O presente protocolo descreve o modelo de liberação ex vivo do peptídeo relacionado ao gene da calcitonina (CGRP) e a estratégia para quantificar o efeito de agentes farmacológicos sobre a quantidade de CGRP liberada do sistema trigeminovascular em roedores.
O peptídeo relacionado ao gene da calcitonina (CGRP) foi descoberto pela primeira vez na década de 1980 como uma variante de emenda do gene da calcitonina. Desde a sua descoberta, o seu papel na fisiopatologia da enxaqueca tem sido bem estabelecido, primeiro pelas suas potentes propriedades vasodilatadoras e, posteriormente, pela sua presença e função como neurotransmissor no sistema trigeminovascular sensorial. A capacidade provocadora de enxaqueca da CGRP deu suporte à indústria farmacêutica para desenvolver anticorpos monoclonais e antagonistas inibindo o efeito da CGRP. Um novo paradigma de tratamento tem se mostrado eficaz no tratamento profilático da enxaqueca. Uma das ferramentas úteis para entender melhor os mecanismos de enxaqueca é o modelo ex vivo de liberação de CGRP do sistema trigeminovascular. É um método relativamente simples que pode ser usado com várias ferramentas farmacológicas para obter know-how para desenvolver novos tratamentos eficazes para a enxaqueca. O presente protocolo descreve um modelo de liberação de CGRP e a técnica para quantificar o efeito de agentes farmacológicos sobre a quantidade de CGRP liberada do sistema trigeminovascular em roedores. Um procedimento descrevendo a abordagem experimental da eutanásia para a medição dos níveis de proteína é fornecido. O isolamento essencial do gânglio do trigêmeo e do núcleo caudal do trigêmeo de camundongos e ratos e a preparação da dura-máter de ratos são descritos em detalhes. Além disso, resultados representativos de ambas as espécies (ratos e camundongos) são apresentados. A técnica é uma ferramenta fundamental para investigar os mecanismos moleculares envolvidos na fisiopatologia da enxaqueca usando vários compostos farmacológicos e animais geneticamente modificados.
A enxaqueca é um distúrbio neurológico que, segundo a OMS, estima-se que afete mais de 1 bilhão de pessoas e seja uma das principais causas de incapacidade em todo o mundo1. Assim, a enxaqueca tem um impacto significativo nos pacientes e na sociedade. Apesar do recente sucesso clínico dos medicamentos antagonizantes da CGRP, uma grande proporção de pacientes necessita de melhores opções de tratamento 2,3,4,5. É necessária a elucidação da fisiopatologia da enxaqueca que leva a novos tratamentos eficazes. A sinalização dentro do sistema trigeminovascular constituído pelas meninges, gânglios do trigêmeo (TG) e núcleo caudal do trigêmeo (TNC) é fundamental para a fisiopatologia da enxaqueca 6,7.
O peptídeo neuropeptídico de 37 aminoácidos calcitonina gene-related peptide (CGRP) foi descoberto pela primeira vez no início da década de 1980, quando Amara e colegas demonstraram que o RNA-transcrito primário do gene da calcitonina poderia ser processado para dar mRNA codificando para CGRP, além da calcitonina 8,9. A pesquisa subsequente sugeriu uma ligação com a fisiopatologia da enxaqueca10. A RCPG é um neurotransmissor com potentes propriedades vasodilatadoras 11,12,13,14,15,16,1 7, e está amplamente distribuída no sistema nervoso central e periférico 13,14,18,19,20,21,22 . O envolvimento da CGRP na enxaqueca foi ressaltado com a descoberta de níveis aumentados de CGRP na circulação extracerebral durante os ataques de enxaqueca em humanos23, e que a infusão de CGRP causa dor semelhante à enxaqueca em pacientes24. Dois anos depois, foi publicado o primeiro estudo de prova de conceito da efetividade do antagonista da CGRP olcegepant no tratamento da enxaqueca25.
A RCPG é abundante no sistema trigeminovascular, como demonstrado no TG21,26, fibras nervosas sensoriais que inervam a dura-máter27,28,29 e TNC30. No sistema trigeminovascular, a CGRP é encontrada nos neurônios de pequeno a médio porte do TG, nas fibras C não mielinizadas e é expressa em quase 50% da população neuronal do TG. O receptor CGRP é expresso principalmente em neurônios maiores e encontrado em fibras Aδ mielinizadas31,32. A CGRP é liberada dos neurônios por estimulação química ou elétrica33,34. Estudos de vias que levam à liberação de CGRP e a localização dessa ativação são cruciais para entender a fisiopatologia da enxaqueca. Ao longo das últimas 5 décadas, estudos pré-clínicos contribuíram para o amplo conhecimento sobre a sinalização relacionada à enxaqueca e contribuíram para o desenvolvimento de novos tratamentos35. Muitos métodos que consideram o envolvimento vascular e neurogênico têm sido modificados e aplicados na pesquisa da enxaqueca. Modelos in vivo e in vitro de respostas arteriais a compostos biológicos ou tratamentos farmacológicos17,36,37 e estimulação elétrica nervosa38,39 podem ser mencionados. Além disso, neurônios ativados no TNC podem ser detectados pela expressão de c-Fos 40,41,42 e registros eletrofisiológicos nessa área43,44. Ambos os métodos medem sinais nociceptivos transmitidos ao cérebro a partir da cabeça, por exemplo, dura-máter. O uso de apenas um modelo pré-clínico não apresenta o quadro completo da fisiopatologia da enxaqueca. Portanto, é importante combinar diferentes modelos que cobrem o maior número possível de aspectos da fisiopatologia da enxaqueca. O desenvolvimento contínuo de novos modelos cobrirá vários aspectos dos mecanismos da enxaqueca e, com o tempo, o mistério da fisiopatologia da enxaqueca será descoberto.
Aqui, é apresentado um protocolo detalhado do método de liberação de CGRP, realizado ex vivo em TG e TNC isolados de camundongos após estimulação química. A liberação de CGRP também pode ser estudada na dura-máter de ratos. Assim, no protocolo experimental para ratos, a dura-máter é descrita juntamente com TG e TNC. A base para o método de liberação de CGRP foi descrita pela primeira vez em 1999, onde Ebersberger e colegas de trabalho realizaram pesquisas pioneiras e descobriram que a CGRP foi liberada da dura-máter após estimulação química e elétrica de aferentes durais em ratos45. Mais tarde, essa abordagem foi estendida para a liberação CGRP do TG46 e do TNC47. Posteriormente, o método foi modificado para aplicação ao TG e TNC em camundongos. Até agora, a liberação de CGRP da dura-máter tem sido desafiadora em camundongos.
O método descrito foi desenvolvido após estudos que mostraram a importância da CGRP na fisiopatologia da enxaqueca. É adequado para investigar os mecanismos envolvidos na liberação de CGRP do sistema trigeminovascular, que é crucial para a sinalização da dor na região da cabeça. A quantidade de CGRP obtida neste modelo mede diretamente a liberação de CGRP dos nervos trigêmeos que inervam dura-máter, TG e TNC. A quantidade de liberação de CGRP é quantitativamente maior45,54 do que a liberação medida no plasma após termocoagulação em humanos, estimulação do trigêmeo em gato 39,55,56 e durante ataques de enxaqueca23. Uma explicação poderia ser que a CGRP é diluída e degradada no sangue54. No entanto, deve-se notar que a estimulação direta com produtos químicos pode ser superior à ativação fisiopatológica. Outras vantagens são que é possível localizar a liberação de três locais diferentes dentro do sistema trigeminovascular e que ela pode ser usada em conjunto com a manipulação farmacológica e em tecidos de roedores geneticamente modificados.
Ultimamente, muitos modelos pré-clínicos de roedores se concentram na administração sistêmica de substâncias e subsequentes leituras relacionadas à dor ou enxaqueca usando o teste de von Frey 57,58, caretas 59,60,61 ou aversão à luz 62,63,64. Esses métodos são úteis para entender as propriedades indutoras e de alívio da dor de diferentes substâncias. No entanto, estas abordagens não fornecem informações sobre os tecidos-alvo específicos envolvidos. No presente método, o sistema trigeminovascular é dividido em três estruturas: dura-máter, TG e TNC. Isso permite a exposição local de cada estrutura e a avaliação do local de ação de uma substância específica. Isso foi utilizado em um estudo de 2011, onde o papel dos canais de cálcio dependentes de voltagem em ratos foi explorado, e a inibição desses canais mostrou-se diferente nas três estruturas da via trigeminovascular47. Ao dissecar estruturas do sistema nervoso, a axotomia é inevitável. Demonstrou-se que a axotomia altera a transcrição de vários genes65. Essas alterações transcricionais são muito lentas para impactar os resultados desse método, mas as alterações na fosforilação não podem ser excluídas quando comparadas a situações in vivo 46. Embora neuropeptídeos como o CGRP sejam formados no soma-célula, a liberação e a ação dos neuropeptídeos geralmente estão nos terminais nervosos centrais ou periféricos. Assim, estudos de neurônios intactos, incluindo terminais, são interessantes quando se estuda a liberação de neuropeptídeos. Portanto, métodos de estudo de culturas de neurônios de gânglios isolados foram estabelecidos para servir como um modelo dos terminais. No entanto, as culturas de células neuronais estão sujeitas a vários problemas, pois a dissociação mecânica pode destruir neurônios em uma cultura46. O maior período de tempo associado à cultura de células torna esse método sensível a alterações transcriptômicas decorrentes de axotomia e condições de cultura65. Além disso, a adição de fatores de crescimento e cultura em revestimentos superficiais têm propriedades neuronais alteradas como expressão de transmissores e receptores66,67,68,69. Esses problemas são evitados ao estudar gânglios intactos recém-isolados em vez de culturas de células neuronais.
Um desafio com o método de liberação ex vivo de CGRP é a dissecção precisa do tecido necessário para resultados reprodutíveis. A dissecação especialmente precisa do TNC é um desafio, pois esta é uma estrutura dentro do tronco cerebral sem bordas visíveis. Além disso, a dura-máter é frágil e a remoção do cérebro precisa ser cuidadosamente realizada para garantir uma estrutura intacta. Esses obstáculos podem resultar em diferentes tamanhos de tecido e, portanto, níveis basais e de CGRP induzidos por estimulação. No entanto, essa variação pode ser explicada pela normalização para a liberação basal do CGRP. Também deve ser notado que, ao isolar o TNC de camundongos, toda a parte inferior do tronco encefálico é isolada e não a parte mais específica contendo TNC, como feito em ratos. Em geral, pode ser uma vantagem o uso de tecido de rato, pois isso permite a medição da liberação de CGRP da dura-máter e a dissecção mais precisa do TNC. Além disso, o tamanho do tecido também permite o uso de um rato como seu controle de veículo, pois um rato resulta em duas metades cranianas, dois TGs e dois TNCs, onde um pedaço do tecido é usado para estimulação de substâncias e o outro para o veículo. Ao usar camundongos, dois animais são necessários para um experimento, pois ambos os TGs são agrupados em uma amostra, e os TNCs são dissecados como um tronco encefálico. Portanto, dois TGs e um tronco encefálico são usados para estimulação de substâncias, e dois TGs e um tronco cerebral de outro rato são usados para controle de veículos. Isso resulta no uso de duas vezes mais camundongos em comparação com ratos para obter o mesmo número de replicações. Para reduzir o número de camundongos utilizados, um método para medir a liberação de CGRP a partir de fatias do tronco encefálico foi sugerido49. É uma vantagem que o método tenha sido modificado para permitir o uso de ratos. Isso permite o uso de muitas cepas de camundongos transgênicos já disponíveis, uma ferramenta útil para estudar, por exemplo, vias de sinalização. Um controle positivo no final de um experimento deve ser incluído para garantir que o tecido usado no experimento possa liberar CGRP. O controle positivo pode ser a capsaicina agonista TRPV1 ou o estímulo despolarizante potássio (KCl), que liberam CGRP do sistema trigeminovascular em camundongos e ratos 46,47,48,49,50. Além disso, o método também foi adaptado para medir a liberação de outros peptídeos relevantes como peptídeo ativador de adenilato ciclase hipofisário (PACAP) – outro peptídeo de grande interesse dentro da pesquisa sobre enxaqueca70.
O método fornece uma ferramenta útil para investigar a liberação de CGRP de tecidos-alvo específicos em ratos e camundongos. É um método relativamente rápido que evita problemas associados à cultura de neurônios. O protocolo do método pode ser facilmente modificado para estudar a relação concentração-resposta ou inibição de uma resposta por vários compostos farmacológicos. O método de liberação ex vivo de CGRP é um dos vários métodos pré-clínicos úteis para estudar o papel da CGRP e outros mecanismos relacionados à liberação de CGRP na fisiopatologia da enxaqueca.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi financiado pela Candys Foundation.
6-well culture plate | NUNC | 140675 | |
Calcium chloride dihydrate | Merck | 1.02382.1000 | For SIF buffer |
Caps for plastic containers | ThermoFisher Scientific | 536617 | |
Capsaicin | Merck | M2028 | |
CGRP kits | AH Diagnostics | A05482.96 | |
CO2 | Strandmøllen | 4.6 | For carbogen gassing of SIF |
Delicate Bone Trimmer | Fine Science Tools | 16109-14 | |
Glibenclamide | Tocris | 911 | |
Glucose | Merck | G7021 | For SIF buffer |
Guillotine for rats | Scandidact | NS-802 | |
Magnesium sulfate heptahydrate | Merck | M5921 | For SIF buffer |
Microcenrifuge tubes + lids/caps | VWR | 700-5239 | |
Mini Hacksaw | BAHCO | 208 | |
O2 | Strandmøllen | 4.5 | For carbogen gassing of SIF |
Pentobarbital | Glostrup pharmacy | NA | Magistral formula |
Plastic containers | ThermoFisher Scientific | 536455 | |
Plate photometer – Infinite M200 | Tecan | NA | Infinite M200 is discontinued. A Infinite 200 PRO is available at Tecan. Software: SW Magellan v.6.3 |
Potassium chloride | Merck | P9333 | For SIF buffer |
Scissor | Allgaier Instruments | 307-156-170 | |
Small scissor | Allgaier Instruments | 04-520-115 | |
Sodium bicarbonate | Merck | S6014 | For SIF buffer |
Sodium chloride | Merck | S9888 | For SIF buffer |
Sodium dihydrogen phosphate monohydrate | Merck | 1.06346.1000 | For SIF buffer |
Sodium gluconate | Merck | S2054 | For SIF buffer |
Spatula | Bochem Lab Supply | 3018 | |
Spring scissor | Fine Science Tools | 15024-10 | |
Sucrose | Merck | 84097 | For SIF buffer |
Supercinnamaldehyde | Merck | S3322 | |
Tulle (fabrics) | NA | NA | Bought in the local fabrics store |