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Os receptores de acetilcolina nicotínica neuronal (nAChRs) são canais iônicos transmembrana dependentes de ligando, expressos na membrana plasmática de muitos tipos celulares, incluindo neurônios, células gliais e células imunes. Esses receptores são compostos por α subunidades (α2-α10) ou β (β2-β4) que se reúnem para formar subtipos homoméricos ou heteroméricos, sendo α7 e α4β2 os nAChRs os mais abundantes nocérebro 1,2. A desregulação desses subtipos tem sido associada à doença de Alzheimer, transtorno de uso de nicotina, epilepsia hipermotora relacionada ao sono, doença de Parkinson e transtorno depressivo major, entre outras condições neurológicas e psiquiátricas 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 . Métodos rápidos e confiáveis para expressar e quantificar as nAChRs são essenciais para entender os mecanismos da doença e para o desenvolvimento de terapêuticas seletivas por alvo. No entanto, alcançar uma expressão robusta da membrana plasmática desses receptores é frequentemente desafiador e demorado. O método descrito aqui permite uma forte expressão superficial de nAChRs em aproximadamente 24 horas após a transfecção de DNA e pode ser combinado com ligantes ou proteínas chaperonas que modulam o tráfego dos receptores.
Existem várias abordagens para expressar nAChRs, incluindo transfecção transitória de DNA ou geração de linhagens celulares estáveis que expressem o subtipo desejado. Embora criar linhagens celulares estáveis seja útil para estudos de longo prazo envolvendo o mesmo subtipo de receptor, o processo é trabalhoso e pode levar vários meses. Uma vez estabelecidas, tais linhagens celulares podem apresentar expressão variável dos receptores entre as viagens, perda de expressão ao longo do tempo ou viés de seleção para clones com função ou densidade receptorasubótimas 13. Uma redução na temperatura de incubação de 37 °C para 30 °C, a adição de chaperonas moleculares como nicotina, ou o tempo de incubação estendido podem promover a expressão superficial 13,14,15. Essas limitações são particularmente pronunciadas para as nAChRs heteróméricas, que exigem montagem e tráfico adequados de subunidades, e para estudos focados na regulação dos receptores assistidos por chaperona. Portanto, a validação rotineira da expressão de subtipos de receptores através das passagens é necessária ao trabalhar com linhas celulares estáveis que expressam nAChR.
Frequentemente, pesquisadores se interessam por variantes das subunidades nAChR e subunidades de chaperona ou proteínas auxiliares e, portanto, precisam expressar uma variedade de DNAs em rápida sucessão para permitir flexibilidade rápida em seus ensaios. A expressão transitória de nAChRs é vantajosa nesse aspecto porque o processo pode ser concluído rapidamente, permitindo ao pesquisador estudar múltiplos subtipos de receptores ou condições experimentais sem esperar meses para gerar linhagens celulares estáveis. Uma ocorrência comum, mesmo com expressão transitória, é que muitos nAChRs permanecem dentro da célula 24 horas após a indução a 37 °C, exigindo períodos adicionais de incubação de > 48h 16,17. Por exemplo, sem a proteína chaperona resistente a inibidores da colinesterase (RIC)-3, apenas ~1% dos α7 nAChRs são expressos na membrana plasmática das células SHE-P demamíferos 18. Com a co-expressão de RIC-3, aproximadamente 20% dos α7 nAChRs são detectados na superfície. Embora isso represente uma melhora, a abundância total de receptores permanece baixa. A coexpressão de α7 nAChRs com NACHO pode aumentar ainda mais a expressão superficial, embora ainda menos de 40% da população total de receptores seja transferida para amembrana plasmática 19. Outra abordagem envolve incubar células transfectadas a 30 °C para melhorar a expressão da membranaplasmática 20,21. Para α4β2 nAChRs, essa redução de temperatura resulta em uma regulação ascendente de cinco vezes na densidade dos receptores de superfície, sem aumento correspondente na proteína subunitáriatotal 21. No entanto, essa melhoria exige pelo menos um dia adicional e maior uso de consumíveis, reagentes e instrumentação.
O trabalho apresentado oferece um conjunto de métodos otimizados para expressar e quantificar subtipos específicos de nAChR dentro de 24 horas após a transfecção em células N2a de mamíferos, alcançando aproximadamente 83% para α7, 77% para α4 e 56% para subunidades β2 localizadas na membrana plasmática. No caso de α7 nAChRs, a expressão da membrana plasmática pode ser quantificada usando α-bungarotoxina (αBTX) marcada fluorescentemente com α7 ou por marcação fluorescente recombinante. Para marcar cada subunidade, as proteínas fluorescentes sensíveis ao pH pHuji e pHluorina supereclíptica (SEP)22,23,24 são incorporadas no C-terminal das subunidades individuais de nAChR 25,26. pHuji e SEP são variantes sensíveis ao pH das proteínas fluorescentes vermelha e verde, respectivamente, que fluorescem no pH 7,4, mas são temperadas sob condições maisácidas 27,28. Como a fluorescência SEP e pHuji é suprimida no pH < 6, qualquer sinal intracelular observado reflete fluoróforos localizados em compartimentos neutros, em vez de na membrana plasmática. Deve-se notar que alguns organelos, como o aparelho de Golgi, possuem um lúmen ácido; assim, fluoróforos ligados à região C-terminal das subunidades nAChR não são detectados enquanto as subunidades transitam pela viasecretora 29. A diferença entre a fluorescência total no pH 7,5 e a do pH < 6 representa o sinal gerado pelos nAChRs localizados na membrana plasmática. Capturar imagens usando microscopia confocal de célula viva proporciona alta resolução espacial, permitindo quantificar com precisão a localização das subunidades. Além disso, realizar todos os experimentos em células vivas permite que cada célula atue como seu próprio controle, levando em conta a variabilidade na expressão proteica entre as células dentro de cada grupode tratamento 30. Esse método pode ser adaptado para incluir proteínas chaperonas adicionais, como NACHO ou outras, para investigar o tráfego de nAChR. Aplicações adicionais incluem modulação farmacológica, incorporação de subunidades auxiliares e análise de alterações associadas a doenças na expressão de nAChR.