Imagem ao vivo do Estado De Glutathione Mitocondrial Redox em Neurônios Primários usando um Indicador Ratiométrico

Várias enzimas mitocondriais importantes e moléculas de sinalização estão sujeitas à regulação de thiol ^redox1. Além disso, as mitocôndrias são uma grande fonte celular de espécies reativas de oxigênio e são seletivamente vulneráveis a danos ^oxidativos2. Assim, o potencial mitocondrial redox afeta diretamente bioenergésicos, sinalização celular, função mitocondrial e, finalmente, viabilidade ^celular3,4. A matriz mitocondrial contém altas quantidades (1-15 mM) da glutationa tampão de tampo de tiol-dissulfeto (GSH) para manter a homeostase redox e montar defesas ^{antioxidantes5,6}. O GSH pode ser covalentemente ligado a proteínas-alvo (S-glutathionylation) para controlar seu status e atividade redox e é usado por uma gama de enzimas desintoxificantes que reduzem proteínas oxidadas. Portanto, o potencial mitocondrial glutathione redox é um parâmetro altamente informativo ao estudar a função mitocondrial e a fisiopatologia.

roGFP2 é uma variante de GFP que foi tornada sensível ao redox pela adição de dois cisteínas expostas à superfície que formam um par de dithiol-dissulfeto ^{artificial7,8}. Tem um único pico de emissão em ~510 nm e dois picos de excitação em ~400 nm e 490 nm. É importante ressaltar que as amplitudes relativas dos dois picos de excitação dependem do estado redox do roGFP2 (Figura 1), tornando esta proteína um sensor ratiométrico. No sensor Grx1-roGFP2, a glutaredoxina humana-1 (Grx1) foi fundida ao N-terminus de roGFP29,10. O acessório covalent da enzima Grx1 ao roGFP2 proporciona duas grandes melhorias do sensor: torna a resposta do sensor específica para o par de glutationa redox GSH/GSSG (Figura 1), e acelera o equilíbrio entre GSSG e roGFP2 por um fator de pelo menos 100.0009. Portanto, o Grx1-roGFP2 permite imagens específicas e dinâmicas do potencial de glutationa celular redox.

As imagens grx1-roGFP2 podem ser realizadas em uma ampla gama de microscópios, incluindo microscópios de fluorescência de campo largo, microscópios confocal de disco giratório e microscópios confocal de varredura a laser. A expressão do sensor nos neurônios primários pode ser alcançada por vários métodos que incluem lipofecção11, coprecipitação de DNA/cálcio-fosfato12, transferência genética mediada por vírus ou uso de animais transgênicos como fonte celular (Figura 2). Vírus adeno associados a adeninantes pseudotipados (rAAV) contendo uma razão de 1:1 de proteínas capsidas AAV1 e AAV2 ^13,14 foram utilizados para os experimentos neste artigo. Com este vetor, a expressão do sensor máximo é tipicamente atingida de 4 a 5 dias após a infecção e permanece estável por pelo menos duas semanas. Usamos com sucesso Grx1-roGFP2 em neurônios hipocampais e corticais primários de ratos e ratos.

Neste artigo, a expressão mediada por rAAV de Grx1-roGFP2 com metas de mitocôndrias em neurônios hipocampais e corticais de ratos primários é usada para avaliar o estado de glutationa mitocondrial basal e sua perturbação aguda. Um protocolo é fornecido para imagens ao vivo confocal com instruções detalhadas sobre como (i) otimizar as configurações do microscópio confocal de varredura a laser, (ii) executar um experimento de imagem ao vivo e (iii) analisar dados com FIJI.