$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
A integridade do DNA celular está constantemente sob ameaça de agentes prejudiciais ao DNA, predominantemente subprodutos metabólicos como espécies reativas de oxigênio, que infligem dezenas de milhares de lesões de DNA por célula diariamente1. A manutenção persistente da estabilidade do genoma é essencial para a homeostase celular 2,3. A pedra angular dessa manutenção é a resposta a danos no DNA (DDR) - uma intrincada rede de sinalização em camadas que inicia vias específicas de reparo do DNA enquanto ajusta cuidadosamente muitos outros processos celulares 4,5. Os déficits na DDR são comumente manifestados como 'síndromes de instabilidade do genoma', marcadas por instabilidade cromossômica, deterioração progressiva do tecido, crescimento ou desenvolvimento prejudicado, predisposição ao câncer e sensibilidade aumentada a determinados agentes que danificam o DNA 6,7,8,9. Notavelmente, a neurodegeneração, que muitas vezes inclui atrofia cerebelar, é uma característica distinta de muitas síndromes de instabilidade do genoma 7,10,11,12.
O distúrbio autossômico recessivo, ataxia-telangiectasia (A-T), é um exemplo bem documentado de um distúrbio de instabilidade do genoma 13,14,15. Essa condição surge de mutações nulas no gene ATM (A-T, mutado), responsável por codificar a proteína quinase principal, ATM, que é conhecida principalmente como mobilizadora de DDR em resposta a quebras de fita dupla de DNA (DSBs) 16 , 17 . A T-A se manifesta como um distúrbio multissistêmico, predominantemente caracterizado por degeneração cerebelar progressiva, levando a deficiências motoras agudas, imunodeficiência, atrofia gonadal, predisposição ao câncer e extrema sensibilidade à radiação ionizante. Células cultivadas de indivíduos com A-T apresentam instabilidade cromossômica e aumento da sensibilidade a agentes genotóxicos, especialmente aqueles causadores de DSBs 15,18,19. É importante ressaltar que o ATM também desempenha um papel no reparo de outras lesões de DNA, ressaltando sua ampla importância na manutenção da estabilidade do genoma 20,21,22.
Apesar da pesquisa minuciosa sobre os inúmeros papéis da ATM, o mecanismo específico que leva à degeneração cerebelar na A-T continua sendo um tópico de debate ativo, com vários modelos propostos para elucidar esse processo 23,24,25,26,27,28,29,30. Nosso modelo28 sugere que a degeneração cerebelar em pacientes com A-T começa com a disfunção e eventual perda de células de Purkinje (PCs). Considerando o papel crítico do ATM na preservação da estabilidade do genoma em face de danos contínuos ao DNA, os PCs são particularmente vulneráveis à ausência de ATM. Atribuímos essa vulnerabilidade à combinação de sua alta atividade metabólica, estrutura distinta da cromatina e extensa atividade transcricional. Em última análise, sugere-se que a perda da função do PC e, portanto, sua degeneração, é devido à inativação estocástica e funcional dos genes, uma consequência da produção de transcritos defeituosos28.
O estudo da biologia do PC em laboratório é impedido por desafios no cultivo de PCs isolados, pois essas células dependem fortemente de seu meio natural e das células vizinhas para sobrevivência e função, tornando-as incompatíveis com o crescimento dissociado da cultura. No entanto, os PCs podem permanecer viáveis por longos períodos em culturas de fatias de tecido. As culturas organotípicas cerebelares, que são fatias de tecido tipicamente derivadas de cerebelo de roedores, mantêm a organização estrutural do tecido e suportam várias manipulações experimentais análogas às possíveis com células cultivadas. Portanto, essas culturas permitem estudos cerebelares em um ambiente controlado 31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43. Especificamente, no contexto de A-T, as culturas organotípicas cerebelares murinas provaram ser fundamentais na exploração do DDR em PCs deficientes em Atm 40,41,42,43. Embora os camundongos deficientes em Atm exibam apenas um fenótipo cerebelar sutil 44,45,46,47, presumivelmente devido a diferenças entre a fisiologia cerebelar humana e de camundongo, a suposição é que os papéis do ATM são amplamente conservados nessas espécies. Essa noção é apoiada por nossas observações de que a resposta deficiente a DSBs de DNA em PCs murinos Atm-/- se alinha com a observada em outros tipos de células murinas e humanas deficientes em ATM/Atm40,41,42,43.
Uma limitação na análise das respostas do PC a vários estímulos ou estresses em culturas organotípicas é a necessidade de confiar em imagens microscópicas para leituras. A DDR é geralmente estudada por meio de leituras bioquímicas em massa, embora marcadores imunofluorescentes comuns também sejam utilizados, como seguir a dinâmica de formação e resolução de focos nucleares de histona fosforilada H2AX (γH2AX) e da proteína 53BP1, que são considerados indicadores de DSBs48,49. Uma medida mais ampla é a imagem fluorescente da formação da cadeia de poli (ADP-ribose) (PAR) em proteínas, uma resposta rápida e robusta a danos precoces no DNA, particularmente a quebras de fita 7,50. Modificamos o protocolo de Komulainen et al.51 para coloração PAR em culturas organotípicas cerebelares. Observamos uma resposta PAR pronunciada nos núcleos consideráveis dos PCs. Apresentamos aqui nosso protocolo refinado para estabelecer culturas organotípicas cerebelares murinas e para visualizar a resposta PAR sob estresse genotóxico.