Modelos aprimorados de lipofuscina e quantificação da capacidade de fagocitose do segmento externo em culturas epiteliais pigmentares da retina humana altamente polarizadas

Resumo

Este protocolo descreve um modelo de acúmulo de lipofuscina em culturas altamente diferenciadas e polarizadas do epitélio pigmentado da retina humana (EPR) e um ensaio melhorado de fagocitose do segmento externo (EO) para detectar o consumo/capacidade de degradação total do EPR. Esses métodos superam as limitações de modelos anteriores de lipofuscina e ensaios clássicos de fagocitose do segmento externo de perseguição de pulso.

Resumo

A fagocitose diária dos segmentos externos dos fotorreceptores pelo epitélio pigmentar da retina (EPR) contribui para o acúmulo de um pigmento envelhecido intracelular denominado lipofuscina. A toxicidade da lipofuscina está bem estabelecida na doença de Stargardt, a degeneração hereditária da retina mais comum, mas é mais controversa na degeneração macular relacionada à idade (DMRI), a principal causa de cegueira irreversível no mundo desenvolvido. Determinar a toxicidade da lipofuscina em humanos tem sido difícil, e modelos animais de Stargardt têm toxicidade limitada. Assim, modelos in vitro que mimetizem o EPR humano in vivo são necessários para melhor compreender a geração, depuração e toxicidade da lipofuscina. A maioria dos modelos de lipofuscina em cultura celular até o momento foi em linhagens celulares ou envolveu a alimentação de EPR com um único componente da complexa mistura de lipofuscina em vez de fragmentos/pontas de todo o segmento externo do fotorreceptor, o que gera um modelo de lipofuscina mais completo e fisiológico. Descrito aqui é um método para induzir o acúmulo de material semelhante à lipofuscina (denominado material de autofluorescência não digestível, ou UAM) em EPR pré-natal humano primário altamente diferenciado (hfRPE) e PSE derivado de células-tronco pluripotentes induzidas (iPSC). As MAU acumularam-se nas culturas por repetidas alimentações de fragmentos de OS tratados com luz ultravioleta absorvidos pelo EPR via fagocitose. As principais maneiras pelas quais o UAM se aproxima e difere da lipofuscina in vivo também são discutidas. Acompanhando esse modelo de acúmulo semelhante à lipofuscina, métodos de imagem para distinguir o amplo espectro de autofluorescência dos grânulos de UAM da coloração concomitante de anticorpos são introduzidos. Finalmente, para avaliar o impacto da MAU na capacidade de fagocitose do EPR, um novo método para quantificar a captação e a degradação de fragmentos/pontas do segmento externo foi introduzido. Denominado "Capacidade de Consumo Total", esse método supera potenciais erros de interpretação da capacidade de fagocitose do EPR inerente aos ensaios clássicos de "perseguição de pulso" do segmento externo. Os modelos e técnicas aqui introduzidos podem ser usados para estudar as vias de geração e depuração da lipofuscina e a toxicidade putativa.

Introdução

O epitélio pigmentado da retina (EPR) fornece suporte crítico para fotorreceptores sobrejacentes, incluindo a captação e degradação diárias de pontas ou fragmentos do segmento externo do fotorreceptor (ao longo deste protocolo, a abreviatura OS significa pontas ou fragmentos de SO em vez de segmentos externos inteiros). Essa captação diária no EPR pós-mitótico acaba sobrecarregando a capacidade fagolisossomal e levando ao acúmulo de material intracelular autofluorescente e indigesto, denominado lipofuscina. Curiosamente, vários estudos também demonstraram que a lipofuscina por EPR pode se acumular sem fagocitose do EO ^1,2

Protocolo

O presente protocolo envolvendo a aquisição e uso de tecido humano foi revisado e aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade de Michigan (HUM00105486).

1. Preparação de pontas e fragmentos foto-oxidados do segmento externo

NOTA: As retinas bovinas adaptadas ao escuro foram compradas e enviadas no gelo (ver Tabela de Materiais). A partir dessas retinas, os EO foram purificados seguindo protocolo previamente^publicado23.

1. Reticulação do segmento externo com uma lâmpada UV
   1. Imergir lâminas revestidas de politetrafluoretileno (ver Tabela de....

Discussão

Embora a lipofuscina por EPR seja estudada há décadas, sua toxicidade é debatida 2,9,16,42. Dada a ambiguidade sobre a toxicidade da lipofuscina em modelos^animais11, modelos in vitro utilizando EPR humano são valiosos. Uma variedade de modelos de acúmulo de lipofuscina in vitro tem sido descrita, mas nenhum utilizou tanto a alimentação OS quanto .......

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
100 mm cell culture dish	Corning	#353003	Others also work
24-well Transwells	Corning	#3470
Anti-LC3 antibody	Cell Signaling Technology	#4801S	1:1000 dilution
Anti-rhodopsin antibody 1D4	Abcam	#5417	1:1000 dilution. Epitope is C-terminal.
Anti-rhodopsin antibody 4D2	EnCor Biotech	MCA-B630	1:5000 dilution for western blot, 1:1000 dilution for immunostaining. Epitope is N-terminal.
Autofluorescence quencher	Biotium	#23007	TrueBlack Lipofuscin Autofluorescence Quencher
Autofluorescence quencher	Vector Laboratories	SP-8400	Vector TrueVIEW Autofluorescence Quenching Kit
Bodipy 493/503	Life Technologies	D3922
Cholesterol esterase	Life Technologies	From A12216 kit
Confocal microscope	Leica	Leica Stellaris SP8 with FALCON module
Dark-adapted bovine retinas	W. L. Lawson Company	Dark-adapted bovine retinas (pre-dissected)	Contact information: https://wllawsoncompany.com/ (402) 499-3161 stacy@wllawsoncompany.com
Filipin	Sigma-Aldrich	F4767
Flow cytometer	Thermo Fisher	Attune NxT
Flow cytometer analysis software	BD	FlowJo
Handheld UV light	Analytik Jena US	UVGL-55
Human MFG-E8	Sino Biological	10853-H08B
Human purified Protein S	Enzyme Research Laboratories	HPS
Laemmli sample buffer	Thermo Fisher	J60015-AD
LDH assay	Promega	J2380	LDH-Glo Cytotoxicity Assay
Mounting media	Invitrogen	P36930	Prolong Gold antifade reagent
Nile red	Sigma-Aldrich	#72485
Polytetrafluoroethylene-coated slides	Tekdon	Customized	Customized specifications: PTFE mask with the following "cut-outs" -  3 glass rectangles, each measuring 17 mm x 9 mm, oriented so that the 17 mm side is 4 mm from the top of the slide and 4 mm from the bottom of the slide, assuming a standard microscope slide of 25 mm x 75 mm. Each rectangle is spaced at least 6 mm away from other rectangles and the edges of the slide. Print PTFE mask on a slide with frosted glass on one side to allow for labeling of the slide.
Protease inhibitors	Cell Signaling Technology	#5872
Protein assay	Bio-Rad	#5000122 RC DC protein assay
TEER electrode	World Precision Instruments	STX3
Trans-epithelial electrical resistance (TEER) meter	World Precision Instruments	EVOM3
Ultraviolet crosslinker device	Analytik Jena US	UVP CL-1000