É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou comece sua avaliação gratuita.
Method Article
Aqui, um método de cromatografia líquida de alta eficiência de fase normal é descrito para detectar e quantificar retinóides críticos envolvidos na facilitação da função visual no tecido ocular e sistêmico, no contexto do suprimento sistêmico de vitamina A para gerar o cromóforo de rodopsina fotossensível essencial 11-cis-retinal.
Os receptores acoplados à proteína G (GPCRs) são uma superfamília de proteínas transmembranares que iniciam cascatas de sinalização por meio da ativação de sua proteína G após a associação com seu ligante. Em toda a visão de mamíferos, a rodopsina é o GPCR responsável pelo início da cascata de fototransdução. Dentro dos fotorreceptores, a rodopsina está ligada ao seu cromóforo 11-cis-retinal e é ativada através da isomerização sensível à luz de 11-cis-retinal para all-trans-retinal, que ativa a proteína G da transducina, resultando na cascata de fototransdução.
Embora a fototransdução seja bem compreendida, os processos envolvidos no fornecimento de precursores de vitamina A na dieta para a geração de 11-cis-retinal no olho, bem como doenças que resultam na interrupção desse fornecimento, ainda não são totalmente compreendidos. Uma vez que os precursores da vitamina A são absorvidos pelo intestino, eles são armazenados no fígado como ésteres de retinil e liberados na corrente sanguínea como all-trans-retinol ligado à proteína de ligação ao retinol 4 (RBP4). Este RBP4-retinol circulatório será absorvido por órgãos sistêmicos, como fígado, pulmões, rins e olhos. Portanto, um método para a quantificação dos vários metabólitos da vitamina A dietética no olho e nos órgãos sistêmicos é fundamental para o estudo da função adequada da rodopsina GPCR.
Neste método, apresentamos um método abrangente de extração e análise para análise de vitamina A em tecido murino. Por meio da análise de cromatografia líquida de alta eficiência em fase normal, todos os isômeros relevantes de retinaldeídos, retinóis e ésteres de retinil podem ser detectados simultaneamente por meio de uma única execução, o que permite o uso eficiente de amostras experimentais e aumenta a confiabilidade interna em diferentes metabólitos de vitamina A dentro da mesma amostra. Com este método abrangente, os investigadores poderão avaliar melhor o suprimento sistêmico de vitamina A na função GPCR da rodopsina.
Os receptores acoplados à proteína G (GPCRs) são uma das superfamílias de proteínas mais estudadas e caracterizadas conhecidas. Em sua função mais conhecida, os GPCRs servem como um receptor de superfície celular na transdução de sinal, inicializando as respostas intracelulares ao se ligarem a um ligante específico. Os GPCRs são caracterizados por sete domínios helicoidais transmembrana (TM) e seis domínios de alça total. Das seis alças, três alças são orientadas extracelularmente para facilitar a ligação do ligante, enquanto as outras três alças intracelulares são acopladas a uma proteína G heterotrimérica que consiste nas subunidades Gα, Gβ e Gγ 1,2.
Os GPCRs são classificados em várias classes, incluindo Classe A Semelhante à Rodopsina, Família de Receptores de Secretina Classe B, Glutamato Classe C, Receptores de Feromônio de Acasalamento Fúngico Classe D, Receptores de AMP Cíclico Classe E e Classe F Frisado / Suavizado 3,4. Como o próprio nome sugere, a subclasse Classe A semelhante à rodopsina GPCR inclui a rodopsina, a GPCR crítica responsável pela fototransdução e função visual. A rodopsina contém todas as principais características e elementos estruturais pertinentes encontrados no modelo canônico de GPCRs, incluindo os sete domínios helicoidais da MT mencionados anteriormente, as seis alças extracelulares e intracelulares e a associação com uma proteína G heterotrimérica, também conhecida como transducina (Gt) em fotorreceptores 1,5,6,7. Dentro da bolsa de ligação da rodopsina, o 11-cis-retinal, o ligante cromóforo sensível à luz, liga-se à rodopsina na lisina 296 por meio de uma ligação covalente da base de Schiff, formando assim o 11-cis-retinilideno 1,8. Após a absorção de um fóton, o 11-cis-retinilideno fotoisomeriza em all-trans-retinilideno, induzindo uma mudança conformacional dentro da rodopsina. Portanto, o ligante 11-cis-retinal é crítico para a função do GPCR da rodopsina, e um suprimento robusto e eficiente de 11-cis-retinal deve ser mantido continuamente para superar a alta taxa de renovação dentro dos fotorreceptores.
Os retinaldeídos, como o 11-cis-retinal, pertencem a um grupo de moléculas chamadas coletivamente de retinóides, e os retinóides biologicamente relevantes são mais amplamente chamados de vitamina A. Os retinóides são caracterizados por um grupo final cíclico conectado a uma cadeia de polieno conjugada, com um grupo final polar na outra extremidade. Os retinaldeídos e os vitâmeros associados da vitamina A não são exceção a essa caracterização, que contêm o anel de β-ionona como o grupo final cíclico, uma cadeia de polieno diterpeno e um grupo final polar diferente dependendo do vitâmero, ou seja, grupo aldeído para retinaldeídos, grupo hidroxila para retinóis, grupo carboxila para ácidos retinóicos, ligação éster para ésteres de retinil, etc (Figura 1)9,10.
Os mamíferos não podem sintetizar vitamina A de novo, mas as plantas podem; Portanto, todos os retinóides dentro dos sistemas de mamíferos devem se originar da dieta de produtores à base de plantas para os consumidores da cadeia alimentar. No modelo canônico do metabolismo da vitamina A, o β-caroteno, a planta arquetípica da pró-vitamina A, é absorvido pelo enterócito intestinal através do receptor eliminador classe B, membro 1 (SCARB1), clivado em duas moléculas de all-trans-retinal pela β-caroteno oxigenase 1 (BCO1 / BCMO1), que se liga à proteína de ligação ao retinaldeído 2 (RBP2) e é reduzida a all-trans-retinol por retinol desidrogenases (RDH), convertido em ésteres de retinil pela lecitina retinol aciltransferase (LRAT) e, em seguida, enviado para a corrente sanguínea em quilomícrons 11,12,13,14. Os ésteres de retinila, como o palmitato de retinila, por outro lado, servem como a pró-vitamina A predominante de fontes animais. O palmitato de retinila do lúmen intestinal é hidrolisado em all-trans-retinol pela carboxilesterase 1 (CES1) e se difunde no enterócito intestinal15. O fígado é o principal órgão de armazenamento e homeostático da homeostase da vitamina A, que absorve os ésteres de retinilo dentro desses quilomícrons, que são hidrolisados em all-trans-retinol ligado à proteína de ligação ao retinol celular 1 (CRBP1) por hidrolases de éster de retinol, entra nas células estreladas hepáticas e é convertido novamente em ésteres de retinil por LRAT para armazenamento13,16, 17. Agosto Para manter um nível homeostático de vitamina A no organismo, o fígado libera vitamina A na forma de todo o trans-retinol ligado a um complexo de transporte sérico, consistindo na proteína de ligação ao retinol 4 (RBP4) e transtirretina (TTR) 15 , 18 , 19 . Este complexo será referido como holo-RBP4 neste manuscrito.
Para usar esse suprimento sistêmico de vitamina A no sangue, os tecidos sistêmicos, incluindo o tecido ocular, onde uma fonte robusta de vitamina A é mantida, devem ter um método para absorver o holo-RBP4 no tecido. Dentro da retina rica em fotorreceptores no tecido ocular, o receptor de membrana estimulado pelo ácido retinóico 6 (STRA6) é o transportador implicado nessa função. Em estudos mecanísticos, o STRA6 demonstrou ser capaz de facilitar a ingestão de all-trans-retinol extracelular do holo-RBP4 no RPE20. Este all-trans-retinol importado entrará então no ciclo visual, que é o processo pelo qual o all-trans-retinol é convertido em 11-cis-retinal dentro do EPR e do segmento externo do fotorreceptor, facilitando assim a função visual quando ligado à rodopsina 9,21.
Uma vez que o all-trans-retinol do holo-RBP4 circulatório atravessa a barreira sangue-retina para o EPR dentro do tecido ocular através do STRA6, o all-trans-retinol no RPE é primeiro esterificado em ésteres de retinil por LRAT, depois hidrolisado em 11-cis-retinol pela proteína de 65 kDa específica do epitélio pigmentar da retina (RPE65). O 11-cis-retinol é então convertido em 11-cis-retinal pela retinol desidrogenase 5. Este 11-cis-retinal é então transportado para o segmento externo do fotorreceptor (OS) pela proteína de ligação ao retinóide interfotorreceptor (IRBP) 9 , 21 . Dentro do retículo endoplasmático que envolve o núcleo do fotorreceptor dentro da camada nuclear externa (ONL), os GPCRs de opsina são sintetizados e transportados através do cílio de conexão (CC). As proteínas motoras envolvidas nesse transporte através do CC são controversas, mas as hipóteses atuais implicam o transporte intraflagelar (IFT) baseado em cinesina e dineína ou o transporte baseado em miosina como prováveis facilitadores desse processo 14,22,23,24,25,26. Uma vez que esses dois componentes se encontram dentro dos discos membranosos dentro do OS, 11-cis-retinal e opsina formam 11-cis-retinilideno através de uma ligação covalente de base de Schiff na lisina 196 na rodopsina, pronta para fototransdução8.
Embora a expressão de STRA6 no EPR da retina ajude a facilitar a ingestão de all-trans-retinol de holo-RBP4, STRA6 não foi encontrado expresso no fígado, apesar de seu papel como o principal órgão homeostático para vitamina A e exibindo capacidades na ingestão de all-trans-retinol de holo-RBP4 15,19,27,28, 29,30,31. Eventualmente, um receptor análogo chamado receptor 2 da proteína de ligação ao retinol 4 (RBPR2) foi descoberto, exibindo a capacidade de ingerir todo o trans-retinol do holo-RBP4, muito parecido com o STRA6, mas é expresso no tecido hepático32.
Portanto, uma compreensão completa do papel da rodopsina na função visual requer uma compreensão dos processos biológicos que culminam na regeneração do pigmento visual. Isso, por sua vez, está intimamente relacionado aos processos descritos anteriormente, incluindo o metabolismo de precursores de pró-vitamina A, armazenamento no fígado, liberação de holo-RBP4 pelo fígado e eventual captação de holo-RBP4 através dos receptores de membrana STRA6 e RBPR2. Como mencionado acima, modelos animais como camundongos continuam sendo um dos principais modelos no estudo de tais processos. Assim, gostaríamos de apresentar um método de extração de retinóides em tecido murino, bem como um método de cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) de fase normal que possa detectar e quantificar esses retinóides. Usando esses métodos, os retinóides importantes descritos acima, como o ligante de rodopsina 11-cis-retiniano ou o principal retinóide de transporte all-trans-retinol, podem ser analisados em órgãos oculares, hepáticos e sistêmicos. Ao avaliar o suprimento de retinóides no tecido murino, nossa compreensão dos estados de doença e patologias relacionadas ao suprimento logístico de retinóides pode ser ainda mais avançada.
Além de funcionar como um cromóforo na função visual por meio da associação com GPCRs de opsina, os retinóides também desempenham um papel importante na sinalização de células de mamíferos por meio da sinalização do ácido retinóico, facilitada por duas famílias de receptores nucleares, receptores de ácido retinóico (RARs) e receptores de retinóide X (RXRs), que se ligam diretamente ao DNA e regulam a transcrição gênica33. Essas duas famílias ou receptores utilizam retinóides na forma de ácidos retinóicos como ligante. Os RARs demonstraram ter afinidade tanto pelo ácido trans-retinóico quanto pelo ácido 9-cis-retinóico, enquanto os RXRs expressam afinidade apenas pelo ácido 9-cis-retinóico34,35. Os ácidos retinóicos em quantidades não controladas são teratogênicos e a sinalização do ácido retinóico deve ser extremamente rigidamente controlada36. A produção de ácidos retinóicos para sinalização deve ocorrer localmente e em momentos muito específicos para o desenvolvimento adequado dos tecidos, como no desenvolvimento do rombencéfalo e dos membros, mas inúmeros outros exemplos utilizam a sinalização do ácido retinóico37,38. Dentro das células que participam da sinalização do ácido retinóico, os ácidos retinóicos são sintetizados por dois grupos de enzimas, álcool/retinol desidrogenase (ADHs/RDHs) que facilitam a oxidação de retinóis absorvidos por STRA6 ou RBPR2 em retinaldeídos, e retinaldeído desidrogenase (RALDHs) que facilitam a oxidação de retinaldeídos em ácidosretinóicos 39. Embora não participem da sinalização GPCR per se, os ácidos retinóicos se apresentam como um retinóide crucial que também funciona como um ligante para receptores de sinalização.
Embora não seja descrito em detalhes aqui, gostaríamos de reconhecer os métodos previamente estabelecidos para detecção de retinóides usando HPLC em vários contextos, como na pesquisa de alimentos e no estudo da rodopsina microbiana. Esses métodos empregam diferentes objetivos e abordagens para a detecção de retinóides, incluindo o uso de técnicas de fase reversa que requerem fases móveis menos voláteis e perigosas 40,41,42, a detecção de ácidos retinóicos e seus isômeros associados 40,41 e purificação e extração de diferentes fontes biológicas43. Nosso método se concentra especificamente na detecção de palmitato de retinila, isômeros de retinaldeído e isômeros de retinol de tecidos de mamíferos. Diferentes protocolos devem ser considerados se o caso de uso pretendido for diferente dessa aplicação específica.
NOTA: Todos os experimentos com animais foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais (IACUC) da Universidade de Minnesota (protocolo # 2312-41637A) e realizados em conformidade com a Declaração ARVO para o Uso de Animais em Pesquisa Oftálmica e Visual. Realize todas as extrações no escuro, sob uma luz vermelha fraca para iluminação. Esteja ciente da luz residual emitida pelos visores de instrumentos e LEDs acessórios.
1. Geração de padrão de retinóide espectrofotométrico e geração de curva padrão externa
NOTA: Prepare um recipiente de gelo seco para armazenamento temporário de retinóides antes da análise com o HPLC.
2. Colheita de tecidos e coleta de amostras
NOTA: Prepare um recipiente de gelo seco para armazenamento temporário de tecido antes da homogeneização do tecido e extração de retinóide. As quantidades recomendadas de colheita de tecido estão detalhadas na Tabela 2. Para levar em conta as variações retinóides devido a variações no conteúdo sanguíneo de cada tecido, a extração de tecido deve ser feita em camundongos totalmente perfundidos e a extração de sangue deve ser concluída em camundongos separados.
3. Homogeneização de tecidos
NOTA: Se a análise de partições menores de órgãos for desejada, como em órgãos maiores (por exemplo, fígado ou tecido pulmonar), todo o órgão deve ser homogeneizado para evitar diferenças no conteúdo retinóide em diferentes partes do tecido. Em vez disso, divida o homogeneizado se forem desejadas quantidades menores de tecido. Um esquema para o protocolo é detalhado na Figura 2. Esse protocolo modificado foi adaptado de Kane e Napoli44.
4. Extração de retinóides
CUIDADO: O hexano é altamente inflamável, altamente volátil e altamente tóxico. Respiradores aprovados pelo Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional (NIOSH), proteção para os olhos, luvas de butil e um exaustor devem ser usados ao manusear hexano. Ao evaporar o hexano das amostras, alguma forma de aparelho de circulação de ar aprimorado é recomendada para evitar o acúmulo de fumaça de solvente, por exemplo, um aparelho de sucção de snorkel.
5. Análise de ressuspensão e HPLC
NOTA: Como o sistema de HPLC usado neste manuscrito era um sistema de bomba binária, a fase móvel de quatro componentes foi pré-misturada em um único frasco antes da operação.
CUIDADO: Todos os quatro solventes orgânicos usados neste método são altamente inflamáveis, altamente voláteis e altamente tóxicos. O 1,4-dioxano é suscetível à formação de peróxido explosivo após a exposição ao oxigênio. Manter todos os recipientes que contenham 1,4-dioxano fechados quando não estiverem a ser utilizados. Respiradores aprovados pelo Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional (NIOSH), proteção para os olhos, luvas de butilo e um exaustor devem ser usados ao manusear esses solventes. Ao executar esses solventes em uma HPLC, alguma forma de aparelho de circulação de ar aprimorado é recomendada para evitar o acúmulo de fumaça de solvente, por exemplo, um aparelho de sucção de snorkel.
6. Identificação e integração de picos
Aqui, utilizamos o método descrito acima para detectar e quantificar retinóides em tecido ocular e sistêmico murino e geramos cromatogramas representativos. Além disso, daremos um resumo dos retinóides típicos que podem ser detectados nesses tecidos.
Aos 6 meses de idade, os camundongos foram eutanasiados por asfixia por CO2 . Para manter o conteúdo retinóide ocular, os camundongos foram adaptados ao escuro por 2 dias antes da eutanásia e e...
Neste método, a HPLC de fase normal é usada para detectar e quantificar retinóides relevantes, incluindo ésteres de retinil, retinaldeídos e retinóis. Dada a importância do 11-cis-retinal como o cromóforo crítico na ativação do GPCR da rodopsina, um método que possa detectar os metabólitos relacionados à produção de 11-cis-retinal é fundamental para o estudo da função visual geral. A principal vantagem deste método é que todos os isômeros relevante...
Os autores declaram não haver conflito de interesses.
Este trabalho foi apoiado por bolsas NIH-NEI (EY030889 e 3R01EY030889-03S1) e em parte pelos fundos iniciais da Universidade de Minnesota para GPL Também gostaríamos de agradecer ao National Eye Institute por nos fornecer o padrão 11-cis-retinal usado neste manuscrito.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Reagent | |||
1-Octanol, suitable for HPLC, ≥99.5% | Sigma-Aldrich, Millipore Sigma | 203-917-6 | |
1,4-Dioxane, suitable for HPLC, ≥99.5% | Sigma-Aldrich, Millipore Sigma | 204-661-8 | |
11-cis-retinal | National Eye Institute | N/A | |
11-cis-Retinol | Toronto Research Chemicals | TRC-R252105 | |
13-cis-retinal | Toronto Research Chemicals | TRC-R239900 | |
13-cis-retinol | Toronto Research Chemicals | TRC-R252110 | |
All-trans-Retinal | Toronto Research Chemicals | TRC-R240000 | |
All-trans-Retinol | Toronto Research Chemicals | TRC-R252002 | |
Ethyl Acetate, suitable for HPLC, ≥99.7% | Sigma-Aldrich, Millipore Sigma | 205-500-4 | |
Hexane, HPLC Grade | Fisher Scientific, Spectrum Chemical | 18-610-808 | |
Methanol (HPLC) | Fisher Scienctific | A452SK-4 | |
Retinyl Palmitate | Toronto Research Chemicals | TRC-R275450 | |
Sodium Chloride (Crystalline/Certified ACS) | Fisher Scientific | S271-500 | |
Instruments | |||
1260 Infinity II Analytical Fraction Collector | Agilent | G1364F | |
1260 Infinity II Binary Pump | Agilent | G7112B | |
1260 Infinity II Diode Array Detector | Agilent | G7115A | |
1260 Infinity II Multicolumn Thermostat | Agilent | G7116A | |
1260 Infinity II Vialsampler | Agilent | G7129A | |
ST40R Refrigerated Centrifuge | Thermo Scientific | TSST40R | |
Vacufuge Plus Centrifuge Concentrator | Eppendorf | 22820168 | |
Consumables | |||
2 mL Amber Screw Top Vials | Agilent | 5188-6535 | |
Crimp Cap with PTFE/red rubber septa, 11 mm | Agilent | 5183-4498 | |
Disposable Glass Conical Centrifuge Tubes | Millipore Sigma | CLS9950215 | |
Screw cap tube, 15 mL | Sarstedt | 62.554.502 | |
Vial insert, 150 µL, glass with polymer feet | Agilent | 5183-2088 |
Solicitar permissão para reutilizar o texto ou figuras deste artigo JoVE
Solicitar PermissãoThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos os direitos reservados