Este protocolo fornece um fluxo de trabalho prático e reprodutível para sincronizar células cultivadas, realizar coletas amostrais escalonadas em um período de 24–72 h sem coleta noturna e analisar a expressão de genes do relógio circadiano.
Artigo de método
Este protocolo fornece um fluxo de trabalho prático e reprodutível para sincronizar células cultivadas, realizar coletas amostrais escalonadas em um período de 24–72 h sem coleta noturna e analisar a expressão de genes do relógio circadiano.
Ritmos circadianos são oscilações endógenas de aproximadamente 24 h que regulam uma ampla gama de processos celulares e fisiológicos, incluindo expressão gênica, metabolismo e comportamento. Esses ritmos surgem de laços de retroalimentação transcricionais e traducionais interconectados que respondem a sinais temporais e ambientais. Como a regulação circadiana é altamente dinâmica, mesmo pequenas variações experimentais podem influenciar fase, amplitude e ritmicidade, tornando essenciais fluxos de trabalho experimentais padronizados para gerar resultados confiáveis e reprodutíveis. O objetivo do presente protocolo é fornecer um fluxo de trabalho prático e reprodutível para sincronizar células cultivadas, realizar coletas seriadas ao longo do tempo e analisar a expressão de genes do relógio circadiano sob condições laboratoriais padrão. O protocolo descreve a sincronização baseada em choque sérico, coleta escalonada de amostras ao longo de 24–72 h para evitar coletas noturnas, extração de ácido ribonucleico, síntese de ácido desoxirribonucleico complementar, reação em cadeia da polimerase quantitativa em tempo real e análise de ritmo circadiano utilizando abordagens estatísticas apropriadas. O fluxo de trabalho também destaca considerações experimentais críticas, incluindo condições de sincronização, avaliação da qualidade das amostras, seleção de genes de referência e análise de dados, para melhorar a reprodutibilidade entre experimentos. Este método oferece uma abordagem acessível para investigar mecanismos moleculares circadianos e avaliar a expressão gênica rítmica em células cultivadas, facilitando estudos sobre regulação circadiana em modelos experimentais fisiológicos e relacionados a doenças.
Os ritmos circadianos são ciclos endógenos com um período de aproximadamente 24 h que regulam uma ampla gama de processos fisiológicos, metabólicos e celulares1. Em sistemas de mamíferos, esses ritmos são coordenados por um relógio central localizado no núcleo supraquiasmático (NSQ) do hipotálamo e por relógios moleculares auto-sustentados no nível celular. Esses relógios consistem em laços de retroalimentação transcricionais–traducionais entrelaçados que envolvem genes-relógio centrais, incluindo a proteína circadiana de ciclos de atividade motora kaput (Clock), helice básica-loop-hélice semelhante ao translocador nuclear do receptor de hidrocarbonetos arílicos 1 (Bmal1), período (Per) e criptocromo (Cry)2. Dado o papel central do relógio circadiano em diversos processos biológicos, modelos celulares in vitro tornaram-se ferramentas importantes para investigar os mecanismos moleculares da regulação temporal sob condições experimentais controladas.
O objetivo do presente protocolo é fornecer um fluxo de trabalho confiável, prático e reprodutível para sincronizar células cultivadas utilizando um protocolo de choque sérico, realizar coletas amostrais em curso temporal escalonado e analisar a expressão de genes do relógio circadiano, evitando a coleta de amostras durante a noite. Ao melhorar a viabilidade da coleta circadiana sem comprometer a qualidade dos dados, este fluxo de trabalho tem como finalidade facilitar estudos de processos biológicos rítmicos utilizando técnicas laboratoriais convencionais.
Estudos circadianos têm sido realizados em uma ampla variedade de modelos in vitro, incluindo linhagens celulares de câncer humano3, fibroblastos de rat-14, explantes de SCN 5 e organoides6. Embora a maioria das células de mamíferos possua relógios circadianos funcionais, a ausência de sinais sincronizadores, como a luz, leva rapidamente à dessincronização em cultura, limitando o estudo de ritmos circadianos in vitro7. Portanto, técnicas de sincronização são essenciais para investigar os mecanismos do relógio molecular e suas implicações na saúde e na doença.
Várias estratégias de sincronização foram desenvolvidas para células de mamíferos cultivadas. A sincronização baseada em glicocorticoides utilizando dexametasona está entre as abordagens mais amplamente utilizadas, pois redefinir robustamente os ritmos circadianos em muitos tipos celulares, ao mesmo tempo que reduz parte da variabilidade associada à estimulação com soro8. De forma semelhante, a ativação mediada por forskolina da sinalização do monofosfato de adenosina cíclico tem sido usada com sucesso para sincronizar relógios periféricos em modelos celulares selecionados9. Outras abordagens incluem tratamento com sinais transportados pelo sangue4, diferentes compostos químicos8,10, troca de meio3, choque térmico11, ciclos de oxigênio12 e estimulação mecânica13. Em conjunto, esses métodos avançaram substancialmente a pesquisa circadiana; no entanto, podem exigir equipamentos especializados, condições experimentais específicas ou otimização adicional, tornando importante validar a estratégia de sincronização escolhida para cada modelo biológico e aplicação experimental14.
O choque sérico é uma das abordagens de sincronização mais amplamente estabelecidas e consiste em expor células cultivadas a um estímulo de soro em alta concentração por um período curto4. Como o estímulo é transitório, a perturbação prolongada das vias de sinalização celular é minimizada4, reduzindo possíveis efeitos confundidores em análises posteriores. Consequentemente, o choque sérico é particularmente adequado para estudos de expressão gênica circadiana e função do relógio molecular. Além disso, o procedimento é simples de implementar e não requer equipamentos especializados, tornando-o acessível e facilmente reprodutível entre laboratórios. Uma limitação prática dos experimentos com choque sérico, no entanto, é a programação intensiva de coleta necessária para caracterizar com precisão a ritmicidade circadiana. A análise confiável de ritmos normalmente exige a coleta de amostras em intervalos regulares, geralmente a cada 2–6 h durante um ou mais ciclos circadianos (24–72 h)14, frequentemente exigindo coletas noturnas.
O fluxo de trabalho descrito aqui aborda esse desafio logístico ao escalonar a iniciação da sincronização em várias placas de cultura, permitindo assim a coleta completa de amostras circadianas durante o horário normal de trabalho e evitando a coleta de amostras durante a noite. Em vez de introduzir uma nova estratégia de sincronização, este protocolo fornece uma implementação detalhada e reprodutível de um método estabelecido de choque sérico, combinado com um cronograma prático de coleta de amostras e análise subsequente da expressão gênica. Este fluxo de trabalho é particularmente adequado para estudos de expressão gênica circadiana em células cultivadas, utilizando técnicas laboratoriais amplamente disponíveis. Ao adaptar o protocolo a outros modelos celulares, os parâmetros experimentais, incluindo densidade celular, condições de sincronização, intervalos de coleta e seleção de genes de referência, devem ser otimizados e validados para o tipo celular específico antes da implementação.
O protocolo a seguir descreve um método validado de sincronização para a linhagem celular hipotalâmica embrionária de camundongo mHypoE-42. Valide e otimize independentemente o protocolo de sincronização antes de aplicá-lo a outros tipos celulares cultivados. Veja Figura 1 para uma visão geral do fluxo de trabalho e Figura Suplementar 1 para o cronograma semanal de coleta de amostras. Consulte a Tabela de Materiais para obter todos os reagentes, equipamentos e instrumentos utilizados neste protocolo. Realize todos os procedimentos de cultura celular em uma cabine de segurança biológica certificada, utilizando reagentes e equipamentos estéreis.

Figura 1. Visão esquemática do protocolo de sincronização por choque sérico escalonado. Esquema que ilustra o fluxo de trabalho utilizado para sincronizar células mHypoE-42 por choque sérico em dois conjuntos experimentais escalonados. O desenho escalonado permite a coleta de amostras circadianas durante o horário normal de trabalho, evitando coletas noturnas. As amostras são posteriormente processadas para extração de RNA, reação de polimerase em tempo real quantitativa (qRT-PCR) e análise de ritmo circadiano. Criado com Biorender.com. Clique aqui para visualizar uma versão maior desta figura.
1. Cultura celular
2. Sincronização da Linhagem Celular mHypoE-42
3. Processamento da amostra: Extração de RNA
OBSERVAÇÃO: Os protocolos podem variar dependendo do contexto experimental e da aplicação. O fluxo de trabalho a seguir descreve um exemplo de procedimento eficaz para extração de RNA total, síntese de DNA complementar (cDNA) e reação em cadeia da polimerase quantitativa em tempo real (qRT-PCR). Extraia o RNA total utilizando um método combinado de lise com fenol e separação de fases, seguido por purificação com colunas de sílica em centrífuga.
4. Processamento da amostra: síntese de cDNA
OBSERVAÇÃO: Sintetize cDNA a partir de 1 μg de RNA total utilizando um kit de síntese de primeira fita de cDNA. Ajuste os volumes das reações e as condições de incubação de acordo com as instruções do fabricante.
5. Processamento da amostra: Reação em Cadeia da Polimerase Quantitativa em Tempo Real (qRT-PCR)
OBSERVAÇÃO: Meça a expressão dos genes do relógio circadiano utilizando qRT-PCR. Consulte a Tabela Suplementar 2 para obter as sequências de iniciadores validadas, temperaturas de pareamento e concentrações de iniciadores.
6. Análise de Dados
A sincronização bem-sucedida é indicada pela ritmicidade circadiana estatisticamente significativa dos genes relógio analisados na condição controle (p < 0,05). Neste estudo, foram realizados três experimentos biológicos independentes, utilizando 0,1% de dimetilsulfóxido como controle negativo. Bmal1 e Per2 foram selecionados como marcadores circadianos representativos porque são componentes centrais do relógio circadiano molecular e exibem um padrão de expressão antifásico bem caracterizado. Os perfis representativos de expressão rítmica obtidos após a sincronização são mostrados na Figura 2. Os parâmetros circadianos correspondentes, incluindo ritmicidade, MESOR, amplitude e horário de pico, estão resumidos na Tabela 1, enquanto a comparação par a par entre Bmal1 e Per2 é apresentada na Tabela 2.

Figura 2. Oscilações circadianas de Bmal1 e Per2 após sincronização por choque sérico. Perfis representativos de expressão circadiana de Bmal1 (azul escuro) e Per2 (azul claro) em células mHypoE-42 sincronizadas, medidos por reação em cadeia da polimerase quantitativa em tempo real (qRT-PCR) entre 24 e 48 h após a sincronização. As curvas representam os modelos circadianos ajustados gerados utilizando o CircaCompare.Clique aqui para visualizar uma versão maior desta figura.
| Gene | Ritmicidade (p-value) | MESOR | Amplitude | Horário do pico (h) |
| Bmal1 | 0.0205 | −0.2948 | 0.4648 | 20.4239 |
| Per2 | 0.0071 | −0.318 | 0.4629 | 9.4883 |
| Bmal1 + Composto A | 0.1068 | — | — | — |
Tabela 1: Parâmetros do ritmo circadiano estimados para Bmal1 e Per2 em condições basais e para Bmal1 após tratamento com o Composto A. A ritmicidade circadiana foi avaliada utilizando o CircaCompare. A tabela apresenta o valor de p para ritmicidade, a estatística média estimada do ritmo (MESOR), a amplitude e o horário de pico para cada condição. Os parâmetros circadianos não são relatados para Bmal1 após o tratamento com o Composto A porque a ritmicidade não foi estatisticamente significativa (p = 0,1068).
| Estimativa da diferença de MESOR (p-valor) | Estimativa da diferença de amplitude (p-valor) | Estimativa da diferença de fase (p-valor) | Período compartilhado (h) |
| −0.0232 (p = 0.8904) | −0.0019 (p = 0.9936) | −10.9356 (p = 2,3155 × 10⁻6) | 24 |
Tabela 2: Comparação par a par dos parâmetros circadianos entre Bmal1 e Per2. Comparação par a par da estatística média estimada do ritmo (MESOR), amplitude e fase entre os perfis ajustados de expressão circadiana de Bmal1 e Per2, conforme estimado usando o CircaCompare. Os valores são apresentados como diferenças entre parâmetros com os respectivos valores de p. O período compartilhado foi fixado em 24 h durante o ajuste do modelo.
Em condições basais, tanto Bmal1 quanto Per2 exibiram ritmicidade estatisticamente significativa (Bmal1: p = 0,0205; Per2: p = 0,0071). A análise CircaCompare demonstrou ainda que os dois genes oscilam em fases opostas, com uma diferença de fase de −10,9356 h (p = 2,3155 × 10⁻6), compatível com a relação antifásica esperada dentro da rede molecular do relógio circadiano. As métricas de qualidade do RNA que sustentam a análise de expressão gênica subsequente estão fornecidas na Tabela Suplementar 1.
O protocolo também pode ser aplicado para comparar a ritmicidade circadiana entre condições experimentais, incluindo modelos de saudável versus doença ou grupos de controle versus tratamento. Como exemplo representativo, um contaminante ambiental emergente e disruptor endócrino previamente detectado no hipotálamo humano foi avaliado e é referido aqui como Composto A. Os resultados representativos são mostrados na Figura 3, e a análise correspondente da ritmicidade é resumida na Tabela 1.

Figura 3. Efeito do Composto A na ritmicidade circadiana da expressão de Bmal1. Perfil representativo da expressão de Bmal1 em células mHypoE-42 sincronizadas após tratamento com o Composto A, medido por reação em cadeia da polimerase quantitativa em tempo real (qRT-PCR). As curvas representam os modelos circadianos ajustados gerados usando o CircaCompare. Clique aqui para visualizar uma versão maior desta figura.
Após a exposição ao Composto A, Bmal1 não exibiu mais ritmicidade estatisticamente significativa (p = 0,1068). Nessas condições, o modelo circadiano ajustado não atendeu aos critérios estatísticos para ritmicidade. Consequentemente, parâmetros circadianos como MESOR, amplitude e horário de pico não são relatados, pois não são considerados biologicamente interpretáveis quando a ritmicidade não é estatisticamente significativa. Este exemplo ilustra como o fluxo de trabalho pode distinguir perfis de expressão rítmicos de não rítmicos e pode ser utilizado para avaliar possíveis alterações na expressão gênica circadiana sob diferentes condições experimentais. Para minimizar a variabilidade técnica potencial associada à estratégia de amostragem escalonada, todas as placas de cultura foram preparadas a partir da mesma suspensão celular, mantidas sob condições de cultivo idênticas e sincronizadas utilizando o mesmo fluxo de trabalho experimental, diferindo apenas no momento da sincronização.
Figura Suplementar 1. Cronograma semanal do protocolo de sincronização escalonada. Linha do tempo semanal representativa ilustrando o plaqueamento celular, privação de soro, sincronização por choque de soro, interrupção da sincronização e coleta de amostras circadianas para os dois conjuntos experimentais escalonados (Conjunto 1, roxo; Conjunto 2, verde). O delineamento escalonado permite a coleta dos pontos de tempo circadianos (CT) CT0–CT48 durante o horário normal de trabalho, evitando a coleta de amostras durante a noite. Clique aqui para baixar este arquivo.
Tabela Suplementar 1. Métricas de qualidade do RNA para todas as amostras biológicas incluídas no experimento de curso temporal circadiano. A pureza do RNA foi avaliada por meio das razões de absorvância A260/A280 e A260/A230, e a concentração de RNA foi determinada espectrofotometricamente antes da síntese de DNA complementar (cDNA). As amostras são identificadas pelo horário de coleta, grupo de tratamento e replicata biológica. Essas medições foram utilizadas para verificar a qualidade do RNA antes da análise posterior de reação em cadeia da polimerase quantitativa em tempo real (qRT-PCR). Clique aqui para baixar este arquivo.
Tabela Suplementar 2. Sequências de iniciadores e condições de amplificação utilizadas para reação em cadeia da polimerase quantitativa em tempo real (qRT-PCR). As sequências dos iniciadores oligonucleotídicos direto e reverso são apresentadas na orientação 5′-3′, juntamente com os respectivos números de acesso do NCBI, temperatura de pareamento e concentração dos iniciadores utilizados para amplificação de cada gene alvo. Clique aqui para baixar este arquivo.
Tabela Suplementar 3. Conjunto de dados de exemplo para análise de ritmo circadiano usando o CircaCompare. Exemplo de conjunto de dados em formato de valores separados por vírgulas (CSV) formatado para análise com o CircaCompare. O conjunto de dados contém três variáveis obrigatórias: Tempo (h), Grupo e Resultado (ΔΔCq), correspondentes ao formato descrito no protocolo de Análise de Dados e utilizado como arquivo de entrada de exemplo para a estimativa de parâmetros circadianos. Clique aqui para baixar este arquivo.
Arquivo Suplementar 1. Exemplo de script R para análise de ritmo circadiano usando o CircaCompare. Exemplo de script R para análise de dados de expressão gênica circadiana utilizando o pacote CircaCompare (versão 0,2,0) em R (versão 4,5,1). O script importa o conjunto de dados de entrada, realiza a estimativa de parâmetros circadianos com um período de 24 h, exporta o resumo estatístico e gera um gráfico com qualidade para publicação. Antes do uso, substitua os nomes de arquivos fictícios (XXX.csv, YYY.csv e ZZZ.svg) pelos nomes desejados de arquivos de entrada e saída e ajuste os parâmetros de plotagem (por exemplo, ylim) conforme apropriado para o conjunto de dados. Clique aqui para baixar este arquivo.
Os ritmos circadianos são ciclos endógenos de aproximadamente 24 h que regulam uma ampla gama de processos fisiológicos, metabólicos e celulares por meio de mecanismos moleculares conservados do relógio biológico1,2. Modelos de sincronização in vitro fornecem um ambiente experimental controlado para investigar esses mecanismos e tornaram-se ferramentas valiosas para estudar a regulação circadiana em condições normais e patológicas, incluindo exposição a contaminantes ambientais e outras perturbações experimentais25. O protocolo apresentado aqui descreve um fluxo de trabalho prático para sincronizar células cultivadas por choque sérico, coletar amostras em curso temporal usando uma estratégia de amostragem escalonada e quantificar a expressão gênica circadiana por qRT-PCR. Este fluxo de trabalho é particularmente adequado para estudos que exigem perfilagem da expressão gênica ao longo do tempo, minimizando ao mesmo tempo os desafios logísticos associados à coleta de amostras durante a noite. Vários passos críticos determinam o sucesso e a reprodutibilidade deste protocolo. O controle adequado da confluência celular, privação de soro, duração do choque sérico e condições de sincronização é essencial, pois uma sincronização inadequada pode resultar em ritmicidade fraca ou indetectável14. A densidade consistente de semeadura celular, a preparação de todas as placas experimentais a partir da mesma suspensão celular e as condições de cultivo idênticas entre os conjuntos experimentais escalonados reduzem ainda mais a variabilidade técnica. A qualidade do RNA, a síntese de cDNA, a validação de primers e a seleção de genes de referência estáveis também são determinantes importantes para resultados confiáveis de qRT-PCR. Como em qualquer protocolo de sincronização circadiana, a otimização desses parâmetros pode ser necessária ao adaptar o fluxo de trabalho a diferentes tipos celulares ou condições experimentais.
Embora o choque sérico seja um dos métodos de sincronização mais amplamente estabelecidos na biologia circadiana4,26, ele não é universalmente ideal para todas as aplicações experimentais. Abordagens alternativas de sincronização, incluindo tratamento com dexametasona, estimulação com forskolina, sincronização térmica e sistemas baseados em repórteres, podem ser mais apropriadas dependendo do modelo biológico e do objetivo da pesquisa14. Esses métodos devem ser considerados complementares e não concorrentes, pois cada um possui vantagens e limitações distintas. O choque sérico oferece um equilíbrio prático entre simplicidade experimental, acessibilidade e reprodutibilidade, sem exigir instrumentação especializada ou sistemas de repórteres geneticamente codificados. No entanto, os pesquisadores devem considerar cuidadosamente a influência potencial do estímulo de sincronização em seu sistema biológico e escolher a abordagem que melhor atenda à sua questão experimental. Protocolos de choque sérico que omitam a etapa de privação de soro também já foram descritos e podem representar alternativas adequadas em contextos experimentais específicos27. A flexibilidade deste protocolo permite diversas modificações e estratégias de solução de problemas. O delineamento de amostragem escalonada baseia-se em placas de cultura paralelas sincronizadas em momentos diferentes para gerar CTs complementares, evitando ao mesmo tempo a coleta de amostras durante a noite. Para minimizar a variabilidade entre placas, prepare todas as placas a partir da mesma suspensão celular, semeie-as com densidades idênticas, mantenha condições de cultura idênticas e realize a sincronização utilizando o mesmo fluxo experimental, diferindo apenas no momento da sincronização. Embora esta abordagem não consiga eliminar completamente a variação relacionada a lotes, ela minimiza a variabilidade técnica enquanto reduz substancialmente os desafios logísticos associados à coleta noturna de amostras, preservando a capacidade de detectar ritmos circadianos biologicamente significativos. Embora a estratégia de amostragem escalonada tenha sido projetada para minimizar a variabilidade técnica ao manter condições de cultura idênticas em todos os conjuntos experimentais, ela não foi comparada diretamente com um delineamento convencional de amostragem contínua no presente estudo. Estudos futuros podem avaliar mais amplamente a equivalência dessas abordagens em outros modelos experimentais. Ao adaptar este fluxo de trabalho a novos tipos celulares ou condições experimentais, otimize a eficiência de sincronização e avalie possíveis efeitos de lote durante a validação do protocolo. Dependendo do objetivo experimental, modifique o cronograma de sincronização ajustando os horários iniciais ou mantendo uma única cultura sincronizada com uma janela de amostragem reduzida. Estratégias de solução de problemas incluem a otimização da duração do choque sérico, verificação da viabilidade celular e confluência antes da sincronização, confirmação da qualidade do RNA antes da análise subsequente e ajuste dos intervalos de amostragem para melhorar a detecção de ritmos circadianos. O presente protocolo foi validado na linhagem celular hipotalâmica embrionária de camundongo mHypoE-42 e, portanto, deve ser otimizado e validado independentemente antes de sua aplicação a outros modelos celulares. Embora não tenha sido avaliado no presente estudo, este protocolo foi desenvolvido com base em otimizações anteriores realizadas em nosso laboratório com outras linhagens celulares (por exemplo, células N2a e fibroblastos humanos), o que sustenta sua possível aplicabilidade a diferentes modelos celulares. Da mesma forma, a estratégia de amostragem escalonada melhora substancialmente a viabilidade experimental ao permitir a coleta completa de dados circadianos durante o horário normal de trabalho; no entanto, os usuários devem manter condições experimentais idênticas em todas as placas de cultura para minimizar possíveis efeitos de lote. Quando devidamente otimizado, este fluxo de trabalho fornece uma abordagem acessível e reprodutível para investigar a expressão gênica circadiana e avaliar intervenções experimentais que alteram a função do relógio molecular em uma ampla gama de aplicações de pesquisa.
Apesar de suas vantagens práticas, este método apresenta várias limitações. A estratégia de amostragem escalonada fornece medições em pontos de tempo discretos, em vez de monitoramento contínuo, o que reduz a resolução temporal em comparação com ensaios de repórter baseados em fluorescência ou bioluminescência7. Consequentemente, a precisão na estimativa do período e a detecção de pequenas alterações de fase ou oscilações de baixa amplitude podem ser reduzidas. Além disso, o fluxo de trabalho baseado em placas torna-se cada vez mais trabalhoso à medida que aumenta o número de tratamentos ou condições experimentais, pois placas de cultura adicionais são necessárias para cada condição. Entre as metodologias existentes, este fluxo de trabalho oferece uma alternativa prática aos sistemas baseados em repórter, incluindo ensaios de luciferase acionados por caixas E (por exemplo, Bmal1-Luc e Per2-Luc), que permitem o monitoramento em tempo real da atividade circadiana em células vivas28,29. Embora os sistemas de repórter baseados em fluorescência e bioluminescência ofereçam alta resolução temporal e sejam particularmente úteis para triagem em alta escala de moduladores circadianos candidatos, eles exigem modificação genética estável, equipamentos especializados de detecção e condições ambientais rigorosamente controladas30, o que pode não estar disponível em todos os laboratórios. Além disso, os sistemas de repórter geralmente são restritos a construtos de repórter pré-definidos e podem exigir normalização em relação a sinais constitutivos ou à abundância celular, limitando a avaliação simultânea de múltiplos genes ou análises moleculares downstream. Em contraste, o fluxo de trabalho descrito aqui é compatível com múltiplas aplicações downstream, incluindo análise quantitativa de expressão gênica e ensaios baseados em proteínas, tornando-o uma abordagem acessível e versátil para laboratórios que investigam a regulação molecular circadiana.
Após a coleta das amostras e as análises subsequentes, a avaliação estatística apropriada é essencial para determinar se as oscilações observadas são estatisticamente significativas e biologicamente relevantes. Neste protocolo, o CircaCompare fornece uma estrutura robusta para estimar e comparar estatisticamente o MESOR, a amplitude e a fase, utilizando modelos de regressão baseados no cosinor23. Diferentemente de abordagens que avaliam apenas a ritmicidade, o CircaCompare permite comparações diretas em pares dos parâmetros circadianos entre grupos experimentais, facilitando a avaliação de efeitos de tratamentos, perturbações genéticas ou alterações associadas a doenças no comportamento circadiano. Este fluxo de trabalho analítico complementa o protocolo de sincronização ao fornecer medidas quantitativas padronizadas para interpretar mudanças na expressão gênica circadiana. Como demonstrado nos Resultados Representativos, a sincronização bem-sucedida foi indicada pelos padrões esperados de expressão oscilatória do RNA mensageiro (mRNA) de Bmal1 e Per2 após choque sérico (Figura 2). Em contraste, a exposição ao Composto A resultou na perda da ritmicidade estatisticamente significativa de Bmal1 (Figura 3), ilustrando a utilidade deste fluxo de trabalho para avaliar intervenções experimentais que alteram a expressão gênica circadiana. Uma consideração importante ao interpretar dados de expressão gênica circadiana é a variabilidade biológica entre experimentos independentes. Neste estudo, os resultados representativos foram obtidos a partir de réplicas biológicas independentes realizadas em diferentes dias e em diferentes passagens celulares. Consequentemente, um certo grau de variabilidade é esperado e reflete variação biológica, e não técnica. Por esse motivo, experimentos de sincronização devem incluir réplicas biológicas independentes e ser interpretados no contexto da variabilidade biológica esperada do modelo celular em estudo. Apesar dessa variabilidade, a ritmicidade estatisticamente significativa e a relação antifásica esperada entre Bmal1 e Per2 foram consistentemente observadas. Além disso, características circadianas, como amplitude da oscilação, fase, comprimento do período e taxa de amortecimento, variam entre modelos celulares. Portanto, o desempenho da sincronização deve ser avaliado no contexto do tipo celular específico em estudo, e não por meio de comparação direta com modelos não relacionados.
Este fluxo de trabalho é particularmente relevante para investigar o papel dos ritmos circadianos nos mecanismos de doenças e nas respostas terapêuticas. A desregulação da sincronização circadiana tem sido implicada em diversas condições patológicas, incluindo câncer, distúrbios metabólicos e doenças neurodegenerativas31,32. A capacidade de avaliar a expressão gênica rítmica ou a abundância proteica in vitro fornece uma estrutura prática para investigar esses processos e para avaliar os efeitos de intervenções farmacológicas no relógio molecular circadiano, que é cada vez mais reconhecido como um possível alvo terapêutico14,33. Por exemplo, este protocolo pode ser aplicado para examinar como moduladores candidatos influenciam a expressão gênica circadiana em modelos celulares relevantes para doenças, após otimização e validação adequadas. É importante destacar que o objetivo do presente trabalho não é defender o choque sérico como substituto de outros métodos de sincronização, nem sugerir sua superioridade em relação a abordagens alternativas. Em vez disso, este protocolo fornece um fluxo de trabalho detalhado e reprodutível para implementar uma estratégia de sincronização amplamente utilizada, coletar amostras circadianas durante o horário de trabalho habitual utilizando um delineamento de amostragem escalonado e analisar a expressão gênica rítmica com metodologias acessíveis de análise posterior. Prevemos que esta estrutura será particularmente útil para laboratórios que estejam iniciando experimentos circadianos ou que busquem um fluxo de trabalho prático, reprodutível e acessível para incorporar análises temporais em modelos celulares já existentes.
Os autores declaram não haver conflitos de interesse.
Este trabalho foi cofinanciado pela União Europeia (UE) através da Facilidade de Recuperação e Resiliência e por fundos nacionais portugueses através da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia no âmbito dos projetos LA/P/0058/2020 (DOI: 10.54499/LA/P/0058/2020), UID/04539/2025, UID/PRR/04539/2025 (DOI: 10.54499/UID/PRR/04539/2025) e UID/PRR2/04539/2025 (DOI: 10.54499/UID/PRR2/04539/2025); pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER) através do Programa Operacional Regional Centro 2030 no âmbito do projeto CENTRO2030-FEDER-02360200; e por fundos nacionais portugueses através da FCT no âmbito das bolsas 2023.17896.ICDT (DOI: 10.54499/2023.17896.ICDT), 2023.12355.PEX (DOI: 10.54499/2023.12355.PEX), 2021.02220.CEECIND/CP1656/CT0008 (DOI: 10.54499/2021.02220.CEECIND/CP1656/CT0008), 2020.04850.BD (DOI: 10.54499/2020.04850.BD) e 2021.05334.BD (DOI: 10.54499/2021.05334.BD).
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Placa de cultura celular de 6 poços | Nest Biotechnology | 15140122 | Placa de cultura celular |
| Agarose | NZYtech | MB02702 | Avaliação da qualidade de RNA |
| Mistura antibiótica (penicilina/estreptomicina) | Gibco, Thermo Fisher Scientific | D5648 | Suplemento para cultura celular |
| Kit de síntese de cDNA (primeiro filamento) | NZYtech | MB12502 | Transcrição reversa |
| Clorofórmio | Sigma-Aldrich | A5256701 | Reagente de separação de fases |
| DMEM, glicose alta (4500 mg/L de glicose, L-glutamina) | Sigma-Aldrich | 26050088 | Meio de cultura celular |
| Tubos microcentrífugos Eppendorf | Eppendorf | 30120086 | Armazenamento de amostras |
| Etanol (96%) | Fisher Bioreagents | 15552393 | Purificação de RNA |
| Soro bovino fetal, inativado pelo calor | Gibco, Thermo Fisher Scientific | J62692.K7 | Suplemento para cultura celular |
| Placa PCR de 96 poços com revestimento rígido | Bio-Rad Laboratories | HSP9601 | Placa para qRT-PCR |
| Soro de cavalo, inativado pelo calor | Gibco, Thermo Fisher Scientific | 15400054 | Sincronização por choque sérico |
| Linhagem celular mHypoE-42 (CVCL_D443) | CELLutions Biosystems Inc. | MB13402 | Linhagem celular hipotalâmica de camundongo embrionário |
| Primeres de oligonucleotídeos | NZYtech | MB12501 | Primeres para qRT-PCR |
| Solução salina tamponada com fosfato (PBS) | Thermo Fisher Scientific | MB18502 | Lavagem celular |
| qPCR Green Master Mix (2×) | NZYtech | MB22403 | Reagente para qRT-PCR |
| Sistema de detecção de PCR em tempo real | Bio-Rad Laboratories | EP0030108116 | Instrumento para qRT-PCR |
| Kit de isolamento de RNA | NZYtech | 288306 | Purificação em coluna de sílica por centrifugação |
| Reagente de lise de RNA | NZYtech | MB18502 | Reagente de extração de RNA baseado em fenol |
| Bicarbonato de sódio | Sigma-Aldrich | MB22401 | Suplemento para meio de cultura celular |
| Placa de cultura estéril de 35 mm | Thermo Fisher Scientific | 121V | Placa de cultura celular |
| Ciclador térmico T100 | Bio-Rad Laboratories | 1861096 | Síntese de cDNA |
| Frasco de cultura de tecidos T75 | Corning | 430641U | Recipiente para cultura celular |
| Solução de azul de tripano (0,4%) | Gibco, Thermo Fisher Scientific | 15250061 | Contagem celular |
| Tripsina-EDTA (0,5%) | Gibco, Thermo Fisher Scientific | 15400054 | Dissociação celular |
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