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Method Article
Este artigo descreve uma maneira confiável e simples de obter fatias transversais agudas do hipocampo ex vivo de camundongos e ratos usando um cortador de tecido. Fatias obtidas de hipocampos ressecados podem ser submetidas à análise funcional da captação de glutamato para investigar a homeostase do sistema glutamatérgico.
A remoção de glutamato do espaço extracelular por transportadores dependentes de Na+ de alta afinidade é essencial para garantir que os mecanismos de conectividade intrínseca do cérebro funcionem adequadamente e a homeostase seja mantida. O hipocampo é uma estrutura cerebral única que gerencia funções cognitivas superiores e é objeto de vários estudos sobre doenças neurológicas. A investigação de mecanismos fisiológicos e patológicos em modelos de roedores pode se beneficiar de preparações de fatia aguda do hipocampo (AHS). A AHS tem a vantagem de fornecer informações confiáveis sobre a função celular, uma vez que a citoarquitetura e os circuitos sinápticos são preservados. Embora as preparações de AHS sejam comumente utilizadas em laboratórios de neuroquímica, é possível encontrar algumas diferenças metodológicas na literatura. Considerando que protocolos distintos de preparo de cortes podem alterar as regiões hipocampais analisadas, este protocolo atual propõe uma técnica padrão para a obtenção de AHS transverso do hipocampo ressecado. Este protocolo simples de executar pode ser usado em modelos experimentais de camundongos e ratos e permitir várias abordagens ex vivo investigando a dinâmica neuroquímica (no hipocampo dorsal, intermediário e ventral) em diferentes origens (por exemplo, manipulações transgênicas) ou após manipulações in vivo (por exemplo, tratamentos farmacológicos ou modelos de roedores adequados para estudar distúrbios clínicos). Após a dissecação do hipocampo do cérebro do roedor, foram obtidos cortes transversais ao longo do eixo septo-temporal (300 μm de espessura). Esses AHS contêm partes distintas do hipocampo e foram submetidos a uma investigação neuroquímica individual (como exemplo: transportadores de neurotransmissores usando seus respectivos substratos). Como o hipocampo apresenta uma alta densidade de sinapses excitatórias, e o glutamato é o neurotransmissor mais importante no cérebro, o sistema glutamatérgico é um alvo interessante para fenômenos observados in vivo. Assim, o protocolo atual fornece etapas detalhadas para explorar a captação de glutamato em AHS ex vivo usando L-[3H]-glutamato. O uso deste protocolo para investigar a função hipocampal pode ajudar a entender melhor a influência do metabolismo do glutamato nos mecanismos de neuroproteção ou neurotoxicidade.
O hipocampo, uma estrutura cerebral enterrada profundamente no lobo temporal medial de cada hemisfério, onde se encontram altas funções cognitivas, é uma das entidades mais estudadas do sistema nervoso central (SNC). A função do hipocampo está fortemente relacionada à memória declarativa e espacial. Essa estrutura também desempenha um papel no comportamento emocional e na regulação das funções hipotalâmicas 1,2,3,4. Desde que foi confirmado, importantes mecanismos de formação e armazenamento de memória ocorrem nessa região e o campo começou a investigar profundamente a região do hipocampo. Assim, o uso de modelos animais que se assemelham a distúrbios cerebrais humanos relacionados às funções do hipocampo, como doença de Alzheimer, epilepsia, depressão maior e estresse, continua a crescer.
Em roedores, o hipocampo é uma estrutura curva que começa perto do septo medial em direção ao córtex temporal ventral. Ao longo de seu eixo longitudinal, o hipocampo pode ser dividido em três regiões diferentes, cada uma relacionada a circuitos específicos1. A parte superior constitui o hipocampo dorsal/septal, a parte inferior constitui o hipocampo ventral/temporal e a área entre eles é considerada o hipocampo intermediário. Há extensa literatura cobrindo as diferenças nas projeções celulares para cada parte, bem como relatos de aspectos cognitivos específicos processados por cada uma 5,6. Em relação à sua organização interna, as regiões do hipocampo podem ser separadas por suas áreas funcionais. A área de Cornu ammonis (CA) é subdividida em CA1, CA2 e CA3 e se estende pela parte superior do hipocampo, acima do giro dentado (DG) e do subículo, que são as partes mais internas do hipocampo (Figura 1). As sinapses localizadas nessas regiões sofrem rearranjo contínuo, apresentando processos neurogênicos e plásticos ao longo da vida3. Vários estudos já mostraram que manipulações experimentais distintas no hipocampo resultam em deficiência cognitiva7. Em relação à avaliação de alterações bioquímicas e moleculares, técnicas utilizando fatias cerebrais agudas são uma excelente ferramenta para melhorar o conhecimento sobre diferentes aspectos do hipocampo.
Devido à sua precisão e reprodutibilidade, muitos estudos que exploraram aspectos de fenômenos relacionados à neurotransmissão (atividade, captação ou liberação enzimática) utilizaram AHS transverso do hipocampo ressecado obtido por helicóptero tecidual 8,9,10,11,12. Esta técnica de fatiamento seguida de avaliação da captação é adequada para experimentos neuroquímicos sofisticados que exigem que a atividade do transportador do tecido do hipocampo seja preservada. Para isso, o emprego de um picador de tecidos é preferível, pois é mais rápido que o vibratomo e fornece o AHS em tempo adequado para uso experimental com precisão adequada.
A neurotransmissão excitatória no cérebro é realizada pelo glutamato, o neurotransmissor mais abundante, inclusive no hipocampo, que é dependente da sinalização do glutamato em maior extensão13,14. Essa abundância de neurotransmissores é rigidamente controlada no ambiente extracelular. No interior das vesículas intracelulares, no entanto, pode atingir até 100 mM15. Uma vez liberado na fenda sináptica, o glutamato não é metabolizado e precisa ser removido para evitar a excitotoxicidade, geralmente desencadeada como resposta a uma sobrecarga de glutamato14,16. O único mecanismo que separa a toxicidade da sinalização normal é o transporte dependente de sódio através da atividade de proteínas localizadas nas membranas plasmáticas de, principalmente, células gliais 14,17,18,19. Esses transportadores [GLAST (EAAT1) e GLT-1 (EAAT2)] regulam rigidamente os níveis extracelulares de glutamato e podem ser modulados por uma ampla gama de fatores, como transcrição de DNA, splicing e degradação de mRNA, síntese e direcionamento de proteínas, atividade de transporte de aminoácidos e atividades de canais iônicos 20,21,22,23. Assim, sua atividade pode ser medida pelo transporte de substrato radiomarcado, como glutamato.
O uso de substratos radiomarcados representa um método preferível para quantificar a atividade do transportador, uma vez que permitem rastrear mecanismos dinâmicos, como o transporte através das membranas celulares. Além de sua alta sensibilidade e especificidade, as vantagens dos experimentos com radiotraçadores incluem sua simplicidade e pequeno custo em comparação com tecnologias concorrentes, como espectrometria de massa24. Além disso, ao usar apenas pequenas quantidades de traçador, os níveis fisiológicos de substratos não são alterados, fornecendo assim uma imagem mais representativa do cenário real da atividade metabólica.
A disponibilidade de abordagens experimentais ex vivo é fundamental para apoiar a pesquisa básica na identificação de novos alvos moleculares e atividades de descoberta de medicamentos. Assim, considerando a relevância da captação de glutamato para a homeostase do sistema glutamatérgico e a alta predominância de sinapses glutamatérgicas no hipocampo, este protocolo demonstra como avaliar a atividade de captação de glutamato em um método rápido e de fácil reprodução usando AHS transverso do hipocampo ressecado. Este ensaio usa L-[3H]-glutamato radiomarcado, que permite comparações quantitativas e visualização clara dos resultados, e pode ser modificado para uso com substratos específicos ou personalizados, em uma ampla gama de condições de reação25.
Fatias cerebrais agudas apresentam muitas vantagens e têm sido usadas para apoiar a mudança de função sob manipulações farmacológicas e genéticas 26,27,28. Seu uso se beneficia do seguinte: (i) a conservação da funcionalidade neuroquímica e as interações célula a célula; (ii) a possibilidade de realizar inúmeras manipulações farmacológicas e genéticas para investigar vias subjacentes às funções neuronais e gliais; (iii) controle preciso do ambiente extracelular; e (iv) bom acesso experimental a diferentes áreas hipocampais (como CA1, CA3 ou DG), que são mantidas na mesma fatia dependendo do método de fatiamento. Considerando que protocolos distintos de preparo de cortes podem alterar as regiões do hipocampo expostas, este protocolo propõe uma técnica padrão para a obtenção de AHS transverso do hipocampo ressecado. Este protocolo simples de executar pode ser usado em modelos de roedores e pode permitir várias abordagens ex vivo investigando a dinâmica neuroquímica em diferentes contextos ou após manipulações in vivo29,30 (Figura 2).
Todos os procedimentos foram realizados de acordo com o Guia do NIH para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório e aprovados pelo Comitê de Ética local (aprovação do projeto # 33732/CEUA-UFRGS). Todos os esforços foram feitos para minimizar o desconforto e o número de animais utilizados nos experimentos.
1. Preparando a solução salina balanceada de Hank (HBSS)
2. Preparando HBSS sem sódio
3. Organizando o material para dissecção do hipocampo de ratos
4. Eutanásia do rato
5. Remoção do cérebro do rato
6. Dissecção do hipocampo de ratos
7. Preparação de fatias
NOTA: Ao organizar o material cirúrgico na bancada (sessão 2), prepare o cortador de tecidos para obter o corte transversal do hipocampo ressecado.
8. Ensaio de captação de glutamato
9. Contagem do L-[3H]-glutamato radioativo
10. Cálculos
A captação de glutamato é um dos mecanismos mais importantes que controlam a neurotransmissão no cérebro. O hipocampo, especificamente, é um local crítico na sinalização do glutamato, sendo um importante centro que conecta memória, cognição e emoções no cérebro. Seguindo o protocolo, ratos Wistar machos adultos foram usados para gerar resultados representativos. Os animais foram anestesiados com isoflurano 3% até ficarem inconscientes. Após a dissecação do cérebro, os...
O protocolo apresentado mostra uma avaliação da captação de glutamato de fácil execução usando fatias do hipocampo. Os resultados demonstram que a AHS ocupa regularmente cerca de 60 fmol de L-[3H]-glutamato radiomarcado, que a espessura da fatia (quantidade de proteína) não influenciou a captação de L-[3H]-glutamato (dados não mostrados) e que as partes dorsal, intermediária e ventral do hipocampo exibiram desempenhos semelhantes quando obtidas de ratos...
Os autores não têm nada a divulgar.
Os autores recebem apoio financeiro do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Excitotoxicidade e Neuroproteção [465671/2014-4], CNPq [438500/2018-0] e [152189/2020-3], FAPERGS/CAPES/DOCFIX [18/2551-0000504-5], CAPES [88881.141186/ 2017-01], CNPq [460172/2014-0], PRONEX, FAPERGS/CNPq [16/ 2551-0000475-7], FAPERGS/MS/CNPq/SESRS-PPSUS [30786.434.24734.23112017]
UFOP - MODALIDADE: "EDITAL PROPP 19/2020 AUXÍLIO À PUBLICAÇÃO DE ARTIGOS CIENTÍFICOS - 2020", PROCESSO N.: 23109.000929/2020-88
Name | Company | Catalog Number | Comments |
#11 scalpel blade | Swann-Morton | 525 | |
100 mm glass petri dish | Common suppliers | ||
110 mm diameter Whatman Filter | Sigma Aldrich | WHA1001110 | |
42.5 mm diameter Whatman Filter | Sigma Aldrich | WHA1001042 | |
24-well cell culture plate | Falcon | 353047 | |
Becker | Common suppliers | ||
Blades for the tissue chopper | Wilkinson | 3241 | |
Bone rongeur | Erwin Guth | 9,00,005 | |
CaCl2 | Sigma Aldrich | C4901 | |
D-[2,3-3H]-Aspartic acid | PerkinElmer | NET581001MC | 11.3 Ci/mmol (37 MBq) |
D-Glucose | Sigma Aldrich | G8270 | |
N-Methyl-D- Glucamine | Sigma Aldrich | M2004 | |
HEPES | Sigma Aldrich | H3375 | |
Hidex 300 SL | Hidex Oy. | Super Low Level #425-020 | |
Iris scissors | Erwin Guth | 8,00,040 | |
Isoflurane | Cristalia (São Paulo, Brazil) | 4,10,525 | 1 mL/mL |
KCl | Sigma Aldrich | P3911 | |
KH2PO4 | Sigma Aldrich | P0662 | |
L-[3,4-3H]-Glutamic Acid | PerkinElmer | NET490005MC | 49.7 Ci/mmol (185 MBq) |
MgCl2 | Sigma Aldrich | M8266 | |
MgSO4 | Sigma Aldrich | M7506 | |
Na2HPO4 | Sigma Aldrich | S9763 | |
NaCl | Sigma Aldrich | S9888 | |
NaHCO3 | Sigma Aldrich | S5761 | |
Plastic Pasteur pipette | Common suppliers | ||
Scintillation liquid | PerkinElmer | 1200.437 for 1 x 5 Liter | Optiphase HiSafe 3 |
Small surgical scissors | Erwin Guth | 8,00,040 | |
Small tweezers | Erwin Guth | 6,00,131 | |
Spare chopping discs for the chopper | Common suppliers | ||
Standard scissors | Erwin Guth | 8,00,010 | |
Thin brushes (size 0 or 2) | Common suppliers | ||
Thin double-ended spatula | Erwin Guth | 470.260E | |
Tissue Chopper | Ted Pella, Inc. | 10180 |
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