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A microglia é a célula imune inata residente dominante no cérebro e representa 10-15% das células do cérebro adulto 1,2. Eles usam seu repertório de receptores para monitorar dinamicamente o microambiente cerebral e regular a função cerebral normal para manter a homeostase cerebral3. As microglias são muito sensíveis às mudanças em seu microambiente e sofrem alterações na morfologia celular, imunofenótipo e função com condições patológicas ou vários estímulos. Os estados de ativação microglial são influenciados pelas demandas de energia celular necessárias para sua função, como fagocitose, produção de citocinas ou reparo tecidual. Portanto, o metabolismo energético celular desempenha um papel crucial na regulação das mudanças na função microglial4. A desregulação microglial leva à liberação excessiva de citocinas pró-inflamatórias (por exemplo, IL-1β, TNF-α) e espécies reativas de oxigênio (ROS), predispondo o cérebro à neuroinflamação 5,6. A desregulação microglial crônica e o ambiente neuroinflamatório resultante estabelecem uma base para a neurodegeneração7.
O cérebro é responsável por apenas 2% do peso corporal, mas 20% do consumo total de energia do corpo. As mitocôndrias são a principal fonte de energia nas células cerebrais e atuam como atores-chave na patogênese de distúrbios cerebrais agudos e crônicos8. Estudos anteriores estabeleceram uma forte correlação entre a ativação microglial e a disfunção metabólica noenvelhecimento9 e distúrbios relacionados à idade, como a doença de Alzheimer10,11, destacando o papel fundamental das mitocôndrias na senescência celular e neurodegeneração. A função mitocondrial prejudicada leva à diminuição da produção de energia, estresse oxidativo elevado e aumento da neuroinflamação durante o envelhecimento e doenças relacionadas à idade.
Embora uma extensa pesquisa tenha elucidado o papel das mitocôndrias no metabolismo energético, envelhecimento e distúrbios cerebrais, o papel das modificações pós-traducionais comuns, como a glicosilação, na biologia e função mitocondrial permanece insuficientemente explorado. A glicosilação, a adição enzimática de porções de açúcar chamadas glicanos às proteínas por enzimas de glicosilação, é a modificação pós-traducional mais comum na maioria das células cerebrais, incluindo a microglia. A microglia ativada modula sua função imunológica sob estímulos inflamatórios, regulando a expressão intracelular ou de glicanos na superfície celular12. As respostas pró e anti-inflamatórias exibidas pela microglia pós-estimulação também são reguladas pelos glicanos13. As proteínas mitocondriais também possuem essas modificações de glicano, que regulam sua função e localização. No entanto, falta uma análise detalhada dos padrões de glicosilação mitocondrial específicos da célula na microglia devido aos desafios técnicos na investigação da glicosilação subcelular. Apesar dos papéis bem caracterizados da glicosilação na modulação do fenótipo microglial, o papel dos glicanos na modulação da função mitocondrial e, subsequentemente, do imunofenótipo celular na microglia permanece pouco compreendido.
Estudos limitados que investigam a glicosilação de proteínas mitocondriais se concentraram principalmente na identificação baseada em lectina de padrões de glicosilação. As lectinas são proteínas de ligação ao glicano que se ligam a porções biomoleculares de glicanos14,15, que carecem de especificidade e capacidade de fornecer informações detalhadas sobre a composição do glicano. As modalidades de espectrometria de massa oferecem uma identificação detalhada das composições de glicanos para superar os desafios analíticos apresentados pela análise de lectinas. Uma dessas modalidades, a ionização por eletrospray de dessorção a laser assistida por matriz infravermelha (IR-MALDESI), emprega uma estratégia de ionização híbrida, usando um laser de infravermelho médio para excitar ressonantemente a água encontrada em espécimes biológicos16 para dessorver as espécies neutras e submetê-las a uma pluma de eletrospray ortogonal, seguida de análise usando um espectrômetro de massa Orbitrap de massa preciso de alta resolução. O IR-MALDESI foi demonstrado anteriormente para a análise direta de metabólitos teciduais17, com vantagens distintas de análise rápida18, método de ionização suave e previsibilidade do conteúdo de ácido siálico de glicanos ligados a N com base nos padrões de distribuição isotópica de adutos de glicanos clorados19. No entanto, a adaptação desta plataforma para a análise direta de glicanos subcelulares não foi demonstrada.
Aqui, relatamos um protocolo de alto rendimento para isolamento mitocondrial de células microgliais, isolamento de N-glicanos mitocondriais e detecção e análise de N-glicanos mitocondriais usando espectrometria de massa IR-MALDESI. Este protocolo será fundamental para descobrir novos insights sobre o papel da glicosilação na função mitocondrial, potencialmente identificando novos alvos terapêuticos para distúrbios neuroinflamatórios e neurodegenerativos.