Summary

Detección de alteraciones dinámicas en las proteínas de los glóbulos rojos basada en inmunotinción

Published: March 17, 2023
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Summary

La captura de los cambios dinámicos en la activación proteica de los glóbulos rojos enucleados plantea desafíos metodológicos, como la preservación de los cambios dinámicos en los estímulos agudos para su posterior evaluación. El protocolo presentado describe las técnicas de preparación y tinción de muestras que permiten la preservación y el análisis de los cambios proteicos relevantes y su posterior detección.

Abstract

El marcaje de anticuerpos de las proteínas de los glóbulos rojos (RBC) es un método semicuantitativo de uso común para detectar cambios en el contenido general de proteínas o alteraciones agudas en los estados de activación de las proteínas. Facilita la evaluación de los tratamientos con hematíes, la caracterización de las diferencias en ciertos estados de la enfermedad y la descripción de las coherencias celulares. La detección de la activación de proteínas agudamente alterada (por ejemplo, a través de la mecanotransducción) requiere una preparación adecuada de la muestra para preservar las modificaciones proteicas que de otro modo serían temporales. El principio básico incluye la inmovilización de los sitios de unión diana de las proteínas glóbulos rojos deseadas para permitir la unión inicial de anticuerpos primarios específicos. La muestra se procesa posteriormente para garantizar las condiciones óptimas para la unión del anticuerpo secundario al anticuerpo primario correspondiente. La selección de anticuerpos secundarios no fluorescentes requiere un tratamiento adicional, incluido el acoplamiento biotina-avidina y la aplicación de 3,3-diaminobencidina-tetraclorhidrato (DAB) para desarrollar la tinción, que debe controlarse en tiempo real bajo un microscopio para detener la oxidación y, por lo tanto, la intensidad de la tinción, a tiempo. Para la detección de la intensidad de las manchas, las imágenes se toman con un microscopio óptico estándar. En una modificación de este protocolo, se puede aplicar en su lugar un anticuerpo secundario conjugado con fluoresceína, lo que tiene la ventaja de que no es necesario ningún paso de desarrollo adicional. Este procedimiento, sin embargo, requiere un objetivo de fluorescencia conectado a un microscopio para la detección de manchas. Dada la naturaleza semicuantitativa de estos métodos, es imperativo proporcionar varias tinciones de control para tener en cuenta las reacciones de anticuerpos no específicas y las señales de fondo. Aquí, presentamos tanto los protocolos de tinción como los procesos analíticos correspondientes para comparar y discutir los respectivos resultados y ventajas de las diferentes técnicas de tinción.

Introduction

Los glóbulos rojos (RBC) atraviesan el sistema cardiovascular durante 70 a 140 días, con una edad media de los glóbulos rojos de aproximadamente 115 días 1,2. Los glóbulos rojos senescentes o dañados son eliminados de la circulación por eritrofagocitosis, un proceso de limpieza eficiente impulsado por los macrófagos3. La vida útil predeterminada de estas células es una consecuencia de la entrega de los orgánulos celulares, incluidos el núcleo, las mitocondrias y los ribosomas, durante la diferenciacióny la maduración. Por lo tanto, los glóbulos rojos circulantes están desprovistos de una maquinaria de traducción, lo que impide la síntesis de nuevas proteínas3. De ello se deduce que las modificaciones dinámicas postraduccionales de las proteínas existentes representan el único mecanismo viable de regulación bioquímica aguda en respuesta a los factores estresantes extracelulares e intracelulares que actúan sobre los glóbulos rojos5.

Las fuerzas mecánicas parecen ser las principales señales extracelulares que causan la activación o modulación de las vías bioquímicas dentro de los glóbulos rojos. El descubrimiento de la proteína mecanosensible, Piezo1, en las membranas de los glóbulos rojos6 inspiró varias líneas de investigación que investigan la señalización activada mecánicamente en estas células7. Por ejemplo, avances recientes han demostrado que las propiedades físicas de los glóbulos rojos están reguladas activamente por cambios agudos y dinámicos de las proteínas8, que incluyen la fosforilación postraduccional y la ubiquitinación9. Dado que estas modificaciones normales difieren en ciertas enfermedades 9,10,11, parece ser de interés científico y clínico determinar el estado de activación de las proteínas de los glóbulos rojos, específicamente en relación con los procesos mecanobiológicos.

La determinación de los cambios agudos en los estados de activación de la proteína de los glóbulos rojos plantea algunos desafíos metodológicos. Por ejemplo, el almacenamiento de muestras de glóbulos rojos para su posterior análisis requiere la preservación de las proteínas de glóbulos rojos modificadas, ya que las modificaciones postraduccionales no son duraderas. Además, los métodos clásicos de detección de proteínas (p. ej., Western blot) son notoriamente difíciles de estandarizar en los glóbulos rojos debido a la baja abundancia de proteínas en relación con la hemoglobina, que representa ~98% del contenido de proteínas en estas células12. Por lo tanto, la tinción basada en anticuerpos de los glóbulos rojos conservados químicamente ha sido el método de elección cuando se investigan modificaciones agudas de importantes proteínas de los glóbulos rojos, como la isoforma específica de los glóbulos rojos de la óxido nítrico sintasa (RBC-NOS)13,14. Se ha demostrado que RBC-NOS produce enzimáticamente óxido nítrico (NO), que parece indispensable para las propiedades esenciales de los glóbulos rojos, incluida la deformabilidad de los glóbulos rojos15,16,17. Las modificaciones postraduccionales de los glóbulos rojos-NOS regulan la actividad catalítica de las enzimas, dándose como resultado que la fosforilación del residuo de serina 1177 aumenta la actividad enzimática, mientras que la fosforilación de los residuos serina 114 o treonina 495 se ha relacionado con una disminución de la actividad de los glóbulos rojos18,19.

En conjunto, las modificaciones temporales de las proteínas de los glóbulos rojos contribuyen a una función celular importante, y los protocolos estandarizados que permiten la detección de estas proteínas modificadas son de gran valor. Aquí, presentamos dos protocolos distintos que explotan anticuerpos específicos para facilitar la detección de la activación de la proteína RBC-NOS, y discutimos las recomendaciones para el análisis y la interpretación de datos.

El rendimiento de los protocolos descritos se evaluó midiendo el aumento bien informado en la fosforilación de RBC-NOS en el residuo de serina 1177 en respuesta a fuerzas mecánicas que reflejan las que ocurren dentro de la vasculatura humana (5 Pa).

Protocol

Los protocolos aquí descritos están alineados con la Declaración de Helsinki y fueron aprobados por los Comités de Ética de la Universidad Alemana del Deporte de Colonia (16/09/2013) y de la Universidad de Griffith (2019/808). Los voluntarios fueron examinados para garantizar la ausencia de patologías relevantes y proporcionaron su consentimiento informado por escrito. 1. Tinción de proteínas de glóbulos rojos mediante protocolos de inmunohistoquímica <p class="jov…

Representative Results

El protocolo presentado, que describe los métodos que facilitan la detección de alteraciones agudas en las proteínas de los glóbulos rojos, se probó en una alteración proteica mecánicamente sensible bien conocida: la fosforilación de los glóbulos rojos en el residuo de serina 1177. La sangre entera se obtuvo de voluntarios sanos y posteriormente se dividió en dos alícuotas separadas. Una muestra de sangre dada se expuso a un esfuerzo de cizallamiento mecánico de magnitud fisiológica (5 Pa) durante 300 s, que…

Discussion

La literatura reciente sugiere que la proteína RBC-NOS es de crucial importancia para la regulación de la deformabilidad de los glóbulos rojos 15,22,23, lo que a su vez facilita su paso a través de capilares estrechos 24. La actividad proteica depende en gran medida de las modificaciones proteicas postraduccionales, en particular de la fosforilación de ciertos residuos18. El …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

LK agradece el apoyo de una beca del Programa de Capacitación en Investigación del Gobierno de Australia.

Materials

3,3′-Diaminobenzidin -tetrahydrochloride Hydrate Sigma/Merck D5637 DAB
Ammoniumchloride  Merck /Millipore 101145 NH4Cl
Centrifuge 5427 R  Eppendorf 5409000010
Coverslips VWR 631-0147 
di-sodium Hydrogen Phosphate Dihydrate  Merck /Millipore 106580 Na2HPO4. 2 H2O
Disposable transfer pipettes VWR 612-6803
Entellan Merck /Millipore 107961 rapid mounting medium for microscopy
Ethanol denaturated using 1 % methyl ethyl ketone (MEK) Hofmann 642
Glucose-Oxidase Sigma/Merck G2133
Grease pencil  Dako S 2002
Horse-radish peroxidase/ExtrAvidin−Peroxidase Sigma/Merck E-2886 HRP
Hydrochloric acid  Merck /Millipore 109057 HCl
Hydrogen peroxide, 30% Merck /Millipore 107203 H2O2
ImageJ Software Freeware
Laser-assisted optical rotational cell analyser (LORCA) RR Mechatronics Ektacytometer instrument used for shearing
Methanol Merck /Millipore 106009
Microscope slides VWR 630-1985
Nickel(II)-sulfate Hexahydrate  Sigma/Merck N4882 NiSO4.6H2O
Normal Goat serum Agilent/DAKO X0907 NGS
Paraformaldehyde Merck /Millipore 818715 PFA
Pipettes Eppendorf Reference 2 VWR 613-5836/ 613-5839
Rabbit Anti-phospho eNOS Antibody (Ser1177) Merck/Millipore 07-428-I Primary Antibody
Reaction tubes, 2ml Eppendorf 30120094
Secondary Antibody goat anti rabbit Agilent/DAKO E0432 Secondary Antibody
Skim milk powder Bio-Rad 170-6404
Sodium chloride  Merck /Millipore 106404 NaCl
Sodium Dihydrogen Phosphate Monohydrate Merck /Millipore 106346 NaH2PO4.H2O
Sodium hydroxide, 1 M Merck /Millipore 150706 NaOH
Tris(hydroxymethyl)-aminomethane Merck /Millipore 108382 Tris
Trypsin Sigma/Merck T7409
Tween20  Merck /Millipore 822184
Whatman Glas microfiber filter, quality GF/F Merck /Millipore WHA1825047
Xylol VWR Chemicals 2,89,73,465
ß-D-Glucose monohydrate Merck /Millipore 14431-43-7

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Cite This Article
Grau, M., Kuck, L. Immunostaining-Based Detection of Dynamic Alterations in Red Blood Cell Proteins. J. Vis. Exp. (193), e64843, doi:10.3791/64843 (2023).

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