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Method Article
Aqui, apresentamos um protocolo para realizar um patch-clamp de células inteiras em fatias cerebrais contendo neurônios de kisspeptina, o principal modulador das células do hormônio liberador de gonadotrofina (GnRH). Ao agregar conhecimento sobre a atividade neuronal da kisspeptina, essa ferramenta eletrofisiológica tem servido de base para avanços significativos no campo da neuroendocrinologia nos últimos 20 anos.
As kisspeptinas são essenciais para a maturação do eixo hipotálamo-hipófise-gonadal (HPG) e fertilidade. Os neurônios kisspeptina hipotalâmicos, localizados no núcleo periventricular anteroventral e no núcleo periventricular rostral, bem como o núcleo arqueado do hipotálamo, projetam-se para neurônios do hormônio liberador de gonadotrofina (GnRH), entre outras células. Estudos anteriores demonstraram que a sinalização da kisspeptina ocorre através do receptor Kiss1 (Kiss1r), excitando a atividade do neurônio de GnRH. Em humanos e modelos animais experimentais, as kisspeptinas são suficientes para induzir a secreção de GnRH e, consequentemente, a liberação de hormônio luteinizante (LH) e hormônio folículo estimulante (FSH). Uma vez que as kisspeptinas desempenham um papel essencial nas funções reprodutivas, os pesquisadores estão trabalhando para avaliar como a atividade intrínseca dos neurônios hipotalâmicos da kisspeptina contribui para ações relacionadas à reprodução e identificar os neurotransmissores/neuromoduladores primários capazes de alterar essas propriedades. A técnica de patch-clamp de células inteiras tornou-se uma ferramenta valiosa para investigar a atividade de neurônios de kisspeptina em células de roedores. Esta técnica experimental permite aos pesquisadores registrar e medir correntes iônicas excitatórias e inibitórias espontâneas, potencial de membrana de repouso, disparo de potencial de ação e outras propriedades eletrofisiológicas das membranas celulares. No presente estudo, aspectos cruciais da técnica de patch-clamp de células inteiras, conhecida como medidas eletrofisiológicas que definem os neurônios hipotalâmicos da kisspeptina, e uma discussão de questões relevantes sobre a técnica são revistos.
Hodgkin e Huxley fizeram o primeiro registro intracelular de um potencial de ação descrito em vários estudos científicos. Este registro foi realizado no axônio da lula, que tem um grande diâmetro (~500 μm), permitindo que um microeletrodo seja colocado dentro do axônio. Este trabalho proporcionou grandes possibilidades para a pesquisa científica, culminando posteriormente com a criação do modo tensão-pinça, que foi utilizado para estudar a base iônica da geração do potencial de ação 1,2,3,4,5,6,7,8. Com o passar dos anos, a técnica foi se aprimorando, tornando-se amplamente aplicada em pesquisascientíficas6,9. A invenção da técnica patch-clamp, ocorrida no final da década de 1970 por meio de estudos iniciados por Erwin Neher e Bert Sakmann, permitiu aos pesquisadores registrar canais iônicos únicos e potenciais ou correntes de membrana intracelular em praticamente todos os tipos celulares utilizando apenas um eletrodo 9,10,11,12. Os registos de patch-clamp podem ser feitos numa variedade de preparações de tecidos, tais como células cultivadas ou cortes de tecido, quer em modo voltage-clamp (mantendo a membrana celular a uma tensão definida que permite o registo, por exemplo, de correntes dependentes de voltagem e correntes sinápticas) quer em modo corrente-clamp (permitindo o registo de, por exemplo, alterações no potencial de membrana de repouso induzidas por correntes iónicas, potenciais de ação e frequência potencial pós-sináptico).
O uso da técnica patch-clamp possibilitou várias descobertas notáveis. De fato, os achados seminais sobre as propriedades eletrofisiológicas dos neurônios kisspeptina hipotalâmico localizados nos núcleos periventricular anteroventral e periventricular rostral (VPVV/PeN Kisspeptina), também conhecidos como área periventricular rostral do terceiro ventrículo (RP3V), e núcleo arqueado do hipotálamo (ARHkisspeptina)13,14,15 são de particular interesse. Em 2010, Ducret e colaboradores realizaram os primeiros registros de neurônios deKisspeptinAVPV/PeN em camundongos usando outra ferramenta eletrofisiológica, a técnica de patch-clamp de células soltas. Esses estudos forneceram uma descrição elétrica dos neurôniosKisspeptin AVPV/PeN e demonstraram que seus padrões de disparo são dependentes do ciclo estral16. Em 2011, Qiu e col. utilizaram a técnica de patch-clamp de células inteiras para demonstrar que os neurônios dakisspeptina ARH expressam correntes endógenas de marcapasso17. Posteriormente, Gottsch e col. mostraram que os neurônios kisspeptin exibem atividade espontânea e expressam correntes de cálcio do tipo h (marca-passo) e do tipo T, sugerindo que os neurônios dakisspeptina ARH compartilham propriedades eletrofisiológicas com outros neurônios marca-passo do sistema nervosocentral18. Além disso, foi demonstrado que os neurônios da kisspeptina ARH exibem taxas de disparo sexualmente dimórficas e que os neurônios daKisspeptina AVPV/PeN exibem um potencial de membrana de repouso (RMP) bimodal influenciado por canais de potássio sensíveis ao ATP (KATP)19,20. Além disso, foi estabelecido que os esteroides gonadais afetam positivamente a atividade elétrica espontânea dos neurônios kisspeptin em camundongos 19,20,21. São citados os primeiros trabalhos que estudam as propriedades eletrofisiológicas dos neurônios kisspeptina 16,17,18,19,20. Desde então, muitos estudos têm utilizado a técnica de patch-clamp de células inteiras para demonstrar quais fatores/neuromoduladores são suficientes para modular a atividade elétrica dos neurônios kisspeptin (Figura 1)17,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32.
Dada a importância dessa técnica para o estudo dos neurônios necessários para a reprodução, entre outros tipos celulares não abordados aqui, este artigo descreve os passos básicos para o desenvolvimento da técnica de patch-clamp de células inteiras, como preparar as soluções, dissecar e fatiar o cérebro e realizar o selamento da membrana celular para registros. Além disso, questões relevantes sobre a técnica são discutidas, como suas vantagens, limitações técnicas e variáveis importantes que devem ser controladas para um ótimo desempenho experimental.
Todos os procedimentos com animais foram aprovados pelo Comitê de Ética em Animais do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo e foram realizados de acordo com as diretrizes éticas adotadas pelo Colégio Brasileiro de Experimentação Animal.
1. Preparação das soluções
2. Dissecção e fatiamento cerebral
NOTA: Como diferentes estruturas cerebrais podem exigir cortes em diferentes planos (cortes coronais, sagitais ou horizontais), a abordagem exata para a obtenção dos cortes depende da região cerebral de interesse. Tipicamente, estudar as células que expressam Kiss1 no AVPV/PeN e ARH (aqui denominados como neurônios AVPV/PeNKisspeptin e neurônios ARHkisspeptin; Figura 2A,B), cortes cerebrais coronais (200-300 μm) são usualmente confeccionados 17,19,20,21,34. Os neurôniosKisspeptin AVPV/PeN estão localizados a aproximadamente 0,5 a -0,22 mm do bregma, enquanto os neurônios ARHkisspeptin estão em -1,22 a -2,70 mm. A localização dos núcleos pode ser determinada usando um atlas estereotáxico do cérebro de camundongo35 ou o Allen Mouse Brain Reference Atlas (http://mouse.brain-map.org/). Camundongos adultos Kiss1-Cre/GFP fêmeas (estádio diestro) e machos36 foram utilizados neste estudo.
3. Vedação de células para gravação
Para estudar os possíveis efeitos do hormônio de crescimento recombinante humano (hGH) sobre a atividade dos neurônios hipotalâmicos kisspeptina, realizamos registros de patch-clamp de células inteiras em fatias cerebrais e avaliamos se esse hormônio causa alterações agudas na atividade dos neurônios dekisspeptina AVPV/PeN e ARHkisspeptina. Camundongos adultos Kiss1-Cre/GFP fêmeas (estádio diestro) e machos36 foram utilizados neste estudo. Animais gônadas intacto...
O desenvolvimento da técnica de patch-clamp de células inteiras teve um impacto significativo na comunidade científica, sendo considerada de suma importância para o desenvolvimento de pesquisas científicas e possibilitando diversas descobertas. Seu impacto na ciência foi suficiente para culminar com o Prêmio Nobel de Medicina em 1991, pois essa descoberta abriu as portas para uma melhor compreensão do funcionamento dos canais iônicos em condições fisiológicas e patológicas, bem como a identificação de pote...
Não há conflitos de interesse a declarar.
Este estudo foi financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo [FAPESP número: 2021/11551-4 (JNS), 2015/20198-5 (TTZ), 2019/21707/1 (RF) e pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) - Código Financeiro 001" (HRV).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Compounds for aCSF, internal and slicing solutions | |||
ATP | Sigma Aldrich/various | A9187 | |
CaCl2 | Sigma Aldrich/various | C7902 | |
D-(+)-Glucose | Sigma Aldrich/various | G7021 | |
EGTA | Sigma Aldrich/various | O3777 | |
HEPES | Sigma Aldrich/various | H3375 | |
KCL | Sigma Aldrich/various | P5405 | |
K-gluconate | Sigma Aldrich/various | G4500 | |
KOH | Sigma Aldrich/various | P5958 | |
MgCl2 | Sigma Aldrich/various | M9272 | |
MgSO4 | Sigma Aldrich/various | 230391 | |
NaCl | Sigma Aldrich/various | S5886 | |
NaH2PO4 | Sigma Aldrich/various | S5011 | |
NaHCO3 | Sigma Aldrich/various | S5761 | |
nitric acid | Sigma Aldrich/various | 225711 | CAUTION |
Sucrose | Sigma Aldrich/various | S1888 | |
Equipments | |||
Air table | TMC | 63-534 | |
Amplifier | Molecular Devices | Multiclamp 700B | |
Computer | various | - | |
DIGIDATA 1440 LOW-NOISE DATA ACQUISITION SYSTEM | Molecular Devices | DD1440 | |
Digital peristaltic pump | Ismatec | ISM833C | |
Faraday cage | TMC | 81-333-03 | |
Imaging Camera | Leica | DFC 365 FX | |
Micromanipulator | Sutter Instruments | Roe-200 | |
Micropipette Puller | Narishige | PC-10 | |
Microscope | Leica | DM6000 FS | |
Osteotome | Bonther equipamentos & Tecnologia/various | 128 | |
Recovery chamber | Warner Instruments/Harvard apparatus | - | can be made in-house |
Recording chamber | Warner Instruments | 640277 | |
Spatula | Fisher Scientific /various | FISH-14-375-10; FISH-21-401-20 | |
Vibratome | Leica | VT1000 S | |
Water Bath | Fisher Scientific /various | Isotemp | |
Software and systems | |||
AxoScope 10 software | Molecular Devices | - | Commander Software |
LAS X wide field system | Leica | - | Image acquisition and analysis |
MultiClamp 700B | Molecular Devices | MULTICLAMP 700B | Commander Software |
PCLAMP 10 SOFTWARE FOR WINDOWS | Molecular Devices | Pclamp 10 Standard | |
Tools | |||
Ag/AgCl electrode, pellet, 1.0 mm | Warner Instruments | 64-1309 | |
Curved hemostatic forcep | various | - | |
cyanoacrylate glue | LOCTITE/various | - | |
Decapitation scissors | various | - | |
Filter paper | various | - | |
Glass capillaries (micropipette) | World Precision Instruments, Inc | TW150F-4 | |
Iris scissors | Bonther equipamentos & Tecnologia/various | 65-66 | |
Pasteur glass pipette | Sigma Aldrich/various | CLS7095B9-1000EA | |
Petri dish | various | - | |
Polyethylene tubing | Warner Instruments | 64-0756 | |
Razor blade for brain dissection | TED PELLA | TEDP-121-1 | |
Razor blade for the vibratome | TED PELLA | TEDP-121-9 | |
Scissors | Bonther equipamentos & Tecnologia/various | 71-72, 48,49; | |
silicone teat | various | - | |
Slice Anchor | Warner Instruments | 64-0246 | |
Syringe filters | Merck Millipore Ltda | SLGVR13SL | Millex-GV 0.22 μm |
Tweezers | Bonther equipamentos & Tecnologia/various | 131, 1518 |
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