a excitação do fluoróforo aceitador pela energia transferida das gotas de fluoróforo doador3. Embora seja um processo aparentemente simples, há uma abundância de limitações e problemas com o biossensor FRET para pesquisa de cAMP5. Uma delas é a seleção de proteínas fluorescentes, por exemplo, GFP, que podem dimerizar naturalmente, reduzindo assim a sensibilidade6. Os biossensores cAMP baseados em FRET foram direcionados para microdomínios específicos7, mas pode haver limitações devido ao grande tamanho de uma construção com dois fluoróforos6. Outra questão significativa é a baixa relação sinal-ruído dos sinais FRET resultante da sobreposição entre excitação e emissão do fluoróforo, resultando em alta frequência de amostragem e complicando a análise dos resultados 4,5.
Mais recentemente, o novo biossensor (cAMP Difference Detector In Situ), cADDis, resolveu essas e outras limitações quando se trata de estudar a regulação da sinalização do cAMP8. Uma melhoria importante é a dependência de um único fluoróforo. Isso permite um sinal rápido e eficiente com uma faixa dinâmica mais ampla e uma alta relação sinal-ruído. Como resultado, pode haver mais precisão, pois há um escopo menos amplo de comprimentos de onda para vasculhar8. Como as sondas FRET, o biossensor tem sido direcionado para locais subcelulares, permitindo a pesquisa sobre a teoria da compartimentação e a exploração em jangadas lipídicas e não jangadas e outros domínios subcelulares9. Talvez o mais importante seja a adequação de um único biossensor de fluoróforo para triagem de alto rendimento, que melhorou a sensibilidade e a reprodutibilidade em relação aos biossensores baseados em FRET. O biossensor é empacotado em um vetor BacMam para facilitar a transdução de uma ampla gama de tipos de células e controle preciso sobre a expressão de proteínas.
O controle de expressão por meio do vetor BacMam pode ser particularmente útil em ensaios usando ortólogos GPCR de diferentes espécies para facilitar a interpretação de dados de estudos em animais. Além disso, o controle sobre a expressão do receptor é fundamental para medir os diferentes graus de eficácia do medicamento (por exemplo, agonistas inversos e agonistas parciais), e baixos níveis de expressão do receptor são úteis para mimetizar os baixos níveis encontrados no tecido animal. O BacMam é um vetor de baculovírus que foi modificado para transduzir células de mamíferos, como culturas de células primárias e linhas HEK-29310. Marcadores selecionáveis dominantes permitem que o BacMam forneça mais estabilidade em relação às infecções plasmídicas tradicionais11. Esses promotores seletivos permitem uma entrega e expressão gênica mais eficientes. Além disso, a adição de tricostatina A (um inibidor da histona desacetilase) aumenta os níveis de proteína repórter11. Os níveis de expressão podem ser controlados por meio do título do vírus BacMam usado e devem ser otimizados para cada tipo de célula. No caso deste biossensor, uma proteína fluorescente vermelha ou verde está ligada ao Epac nos terminais N e C. Quando o cAMP se liga, uma mudança conformacional no biossensor move os aminoácidos adjacentes à proteína fluorescente. Tal mudança move a absorbância do estado aniônico para o estado neutro a 400 nm, diminuindo assim a fluorescência.
Existem 90-120 GPCRs expressos em uma única célula que respondem a uma ampla variedade de sinais neuro-humorais12. Portanto, pode-se supor que pelo menos várias dezenas de GPCRs por célula podem estimular ou inibir o cAMP por meio do acoplamento Gs ou Gi, respectivamente. Embora tenha havido progresso no monitoramento desse segundo mensageiro em tempo real, como o FRET, são necessários métodos mais eficientes. A metodologia para monitorar a síntese e degradação de sinais de cAMP usando cADDis em tempo real é apresentada aqui. A mudança na fluorescência pode ser monitorada em tempo real usando um leitor de placas de fluorescência para ensaios de alto rendimento ou usando um microscópio fluorescente para ensaios de célula única. Esses métodos são úteis para uma ampla gama de questões biológicas relacionadas à sinalização GPCR via cAMP.