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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Este protocolo detalha a separação do epitélio da lente ocular do camundongo e da massa em massa da célula da fibra, seguida pelo isolamento de RNA e análise de qPCR. Este método permite separar os compartimentos das células do cristalino para uma análise mais detalhada do transcriptoma e dos processos biológicos em células epiteliais versus células de fibra diferenciadas.
O cristalino é um tecido transparente especializado na câmara anterior do olho que é composto por dois tipos principais de células, células epiteliais e células de fibra. Uma monocamada de células epiteliais do cristalino cobre o hemisfério anterior do cristalino, enquanto a maior parte do cristalino é composta por uma massa de células de fibra do cristalino. Uma membrana basal colagenosa, conhecida como cápsula, envolve e encapsula todo o tecido. As células epiteliais do cristalino são fortemente aderidas à cápsula do cristalino e podem ser facilmente separadas da massa de fibra a granel retirando a cápsula do tecido. As dificuldades em obter concentração suficiente de RNA a partir do baixo número de células epiteliais na monocamada do cristalino impediram anteriormente o estudo dos transcriptomas de células epiteliais versus células de fibra. Este protocolo apresenta um método para separar e isolar de forma limpa os compartimentos de células epiteliais e de fibra e as etapas de concentração de RNA para permitir experimentos transcriptômicos subsequentes em amostras de células epiteliais de um único par de lentes de camundongo. A capacidade de investigar os principais tipos de células do cristalino individualmente auxilia na investigação de mecanismos biológicos de manutenção e desregulação do cristalino, permitindo a caracterização de interrupções específicas do tipo de célula responsáveis por patologias do cristalino relacionadas à idade.
A lente ocular é um órgão transparente que focaliza finamente a luz na retina para produzir uma imagem clara. O cristalino é composto por dois tipos principais de células: uma monocamada de células epiteliais que cobre o hemisfério anterior e células de fibra que compõem a massa maior do tecido (Figura 1). O cristalino é envolvido por uma membrana basal colágena conhecida como cápsula do cristalino, à qual as células epiteliais estão firmemente aderidas. À medida que o cristalino cresce, as células epiteliais no equador proliferam e se diferenciam em conchas nascentes de células de fibra que são colocadas em camadas no cristalino de maneira concêntrica 1,2,3. O crescimento do cristalino ao longo da vida depende da proliferação contínua dessa pequena população de células epiteliais equatoriais que compõem a zona germinativa4. À medida que as células das fibras amadurecem, todas as organelas celulares são degradadas para eliminar objetos de dispersão de luz 5,6,7,8,9,10,11 e manter a transparência do tecido, e as células da fibra mais internas são eventualmente compactadas, resultando em um centro de lente rígido 9,12. Devido à cápsula do cristalino circundante, não há renovação celular no cristalino, e as fibras seminais permanecem no centro do cristalino ao longo da vida, à medida que novas fibras são adicionadas na periferia do tecido ou no córtex. As células de fibra do cristalino têm propriedades ópticas diferentes dependendo de sua idade e podem fornecer um instantâneo temporal das características biológicas variáveis em cada estágio13.
Apesar das opções cirúrgicas disponíveis, a catarata, definida como qualquer opacidade no cristalino normalmente transparente, continua sendo a principal causa de cegueira no mundo14. A catarata pode se manifestar no epitélio, córtex ou núcleo do cristalino com diferentes fisiopatologias15. No entanto, os mecanismos celulares e moleculares da formação de catarata permanecem obscuros16,17. Para entender melhor como prevenir esses diferentes tipos de catarata e desenvolver alternativas à cirurgia, devemos entender melhor como esses diferentes tipos de células mantêm sua homeostase no cristalino.
As células epiteliais e fibrosas desempenham diferentes papéis fisiológicos no cristalino. A proliferação celular, por exemplo, é restrita ao epitélio do cristalino18. Enquanto isso, as fibras da lente compreendem a massa total da lente, fornecendo estrutura e propriedades de refração à lente9. Para obter uma perspectiva mais sutil dos processos biológicos envolvidos nos diferentes compartimentos do cristalino, as células epiteliais e fibrosas devem ser investigadas separadamente. Aqui, apresentamos um método para isolar o epitélio da massa a granel da célula da fibra, extrair mRNA de cada fração e analisar esses transcritos usando a reação em cadeia da polimerase quantitativa de transcrição reversa (RT-qPCR).

Figura 1: Diagrama de anatomia da lente. O cristalino é composto por dois tipos de células, uma célula epitelial monocamada (azul e laranja) cobrindo o hemisfério anterior e uma massa em massa de fibras do cristalino (brancas). O tecido é circundado por uma fina membrana colágena, conhecida como cápsula do cristalino (bronzeado). As células epiteliais anteriores (azul) são quiescentes, enquanto as células epiteliais equatoriais (laranja) proliferam, diferenciam-se e alongam-se para se tornarem novas camadas de células fibrosas (brancas) na periferia do cristalino. Novas gerações de células de fibra são sobrepostas às gerações anteriores de fibras em conchas concêntricas. As células de fibra do cristalino mais antigas são compactadas no centro do tecido. Esta figura foi modificada de Cheng (2024)38. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Todos os experimentos com animais foram conduzidos de acordo com o "Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório" do National Institutes of Health e um protocolo aprovado pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais (IACUC) da Universidade de Indiana.
1. Área de trabalho, equipamento e preparação de reagentes
2. Dissecção da lente do mouse
3. Isolamento de RNA
NOTA: Um fluxo de trabalho resumido para isolamento de RNA é mostrado na Figura 2.
4. Medição da concentração de RNA usando um espectrofotômetro UV-Vis
5. Transcrição reversa
| Passo | Temperatura (°C) | Tempo (min) | Ciclos |
| Recozimento | 25 | 10 | 1 |
| Transcrição reversa | 50 | 10 | 1 |
| Inativação enzimática | 85 | 5 | 1 |
| Segurar | 4 | ∞ | 1 |
Tabela 1: Condições do termociclador para transcrição reversa. Essas condições estão sintonizadas com uma transcriptase reversa específica, altamente processiva e termoestável. As condições de funcionamento podem variar dependendo da enzima e do kit utilizado.
6. PCR quantitativo em tempo real
| Passo | Temperatura (°C) | Tempo(s) | Ciclos |
| Inativação de uracila-N-glicosilase (UNG) | 50 | 120 | 1 |
| Desnaturação | 95 | 120 | 1 |
| Desnaturação | 95 | 1 | 45 |
| Recozimento | 60 | 20 | |
| Segurar | 4 | ∞ | 1 |
Tabela 2: Condições do termociclador para reação em cadeia da polimerase quantitativa. Essas condições estão sintonizadas com uma série específica de ensaios comerciais de expressão gênica. Os parâmetros padrão são usados, com exceção do aumento dos ciclos de amplificação de 40 para 45.
7. Exemplo de cálculo de volume para qPCR
NOTA: Um código-fonte R para uma calculadora de volume para as equações descritas abaixo está disponível no Arquivo Suplementar 1. Esta calculadora é para as sondas Taqman e master mix listadas na Tabela de Materiais.




















Arquivo Suplementar 1: Um código-fonte R para uma calculadora de volume. Clique aqui para baixar este arquivo.
O epitélio e as fibras do cristalino foram isolados de camundongos selvagens de 6 a 7 semanas de idade. Três camundongos foram usados para esses experimentos, e 2 cápsulas de lente ou 2 massas de células de fibra de cada camundongo foram agrupadas para uma réplica biológica. Conforme descrito no protocolo, o RNA foi extraído usando a separação de fases do reagente TRIzol. Em média, um par de epitélio do cristalino e massas a granel de fibra produziram 0,8 μg (DP ± 0,2) e 9,7 μg (DP ± 2,3) de RNA, respectivamente. A concentração média em uma eluição de 15 μL foi de 55,4 ng/μL (DP ± 16,3) e 650,0 ng/μL (DP ± 152,2) para as amostras de epitélio e fibra, respectivamente. Usando reações de 5 ng/poço, isso teoricamente permite uma média de 160 reações de um único par de epitélio de lente isolado usando este protocolo. As purezas médias de RNA medidas pelas razões A260/280 foram de 1,92 (DP ± 0,05) para o epitélio e 2,05 (DP ± 0,01) para as fibras, indicando contaminação mínima de proteínas. Geralmente, uma proporção A260/280 de ~ 2,0 é considerada pura para o RNA20. No geral, esse isolamento produziu uma concentração suficiente de RNA altamente puro para transcrever reversamente para cDNA e realizar experimentos repetidos de qPCR.
Realizamos transcrição reversa e qPCR conforme descrito no protocolo. Escolhemos 7 genes com alta expressão conhecida de transcritos ou proteínas no cristalino para análise de qPCR em tempo real para revelar a expressão diferencial entre os compartimentos do tecido 21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32. A expressão relativa é mostrada como valores de 2-ΔΔCq, normalizados para células epiteliais (Figura 3). A expressão relativa média é mostrada como médias geométricas com desvios padrão. Devido à expressão diferencial conhecida, as conexinas foram usadas para determinar a separação bem-sucedida do epitélio e das células fibrosas. Conexina 43 (Cx43; proteína alfa 1 da junção comunicante; GJA1) é expresso em células epiteliais do cristalino33, Cx46 (Gja3) é expresso em células de fibra de cristalino34 e Cx50 (Gja8) é expresso em células epiteliais e fibrosas25,29. Observa-se que as fibras do cristalino expressam Gja1 e Gja8 em níveis aproximadamente 200 e 7,5 vezes menores do que o epitélio do cristalino, respectivamente. Enquanto isso, o Gja3 é aproximadamente 1,5 vezes mais expresso nas fibras do cristalino, consistente com relatos anteriores28.
Da mesma forma, a expressão diferencial foi observada com caderinas, nomeadamente E-caderina (Cdh1) e N-caderina (Cdh2). A expressão da proteína E-caderina é restrita ao epitélio do cristalino, enquanto a N-caderina é expressa tanto no epitélio quanto nas fibras35. Aqui mostramos que a expressão de Cdh1 e Cdh2 são aproximadamente 330 vezes e 2,4 vezes menores em fibras em comparação com o epitélio.
Dois marcadores epiteliais e de células fibrosas adicionais, caixa 6 emparelhada (Pax6) e γS-cristalina (Crygs), respectivamente, também foram usados para demonstrar a separação bem-sucedida dos compartimentos do cristalino36,37. Consistente com os padrões de expressão observados anteriormente, o Pax6 é restrito às células epiteliais, exibindo expressão 8 vezes menor nas fibras. As proteínas gama-cristalinas são expressas principalmente nas células das fibras do cristalino, e observamos que o Crygs é aproximadamente 3 vezes maior nas fibras em comparação com o epitélio1. Esses dados indicam uma separação limpa do epitélio do cristalino e da massa da fibra, permitindo a análise transcriptômica de cada compartimento do tecido para comparação.

Figura 2: Um diagrama de fluxo de trabalho de isolamento de RNA passo a passo. (A) Separação de fases: etapas 3.1-3.11. Essas etapas descrevem o processo de homogeneização do tecido primário, extração de RNA e isolamento de RNA por meio de uma separação de fases ácido-guanidínio-fenol. (B) Concentração de RNA: etapas 3.12-3.19. Essas etapas descrevem a lavagem e a concentração de RNA isolado usando colunas limpas e concentradoras. (C) Eluição: etapas 3.20-3.26. Essas etapas descrevem a eluição do RNA das colunas limpas e concentradoras usando água livre de RNase e aquecimento para promover a solubilização. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Expressão gênica relativa comparando o epitélio isolado do cristalino com a massa em massa da célula da fibra. Os níveis de RNA são normalizados para o compartimento epitelial. Os marcadores de células epiteliais Gja1 [codificam para conexina 43 (Cx43)], Chd1 (codifica para E-caderina) e Pax6 (codifica para o fator de transcrição Pax6) mostram expressão elevada em células epiteliais em comparação com células de fibra. Os marcadores de células de fibra Gja3 (codifica para Cx46) e Crygs (codifica γS-cristalino) apresentam expressão elevada em comparação com o epitélio. Marcadores expressos em células de epitélio e fibra, Gja8 (codifica para Cx50) e Chd2 (codifica para N-caderina), mostram sinal detectável em ambos os compartimentos. Os gráficos mostram médias geométricas com desvios padrão usando o método 2-ΔΔCq . A significância estatística foi determinada por meio de ANOVA de duas vias seguida pelo teste de comparações múltiplas de Šidák. * p ≤ 0,05; ** p≤ 0,01; p≤ 0,001; p≤ 0,0001. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os autores não têm nada a divulgar.
Este protocolo detalha a separação do epitélio da lente ocular do camundongo e da massa em massa da célula da fibra, seguida pelo isolamento de RNA e análise de qPCR. Este método permite separar os compartimentos das células do cristalino para uma análise mais detalhada do transcriptoma e dos processos biológicos em células epiteliais versus células de fibra diferenciadas.
Este trabalho foi financiado pela bolsa R01 EY032056 (para CC) do National Eye Institute.
| Centrífuga e rotor | Fisher Científico | 14285554PM | |
| Clorofórmio, grau HPLC | Alfa Aesar | 22920 | |
| Etanol (190 provas) | Laboratórios Decon | 2801 | |
| Etanol (à prova de 200) | BioReagentes Fisher | BP2818 | |
| Fisherbrand Pellet Pilão | Fisher Científico | 12-141-363 | |
| Fórceps Curvo; Pinças de Estudante #7 | Instrumentos de precisão mundiais | 501981 | |
| fórceps reto; Dumont #5 | Ferramentas de Belas Ciências | 11252-40 | |
| fórceps reto; Pinças de Estudante #4 | Instrumentos de precisão mundiais | 501978 | |
| Kimwipes pequenos | Kimberly-Clark | 34155 | Limpeza de tarefas delicadas |
| Aplicador de filme adesivo MicroAmp | Biossistemas Aplicados | 4333183 | |
| MicroAmp EnduraPlate Placa de Reação Rápida Rápida de 96 Poços com Código de Barras | Biossistemas Aplicados | 4483485 | |
| Micropipetadores | Eppendorf | 01-671-120 | |
| Microscópio, Dissecção | Carl Zeiss | SteREO Discovery.V8 | |
| Capa adesiva óptica MiniAmp | Biossistemas Aplicados | 4360954 | |
| Termociclador MiniAmp | Biossistemas Aplicados | Rolamento A37834 | |
| Misturador de vórtice de placas MixMate | Eppendorf | 5353000529 | |
| Água de grau molecular | Fisher Científico | BP28191 | |
| Nanodrop One Microvolume UV-Vis Espectrofotômetro | Thermo Científico | ND-UM-W | |
| Minibandejas Nunc MicroWell | Fisher Científico | 12-565-154 | Bandeja de dissecção |
| Tubos de PCR | VWR | 201007-012 | |
| Placa de Petri, 60 mm x 15 mm | Fisher Científico | FB0875713A | |
| Solução salina tamponada com fosfato, 1x Dulbecco's | Gibco | 14190-136 | |
| Ponteiras de Pipeta, 10 µ L Graduado | EUA Científico | 1161-3700 | |
| Ponteiras de Pipeta, 1250 µ L XL Graduado | EUA Científico | 1161-1720 | |
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| Transcriptase Reversa, SuperScript IV VILO | Invitrogen | 11756050 | Transcriptase reversa altamente processiva e termoestável |
| Kit RNA Clean e Concentrador 5 | Zymo | ZR1013 | |
| Água sem RNase | BioReagentes Fisher | BP2819 | |
| RNaseZap | Sigma | R2020 | Solução de descontaminação de RNase |
| Microcentrífuga SealRite Tubos de 1,5 mL | EUA Científico | 1615-5500 | |
| SuperFine Vannas 8 cm | Instrumentos de precisão mundiais | 501778 | Tesoura |
| TaqMan FAST Advanced Master Mix para qPCR | Biossistemas Aplicados | 4444557 | |
| Sonda de Ensaio de Expressão Gênica TaqMan (FAM) (MTO) | ThermoFisher Scientific | 4448892 | |
| TRIzol | Invitrogen | 15596026 | Solução de ácido-guanidínio-fenol |
| Misturador de vórtice | Thermo Científico | 88880017 |