Um método simples e reprodutível para preparar amostras de membrana de Microvessels de cérebro de rato recém isoladas
Summary
Aqui, um método para isolamento de microvessels de cérebro de rato e para a preparação de amostras de membrana é descrito. Este protocolo tem a clara vantagem de produzir microvessel enriquecido amostras com proteína aceitável de rendimento de animais individuais. Amostras podem ser usadas para as análises de proteína robusto no endotélio microvascular cerebral.
Abstract
A barreira hemato – encefálica (BBB) é um tecido dinâmico barreira que responde a vários estímulos fisiopatológicos e farmacológicos. Tais alterações resultantes destes estímulos podem grandemente modulam a entrega da droga para o cérebro e, por extensão, causam consideráveis desafios no tratamento do sistema nervoso central (CNS) doenças. Muitas mudanças BBB que afetam a farmacoterapia, envolvem as proteínas que são localizadas e expresso a nível das células endoteliais. Com efeito, tal conhecimento sobre fisiologia do BBB na saúde e na doença gerou considerável interesse no estudo destas proteínas de membrana. Do ponto de vista de pesquisa de ciência básica, isto implica uma exigência para um método simples mas robusto e reprodutível para isolamento de microvessels de tecido cerebral, colhido em animais experimentais. Para preparar amostras de membrana de microvessels recentemente isolada, é essencial que os preparativos da amostra ser enriquecidos em células endoteliais mas limitados na presença de outros tipos de células da unidade neurovascular (i.e., astrócitos, micróglia, neurônios, pericitos). Um benefício adicional é a capacidade para preparar amostras de animais individuais, a fim de capturar a verdadeira variabilidade da expressão da proteína em uma população experimental. Neste manuscrito, detalhes a respeito de um método que é utilizado para isolamento de microvessels de cérebro de rato e preparação de amostras de membrana são fornecidos. Enriquecimento de Microvessel, de amostras derivadas, é conseguido usando quatro etapas de centrifugação onde dextrano é incluído no buffer de amostra. Este protocolo pode facilmente ser adaptado por outros laboratórios para suas próprias aplicações específicas. Amostras geradas a partir deste protocolo foram mostradas para produzir robustos dados experimentais de experimentos de análise de proteína que podem ajudar muito a compreensão das respostas BBB a estímulos fisiológicos, fisiopatológicos e farmacológicos.
Introduction
A barreira hemato – encefálica (BBB) existe na interface entre o sistema nervoso central (SNC) e a circulação sistêmica e desempenha um papel essencial na manutenção da homeostase do cérebro. Especificamente, as funções BBB para precisamente controle soluto concentrações no fluido extracelular de cérebro e eficientemente fornecer os nutrientes necessários para atender as demandas metabólicas consideráveis do CNS1pelo tecido cerebral. Essas funções implicam que o BBB, que existe principalmente no nível da célula endotelial microvascular, deve possuir mecanismos discretos que permitem que algumas substâncias acessar o parênquima cerebral, garantindo simultaneamente que xenobióticos potencialmente prejudiciais não pode se acumulam. Com efeito, as células endoteliais microvascular do cérebro não são fenestradas e exibem pinocitose limitado, que garante uma falta de permeabilidade não-seletivo2. Além disso, as células endoteliais do cérebro microvessel expressam apertado junção aderente junção proteínas e que agem para formar um físico “selar” entre células endoteliais adjacentes e restringir consideravelmente paracellular difusão de substâncias pelo sangue para o cérebro parênquima. Com efeito, permeabilidade seletiva de substâncias endógenas e exógenas requer expressão funcional de captação e efluxo de transportadores3. Globalmente, apertados cruzamentos, entroncamentos adherens e transportadores trabalham em conjunto para manter as propriedades de barreira exclusivo do BBB.
O BBB é uma barreira dinâmica que responde a estímulos fisiológicos, fisiopatológicos e farmacológicos. Por exemplo, estresse de hipóxia/reoxigenação foi mostrado para modular a expressão de proteínas críticas junção apertada (i.e., occludin, zonulae occluden-1 (ZO-1)), que está associado com aumento paracellular permeabilidade para marcadores vasculares tais como sacarose4,5,6. Observações semelhantes foram feitas no BBB no cenário do de lesão cerebral traumática7 e dor inflamatória periférica8,9. Essas mesmas doenças também podem modular os mecanismos de transporte para o BBB10,11,12,13,14. De fato, lesão hipóxia/reoxigenação aumenta a expressão funcional de ânion orgânico transportando polipeptídeo 1a4 (Oatp1a4) no BBB, que pode levar a aumentos significativos no transporte de sangue-cérebro de substratos de transporte Oatp específicos tais como taurocholate e atorvastatina13. Propriedades BBB também podem ser alteradas por farmacoterapia em si, um mecanismo que pode servir de base para as duas mudanças profundas na eficácia da droga no cérebro e para interações medicamentosas. Por exemplo, paracetamol alvos receptor nuclear mecanismos de sinalização nas células endoteliais microvascular cerebral, aumenta a expressão funcional do transportador efluxo crítico P-glicoproteína (P-gp) e modifica a analgesia dependente do tempo conferidos pela morfina, uma droga analgésica opioide e P-gp estabelecida transportam substrato15. Uma compreensão completa das alterações BBB, que pode ser induzida por doenças ou drogas, também requer a identificação e caracterização de mecanismos regulamentares específicos que controlam estas modificações. Com efeito, as vias de sinalização discretas foram identificadas nas células endoteliais microvascular do cérebro que controlam a expressão molecular de junção apertada proteínas16,17 e transportadores15, 18,19. Tomados em conjunto, estas observações indicam que vias moleculares complexas estão envolvidas na regulação de junções apertadas de BBB e transportadores na saúde e na doença.
Um desafio significativo no estudo do BBB é a exigência absoluta de um método simples e eficaz para isolamento de microvessels de derivados de animais experimentais e posterior preparação de amostras de membrana de tecido cerebral. Estas amostras devem estar preparadas para que eles são ambos enriquecidos em células endoteliais microvascular do cérebro e limitados na presença de outros tipos de células. Ao longo dos últimos anos, várias metodologias para isolamento da microvasculatura do cérebro de roedor têm sido relatadas na literatura científica13,20,21,22. Este artigo descreve um simples, robusto e o método reprodutível para isolamento de microvessels de cérebro de rato e para preparação das amostras endoteliais de membrana-enriquecido que pode ser usado para a análise da expressão da proteína. Uma vantagem deste protocolo de isolamento de microvessel é a capacidade de obter preparações de amostras de alta qualidade e com rendimento de proteína suficiente de um animal experimental individual. Isto permite a consideração de animal para animal variabilidade na expressão da proteína. Tal adiantamento neste protocolo melhorou extremamente a robustez dos estudos do BBB porque sobreavaliação (ou Under estimativa) a verdadeira amplitude das alterações de proteína no BBB agora pode ser evitada. Além disso, a inclusão de várias etapas de centrifugação com dextran permite melhor enriquecimento de microvessels em amostras experimentais facilitando a remoção dos constituintes celulares indesejados como os neurônios.
Protocol
Representative Results
Discussion
Neste artigo, é descrito um método simples e eficaz de preparação de amostras de proteínas de membrana de microvessels recentemente isolada do tecido de cérebro de rato. Várias abordagens para isolamento de microvessels de cérebro de rato e/ou geração de preparações de membrana da microvasculatura isolada têm sido relatadas na literatura13,20,21,22 , 24…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado por concessões do National Institutes of Health (R01-NS084941) e a Comissão de investigação biomédica do Arizona (ADHS16-162406) de PTR. WA recebeu passado o apoio de uma nomeação de doutorandos para um institutos nacionais de saúde formação Grant (T32-HL007249).
Materials
| Protease Inhibitor Cocktail | Sigma-Aldrich | #P8340 | Component of brain microvessel buffer |
| D-mannitol | Sigma-Aldrich | #M4125 | Component of brain microvessel buffer |
| EGTA | Sigma-Aldrich | #E3889 | Component of brain microvessel buffer |
| Trizma Base | Sigma-Aldrich | #T1503 | Component of brain microvessel buffer |
| Dextran (MW 75,000) | Spectrum Chemical Mftg Corp | #DE125 | Dextran used in centrifugation steps to separate microvessels from brain parenchyma |
| Zetamine | MWI Animal Health | #501072 | General anesthetic |
| Xylazine | Western Medical Supply | #5530 | General anesthetic |
| 0.9% saline solution | Western Medical Supply | N/A | General anesthetic diluent |
| Filter Paper (12.5 cm diameter) | VWR | #28320-100 | Used for removal of meninges from brain tissue |
| Centrifuge Tubes | Sarstedt | #60.540.386 | Disposable tubes used for dextran centrifugation steps |
| Pierce™ Coomassie Plus (Bradford) Assay | ThermoFisher Scientific | #23236 | Measurement of protein concentration in membrane preparations |
| Wheaton Overhead Power Homogenizer | DWK Life Sciences | #903475 | Required for homogenization of samples |
| 10.0ml glass mortar and pestle tissue grinder | DWK Life Sciences | #358039 | Required for homogenization of samples |
| Hydrochloric Acid | Sigma-Aldrich | #H1758 | Required for pH adjustment of buffers |
| Bovine Serum Albumin | ThermoFisher Scientific | #23210 | Protein standard for Bradford Assay |
| Standard Forceps | Fine Science Tools | #91100-12 | Used for dissection of brain tissue |
| Friedman-Pearson Rongeurs | Fine Science Tools | #16020-14 | Used for opening skull to isolate brain |
| 50 ml conical centrifuge tubes | ThermoFisher Scientific | #352070 | Used for collection of brain tissue following isolation |
| Glass Pasteur Pipets | ThermoFisher Scientific | #13-678-20C | Used for aspiration of cellular debris following dextran spins |
| Ethanol, anhydrous | Sigma-Aldrich | #459836 | Used for cleaning tissue grinder; diluted to 70% with distilled water |
| Ultracentrifuge tubes | Beckman-Coulter | #41121703 | Used for ultracentrifugation of samples |
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