Um protocolo padronizado para induzir senescência prematura em HNM usando tBHP, protocolos padronizados para análise de marcadores-chave de senescência, incluindo paragem do crescimento, atividade SA-β-galactosidase e fatores SASP.
Artigo de método
Um protocolo padronizado para induzir senescência prematura em HNM usando tBHP, protocolos padronizados para análise de marcadores-chave de senescência, incluindo paragem do crescimento, atividade SA-β-galactosidase e fatores SASP.
Fatores de estresse ambiental, incluindo radiação UV, poluição do ar ou fumaça de cigarro, impulsionam o envelhecimento extrínseco da pele. A exposição a esses fatores extrínsecos de envelhecimento promove o acúmulo de células senescentes, o que contribui para a formação de rugas e distúrbios de pigmentação. Os melanócitos, que fornecem proteção UV primária, apresentam atividade reduzida com a idade. Melanócitos senescentes se acumulam na pele envelhecida e contribuem para sua aparência de envelhecimento; No entanto, existem poucos modelos para estudar a senescência dos melanócitos, e este trabalho visa desenvolver um modelo reprodutível para pesquisas futuras. Neste estudo, apresentamos um modelo de senescência de melanócitos neonatais humanos (HNM) usando tert-butil hidroperóxido (tBHP), um indutor de estresse oxidativo bem caracterizado. O tBHP interrompe a homeostase redox ao esgotar as defesas antioxidantes celulares e promover a superprodução de radicais, resultando em danos ao DNA e à proteína. Caracterizamos o fenótipo de senescência dos melanócitos tratados com tBHP por meio da análise de marcadores de senescência estabelecidos, incluindo potencial de crescimento restrito, mudanças morfológicas e atividade SA-β-Galactosidase. Esse modelo oferece uma ferramenta valiosa para investigar a senescência prematura induzida por estresse em melanócitos, oferecendo insights sobre seu papel no envelhecimento extrínseco da pele e nos distúrbios de pigmentação.
O envelhecimento da pele é composto por dois fatores distintos: envelhecimento intrínseco e externo 1,2. O envelhecimento intrínseco é causado por processos cronológicos naturais e fatores genéticos, enquanto o envelhecimento extrínseco resulta da exposição cumulativa a fatores de estresse ambiental, principalmente radiação ultravioleta, mas também poluição do ar, fumaça de cigarro e agentes químicos, que aceleram o processo de envelhecimento além das taxas cronológicasnormais 3,4. Exposições ambientais geram estresse oxidativo que sobrecarga as defesas antioxidantes celulares, resultando em danos ao DNA, oxidação de proteínas e peroxidação lipídica. Essas alterações moleculares desencadeiam respostas persistentes de dano ao DNA e disfunção celular, promovendo, em última análise, a senescênciaprematura 5,6. Essa senescência induzida pelo estresse contribui para as características clínicas da pele envelhecida, incluindo rugas, pigmentação irregular, redução da elasticidade e função da barreiracomprometida.
Os melanócitos residem na epiderme basal e servem como a principal defesa da pele contra danos induzidos por UV, sintetizando melanina e transferindo-a para os queratinócitos ao redor. Paradoxalmente, esse papel protetor os torna particularmente vulneráveis ao estresse oxidativo e à senescência prematura durante o envelhecimento externo 8,9. O próprio processo de melanogênese gera espécies reativas substanciais de oxigênio como subprodutos das reações tirosinas-catalizadas, criando uma carga oxidativa inerente que é ainda mais amplificada por exposições ambientais como radiação UV epoluição 10,11. Como resultado, o estresse ambiental crônico pode induzir danos oxidativos, disfunção mitocondrial e, por fim, senescênciacelular 12. Apesar de sua importância, permanecem questões-chave sobre as vias moleculares que regem a senescência dos melanócitos e como o estresse oxidativo inicia esse processo. Além disso, a influência dos melanócitos senescentes no microambiente cutâneo ao redor como motor das alterações cutâneas relacionadas à idade, especialmente por meio da liberação de fatores SASP, permanece insuficientementecompreendida 13,14.
Embora os melanócitos sejam particularmente suscetíveis à senescência induzida por estresse oxidativo, modelos experimentais para estudar esse processo permanecemlimitados 15,16. A maioria das pesquisas sobre senescência continua a se basear em modelos de senescência replicativos ou induzidos por estresse em fibroblastos, mas essas abordagens não capturam a biologia distinta dos melanócitos nem seu potencial de influenciar o envelhecimento da pele por meio de intercomunicação com células vizinhas e seu próprio perfil SASP17. Essa lacuna destaca a necessidade de modelos de senescência específicos para melanócitos que reflitam com mais precisão suas respostas fisiológicas aos estressoresambientais 18,19 e sua contribuição para o envelhecimento da pele humana.
Apesar da disponibilidade de abordagens de senescência induzida por estresse, sua implementação em melanócitos humanos primários continua sendo tecnicamente desafiadora e frequentemente associada a uma variabilidade substancial. Melanócitos são particularmente sensíveis ao estresse oxidativo, resultando em uma janela experimental estreita entre indução eficaz da senescência e citotoxicidade excessiva. Além disso, diferenças dependentes do doador nas preparações celulares primárias contribuem ainda mais para desfechos inconsistentes entre os estudos. Esses desafios são frequentemente subnotificados, e os protocolos muitas vezes são insuficientemente padronizados, limitando a reprodutibilidade. O protocolo atual preenche essa lacuna fornecendo um regime de tratamento otimizado e reprodutível, esquema de dosagem definido e leituras padronizadas para indução e avaliação confiáveis da senescência em melanócitos humanos primários.
O tert-butilo hidroperóxido (tBHP) é um indutor bem caracterizado do estresse oxidativo que promove a senescência ao gerar espécies reativas de oxigênio e esgotar as defesas antioxidantes celulares. Tem sido amplamente utilizado para induzir senescência em fibroblastos dérmicos, onde desencadeia marcadores de senescência enquanto mantém a viabilidade celular20,21. Como o tBHP produz estresse oxidativo sustentado por meio de vias bioquímicas definidas, ele oferece um sistema reproduzível e acessível para estudar a senescência induzida por estresse oxidativo e investigar os mecanismos moleculares que ligam o dano oxidativo aos processosde envelhecimento 22,23. Em contraste com modelos baseados em UV, a tBHP é particularmente vantajosa quando é necessária uma indução controlada e reprodutível do estresse oxidativo, independente dos parâmetros de irradiação e sem a necessidade de equipamentos especializados.
O HNM fornece um modelo relevante para estudar os mecanismos extrínsecosde envelhecimento 24. Como células primárias derivadas do prepúcio, elas mantêm intactas vias de resposta ao estresse e evitam artefatos associados à modificação genética ouimortalização 25. Melanócitos neonatais fornecem um modelo experimental ideal, pois apresentam danos basais mínimos, permitindo uma avaliação clara das vias de senescência induzidas por fatores de estresseambiental 26,27.
Este estudo emprega estresse oxidativo induzido por tBHP em melanócitos neonatais humanos primários, superando limitações de modelos celulares não melanocíticos e imortalizados comumente usados em pesquisas de senescência. Ele fornece uma plataforma padronizada para examinar mecanismos específicos de senescência de melanócitos e caracterizar o fenótipo senescente com marcadores estabelecidos. No geral, esse protocolo fornece um modelo reproduzível e fisiologicamente relevante para estudar a senescência induzida por estresse oxidativo em melanócitos.
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Esse protocolo foi otimizado para pesquisas em melanócitos neonatais humanos primários (HNM) para estudar os mecanismos da senescência prematura induzida por estresse pelo tBHP (Figura 1). Os melanócitos foram derivados do prepúcio caucasiano neonatal (fototipo de pigmentação clara) e obtidos de uma fonte comercial. De acordo com a documentação do fornecedor, tecidos humanos são coletados de doadores plenamente informados e que forneceram consentimento, em conformidade com os marcos éticos e legais estabelecidos, incluindo a Declaração de Helsinque e as regulamentações aplicáveis de proteção de dados. As células foram fornecidas em forma desidentificada. Não foi necessária aprovação ética adicional para seu uso neste estudo. Todos os experimentos foram realizados usando a mesma linhagem de melanócitos para garantir consistência. Note que, ao usar diferentes linhas celulares primárias, as condições da cultura, assim como as concentrações e procedimentos de manuseio, podem precisar ser ajustados ainda mais.
1. Preparativos
NOTA: Para iniciar o tratamento com tBHP, os melanócitos devem ser descongelados com pelo menos três dias de antecedência para permitir recuperação e confluência suficientes. A fase de tratamento dura 4 dias, com o dia de semeadura designado como Dia 0. Detalhes de todos os materiais utilizados neste estudo estão disponíveis na Tabela de Materiais.
2. Descongelamento celular (Dia -3)
ATENÇÃO: Todos os materiais em contato com células humanas devem ser considerados biologicamente contaminados e descartados de acordo com as diretrizes institucionais de biossegurança. Para avaliar a senescência, utilizamos ensaios complementares que avaliam a parada do crescimento, a atividade do SA-β-gal e marcadores moleculares adicionais. Aqui, apresentamos os protocolos desses ensaios e os resultados esperados ao trabalhar com esses indicadores de senescência.
3. Semeadura de células (Dia 0)
4. tratamento com tBHP (Dia 1–4)
5. Análise da curva de crescimento
6. Atividade SA-β-galactosidase
7. Coloração por imunofluorescência
ATENÇÃO: Resíduos contendo formaldeído, glutaraldeído e paraformaldeído devem ser tratados como resíduos químicos perigosos e descartados de acordo com as regulamentações institucionais de segurança.
8. Isolamento de RNA e RT-qPCR
ATENÇÃO: β-mercaptoetanol é altamente tóxico e deve ser manuseado em uma exaustão exausteira. Resíduos contendo β-mercaptoetanol devem ser descartados como resíduos químicos perigosos.
9. Isolamento de proteínas e Western blot
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O tratamento com tBHP induz paragem do crescimento em melanócitos neonatais humanos.
O tratamento com tBHP inibe a proliferação de melanócitos em comparação com os controles não tratados (n = 3) (Figura 2A). No nono dia, as células tratadas atingem apenas 1,4 cPDL, enquanto os controles atingem 3,1 cPDL. Essa divergência aumenta com o tempo, com melanócitos tratados se aproximando de um platô de 1,9 cPDL ao dia 15, enquanto os controles c...
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Esse protocolo estabelece uma abordagem padronizada para induzir a senescência prematura induzida por estresse (SIPS) em melanócitos neonatais humanos usando tBHP, oferecendo um modelo robusto para estudar a senescência especificamente nesse tipo celular. Mudanças consistentes na proliferação, morfologia, atividade SA-β-gal, marcadores de dano ao DNA e componentes SASP apoiam o fenótipo induzido. Ao focar nos melanócitos, células que permanecem pouco estudadas em pesquisas sobre senescên...
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Os autores declaram não haver interesses financeiros concorrentes. Lieve Declercq é afiliada à Proya Europe; No entanto, a empresa não teve influência no desenho do estudo, coleta de dados, análise, interpretação ou decisão de publicação. Os autores ainda afirmam que ferramentas de inteligência artificial (IA) eram usadas exclusivamente para auxiliar na edição de linguagem e no refinamento do texto. Todo o conteúdo científico, desenho experimental e interpretação dos dados foram desenvolvidos e validados pelos autores.
Esse trabalho foi apoiado por financiamento do Tiroler Wissenschaftsfonds (ZAP746010, F.33287/10-2021, F.50279/7-2024).
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 0.22 µm membrane filter | Merck | SLGVR33RS | |
| 1 M citric acid | Merck | K91567844 | prepare in aq. dest. |
| 1 M MgCl2 | Merck | A649033 | prepare in aq. dest. |
| 1 M Na2HPO4 | Merck | K56036736 | prepare in aq. dest. |
| 10 M NaOH | Lab Honeywell | 30620 | prepare in aq. dest. |
| 37% formaldehyde | Sigma | 252549 | |
| 4% paraformaldehyde | CarlRoth | 0335.3 | |
| 5 M Sodium Chloride | Sigma | S3014 | prepare in aq. dest. |
| 50% glutaraldehyde | Sigma | G6403 | |
| 5-Brom-4-Chlor-3-indolyl-β-D-Galactopyranosid (X-Gal) | Sigma | B9146 | |
| Alexa Fluor-conjugated secondary antibody 2 mg/mL | Invitrogen | A11008 | |
| BSA (bovine serum albumin) | Sigma | A7030 | |
| Chemiluminescent substrate | Sigma | WBKLS0500 | |
| Costar CellLifter | Corning | 3008 | |
| Coverslips for cell culture/microscopy | Epredia | CB00200RA120MNZ0 | |
| DermaLife Basal Medium | CellSystems | LM-0004 | |
| DermaLife M Melanocyte Kit | CellSystems | LS-1041 | |
| Dulbecco's Phosphate Buffered Saline | Sigma | D8537 | |
| Human neonatal melanocytes | CellSystems | FC-0023 | |
| LaminB1 antibody (rabbit) | Abcam | AB16048 | Dilution 1:1000 in 5% BSA |
| Mounting medium containing DAPI | Abcam | AB104139 | |
| Penicillin-Streptomycin solution | Sigma | P4333 | |
| Polyacrylamide gradient gels | Bio-Rad | 456-8095 | |
| Poly-D-Lysine, 0.1 mg/mL | Gibco | A38904-01 | |
| Potassium ferricyanide | Sigma | P8131 | |
| Potassium ferrocyanide | Sigma | P-9387 | |
| pRB antibody (rabbit) | CellSignalling | 93085 | Dilution 1:1000 in 5% BSA |
| Protease inhibitor cocktail | self prepared | N/A | 500 mM NaF; 2 µg/ml Aprotinin; 1 mM PMSF; 1 mM activated Na-Orthovanadate |
| RIPA buffer | self prepared | N/A | containing: 50 mM Tris-HCl; 1% NP-40; 0.5% Na-deoxycholate; 0.1% SDS; 150 mM NaCl; 2 mM EDTA |
| RLT buffer | Qiagen | 1015762 | Included in RNeasy Mini Kit |
| RNeasy Mini Kit | Qiagen | 74106 | |
| Skim milk powder (for 5% milk in TBS-T) | Sigma | 70166 | |
| Sodium citrate (for 0.1% solution) | Sigma | S4641 | |
| Soybean trypsin inhibitor, 0.5 mg/mL | Thermofisher | 17075-029 | |
| tert-Butyl hydroperoxide (tBHP) | Sigma | 458139 | |
| Triton X-100 (for 0.3% solution) | Sigma | T9284 | |
| Trypsin-EDTA solution | Sigma | T3924 | |
| β-mercaptoethanol | CarlRoth | 4227.3 | |
| γH2AX antibody (rabbit) | CellSignalling | 2577S | Dilution 1:200 |
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