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Method Article
O protocolo apresentado neste estudo ilustra a eficácia do Detector de Diferença de AMPc In Situ na medição do AMPc através de dois métodos. Um método utiliza um espectrofotômetro de leitura de placas de 96 poços com células HEK-293. O outro método demonstra células HASM individuais sob um microscópio fluorescente.
O Detector de Diferença de cAMP In Situ (cADDis) é um novo biossensor que permite a medição contínua dos níveis de cAMP em células vivas. O biossensor é criado a partir de uma proteína fluorescente permutada circularmente ligada à região da dobradiça de Epac2. Isso cria um único biossensor de fluoróforo que exibe fluorescência aumentada ou diminuída após a ligação do cAMP. O biossensor existe em versões ascendentes vermelhas e verdes, bem como versões verdes descendentes e várias versões vermelhas e verdes direcionadas a locais subcelulares. Para ilustrar a eficácia do biossensor, foi utilizada a versão verde para baixo, que diminui a fluorescência após a ligação do cAMP. Dois protocolos usando este sensor são demonstrados: um utilizando um espectrofotômetro de leitura de placas de 96 poços compatível com triagem de alto rendimento e outro utilizando imagens de célula única em um microscópio fluorescente. No leitor de placas, células HEK-293 cultivadas em placas de 96 poços foram estimuladas com 10 μM de forscolina ou 10 nM de isoproterenol, o que induziu reduções rápidas e grandes na fluorescência na versão verde para baixo. O biossensor foi usado para medir os níveis de cAMP em células individuais do músculo liso das vias aéreas humanas (HASM) monitoradas sob um microscópio fluorescente. O biossensor verde descendente exibiu respostas semelhantes às populações de células quando estimulado com forscolina ou isoproterenol. Este ensaio de célula única permite a visualização da localização do biossensor com ampliação de 20x e 40x. Assim, este biossensor de cAMP é sensível e flexível, permitindo a medição em tempo real de cAMP em células imortalizadas e primárias, e com células únicas ou populações de células. Esses atributos tornam o cADD uma ferramenta valiosa para estudar a dinâmica da sinalização do cAMP em células vivas.
A adenosina 3',5'-monofosfato cíclico, cAMP, desempenha um papel central na comunicação celular e na coordenação de vários processos fisiológicos. O AMPc atua como um segundo mensageiro, retransmitindo sinais externos de hormônios, neurotransmissores ou outras moléculas extracelulares para iniciar uma cascata de eventos intracelulares1. Além disso, o cAMP está intrinsecamente envolvido em várias vias de sinalização, incluindo aquelas associadas a receptores acoplados à proteína G (GPCRs) e adenilil ciclases. Compreender o papel do AMPc na sinalização celular é fundamental para desvendar os mecanismos complexos subjacentes às funções celulares normais e o desenvolvimento de terapias potenciais para uma ampla gama de condições médicas2.
No passado, vários métodos foram empregados para medir o cAMP direta ou indiretamente. Estes incluíram radiomarcação de pools de ATP celular seguidos de purificação em coluna, HPLC, radioimunoensaios e imunoensaios enzimáticos 1,2. Esses ensaios legados são limitados pelo fato de serem medidas de ponto final, exigindo um grande número de amostras para construir respostas dependentes do tempo. Mais recentemente, os sensores de Transferência de Energia por Ressonância de Fluorescência (FRET) foram desenvolvidos para criar ensaios em células vivas, produzindo dados dinâmicos em tempo real e permitindo que os sensores sejam direcionados em diferentes locais subcelulares3. O FRET aproveita dois fluoróforos, um doador fluorescente e um aceptor fluorescente que, quando próximo, o fluoróforo aceitador será excitado pela saída fluorescente do doador. Os dois fluoróforos mais utilizados são a proteína fluorescente ciano (CFP) e a proteína fluorescente amarela (YFP), uma vez que estas possuem propriedades de excitação e emissão compatíveis. Além de CFP e YFP, a utilização da proteína fluorescente verde (GFP) e da proteína fluorescente vermelha (RFP) é comumente usada para biossensores FRET. Os biossensores cAMP FRET operam tendo um doador e um aceptor em extremidades opostas da proteína de ligação ao cAMP Epac2. A ligação do cAMP altera a confirmação de Epac e aumenta a distância entre os fluoróforos doadores e aceptores 3,4. Essa mudança conformacional é detectada por uma perda de FRET, ou seja, a excitação do fluoróforo aceitador pela energia transferida das gotas de fluoróforo doador3. Embora seja um processo aparentemente simples, há uma abundância de limitações e problemas com o biossensor FRET para pesquisa de cAMP5. Uma delas é a seleção de proteínas fluorescentes, por exemplo, GFP, que podem dimerizar naturalmente, reduzindo assim a sensibilidade6. Os biossensores cAMP baseados em FRET foram direcionados para microdomínios específicos7, mas pode haver limitações devido ao grande tamanho de uma construção com dois fluoróforos6. Outra questão significativa é a baixa relação sinal-ruído dos sinais FRET resultante da sobreposição entre excitação e emissão do fluoróforo, resultando em alta frequência de amostragem e complicando a análise dos resultados 4,5.
Mais recentemente, o novo biossensor (cAMP Difference Detector In Situ), cADDis, resolveu essas e outras limitações quando se trata de estudar a regulação da sinalização do cAMP8. Uma melhoria importante é a dependência de um único fluoróforo. Isso permite um sinal rápido e eficiente com uma faixa dinâmica mais ampla e uma alta relação sinal-ruído. Como resultado, pode haver mais precisão, pois há um escopo menos amplo de comprimentos de onda para vasculhar8. Como as sondas FRET, o biossensor tem sido direcionado para locais subcelulares, permitindo a pesquisa sobre a teoria da compartimentação e a exploração em jangadas lipídicas e não jangadas e outros domínios subcelulares9. Talvez o mais importante seja a adequação de um único biossensor de fluoróforo para triagem de alto rendimento, que melhorou a sensibilidade e a reprodutibilidade em relação aos biossensores baseados em FRET. O biossensor é empacotado em um vetor BacMam para facilitar a transdução de uma ampla gama de tipos de células e controle preciso sobre a expressão de proteínas.
O controle de expressão por meio do vetor BacMam pode ser particularmente útil em ensaios usando ortólogos GPCR de diferentes espécies para facilitar a interpretação de dados de estudos em animais. Além disso, o controle sobre a expressão do receptor é fundamental para medir os diferentes graus de eficácia do medicamento (por exemplo, agonistas inversos e agonistas parciais), e baixos níveis de expressão do receptor são úteis para mimetizar os baixos níveis encontrados no tecido animal. O BacMam é um vetor de baculovírus que foi modificado para transduzir células de mamíferos, como culturas de células primárias e linhas HEK-29310. Marcadores selecionáveis dominantes permitem que o BacMam forneça mais estabilidade em relação às infecções plasmídicas tradicionais11. Esses promotores seletivos permitem uma entrega e expressão gênica mais eficientes. Além disso, a adição de tricostatina A (um inibidor da histona desacetilase) aumenta os níveis de proteína repórter11. Os níveis de expressão podem ser controlados por meio do título do vírus BacMam usado e devem ser otimizados para cada tipo de célula. No caso deste biossensor, uma proteína fluorescente vermelha ou verde está ligada ao Epac nos terminais N e C. Quando o cAMP se liga, uma mudança conformacional no biossensor move os aminoácidos adjacentes à proteína fluorescente. Tal mudança move a absorbância do estado aniônico para o estado neutro a 400 nm, diminuindo assim a fluorescência.
Existem 90-120 GPCRs expressos em uma única célula que respondem a uma ampla variedade de sinais neuro-humorais12. Portanto, pode-se supor que pelo menos várias dezenas de GPCRs por célula podem estimular ou inibir o cAMP por meio do acoplamento Gs ou Gi, respectivamente. Embora tenha havido progresso no monitoramento desse segundo mensageiro em tempo real, como o FRET, são necessários métodos mais eficientes. A metodologia para monitorar a síntese e degradação de sinais de cAMP usando cADDis em tempo real é apresentada aqui. A mudança na fluorescência pode ser monitorada em tempo real usando um leitor de placas de fluorescência para ensaios de alto rendimento ou usando um microscópio fluorescente para ensaios de célula única. Esses métodos são úteis para uma ampla gama de questões biológicas relacionadas à sinalização GPCR via cAMP.
Os detalhes de todos os reagentes e equipamentos usados para o estudo estão listados na Tabela de Materiais.
1. Ensaio de alto rendimento do espectrofotômetro de leitura de placas
2. Ensaio de célula única usando um microscópio fluorescente invertido
O presente estudo validou o biossensor citosólico em ensaios de leitura de placas e microscópio. Uma vez que as células expressaram o biossensor, elas foram estimuladas com 10 μM de forscolina (um ativador direto da adenilil ciclase), 10 nM de isoproterenol (um agonista em ß1AR e ß2AR) ou veículo (Figura 1). As mudanças subsequentes na fluorescência, indicativas da produção de cAMP, foram capturadas a cada 30 s.
Os dados foram tran...
A medição precisa e sensível do cAMP é crucial para entender seu papel em vários processos celulares e para estudar a atividade das vias de sinalização dependentes do cAMP. Existem vários métodos comumente empregados para medir os níveis de cAMP, incluindo ELISA, radioimunoensaio, biossensores FRET e o ensaio GloSensor cAMP 14,15,16,17,18. Cada ensai...
Os autores não têm interesses financeiros concorrentes.
Este estudo foi apoiado pelo Instituto Nacional do Coração, Pulmão e Sangue (NHLBI) (HL169522).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
96-well plate (clear) | Fisherbrand | 21-377-203 | |
35 mm dish | Greiner Bio-One | 627870 | Cell culture dishes with glass bottom |
96-well plate | Corning | 3904 | Black with clear flat bottom |
Antibiotic-Antimycotic (100x) | Gibco | 15240062 | For HEK and HASM media |
BZ-X fluorescence microscope | Keyence | ||
Calcium chloride (IM) | Quality Biological Inc | E506 | For HASM media |
Centrifuge tube (15 mL) | Thermo Scientific | 339651 | |
DMEM (1x) | Gibco | 11965092 | HEK media |
DPBS with Mg2+ and Ca2+ | Gibco | 14040-133 | |
DPBS without Mg2+ and Ca2+ | Corning | 14040-133 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | R&D systems | S11195 | For HEK and HASM media |
Forskolin | Millipore | 344270 | Drug |
Green Down cADDis cAMP Assay Kit | Montana Molecular | #D0200G | Reagent |
Ham's F-12K | Gibco | 21127022 | For HASM media |
HEPES (1M) | Gibco | 15630080 | For HASM media |
Isoproterenol | Sigma | I6504 | Drug |
L-glutamine 200 mM (100x) | Gibco | 25030-081 | For HASM media |
Microcentrifuge tube (2 mL) | Eppendorf | 22363352 | |
Primocin | Invitrogen | ant-pm-1 | Antibiotic for HASM media |
RNAse away | Thermo Scientific | 700511 | Reagent |
Sodium hydroxide solution | Sigma | S2770 | For HASM media |
Spectrmax M5 plate reader | Molecular Devices | ||
Trichostatin A | TCI America | T2477 | Reagent |
Trypsin EDTA | Gibco | 25200-056 | Reagent |
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