Múltiples tipos de células en la retina, incluidas las células endoteliales, las neuronas y las células gliales, expresan transportadores de glucosa (GLUT) para permitir la absorción de glucosa en las células. Utilizando retina neuronal de ratón ex vivo y el análogo de glucosa fluorescente 6-NBDG, describimos un método relativamente rápido y barato para medir la absorción de glucosa en toda la retina del ratón.
La retina es un tejido altamente metabólico con múltiples tipos de células que requieren glucosa y sus derivados para producir energía en forma de ATP. Las células de la retina, incluidas las células endoteliales, las neuronas, los fotorreceptores y las células gliales, expresan transportadores de glucosa (GLUT; por ejemplo, GLUT1-4) para permitir la absorción de glucosa para la producción de energía. GLUT1 es el transportador de glucosa más abundantemente expresado en la retina. Este protocolo permite a los investigadores medir la absorción de glucosa en la retina neural murina en condiciones ex vivo utilizando el análogo de glucosa fluorescente 6-(N-(7-Nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-il)amino)-6-Desoxiglucosa (6-NBDG). Después de la disección de la retina, los niveles totales de 6-NBDG en la retina se pueden determinar fácilmente mediante la medición del punto final de fluorescencia utilizando un lector de placas. Para mantener la consistencia, recomendamos normalizar los resultados a los niveles totales de proteína. Aunque el 6-NBDG es altamente específico para GLUT1, la absorción de este análogo se detecta en presencia del inhibidor de GLUT1 BAY-876. Como tal, este ensayo proporciona un método relativamente rápido y económico para medir la absorción de glucosa ex vivo en la retina neural completa del ratón, que está parcialmente mediada por GLUT1.
La glucosa es un metabolito esencial para la retina neural, donde se utiliza para alimentar altas tasas de glucólisis y respiración mitocondrial para producir energía en forma de trifosfato de adenosina (ATP)1. Dado que la glucosa es el sustrato energético preferido, muchas células de la retina expresan transportadores de glucosa (GLUT) para facilitar la absorción de glucosa de la vasculatura y el tejido circundante2. Las glut comprenden una familia de glicoproteínas de membrana intrínsecas que son responsables del transporte de glucosa a las células de mamíferos3. El transportador GLUT-1 (GLUT1) es el principal transportador de glucosa en la retina, expresado a través de las capas retinianas4 y por las células endoteliales capilares que componen la barrera hematorretiniana (BRB)5. Curiosamente, en las enfermedades neurodegenerativas del sistema nervioso central (SNC), incluida la enfermedad de Alzheimer, una reducción en los niveles de proteína GLUT1 y la absorción de glucosa preceden a la atrofia cerebral y la disfunción neuronal en los seres humanos 6,7. En un modelo de hipertensión ocular en ratas, también se observaron niveles más bajos de GLUT1 en los capilares8. La reducción del transporte de glucosa a la retina externa está implicada en la pérdida de fotorreceptores en modelos animales de retinitis pigmentosa humana y también puede desempeñar un papel en la neurodegeneración de la retina, como la observada en el glaucoma. Por lo tanto, se requiere una comprensión del transporte de glucosa en la retina neural para establecer su papel en la neurodegeneración de la retina.
Aquí, describimos un método bioquímico novedoso, barato y sencillo para medir la absorción de 6-NBDG en la retina neural murina ex vivo , es decir, excluyendo el epitelio pigmentado de la retina y la coroides. En comparación con otros análogos fluorescentes como el 2-NBDG, el 6-NBDG está compuesto por una fracción de glucosa en la que un grupo nitrobenzoxidiazoamino fluorescente reemplaza al grupo hidroxilo en el carbono 6, evitando la fosforilación por hexoquinasa y una mayor degradación metabólica9. Aunque el 6-NBDG tiene una alta especificidad para GLUT1, con una afinidad de unión 300 veces mayor que la glucosa9, detectamos la captación de este análogo en presencia de inhibidores de GLUT110. Como tal, este ensayo proporciona un método relativamente rápido y económico para medir la absorción de glucosa ex vivo en toda la retina del ratón, que está parcialmente mediada por GLUT1.
La medición de la absorción de glucosa en los tejidos en tiempo real es un reto, ya que a menudo requiere el marcaje de radioisótopos o métodos de obtención de imágenes de alta resolución. Aquí, empleamos un ensayo bioquímico fluorescente para determinar rápidamente la absorción de 6-NBDG en múltiples muestras de retina en condiciones ex vivo . El protocolo proporciona información sobre la absorción total de glucosa en la retina; no proporciona información sobre los niveles específicos de captación de 6-NBDG en las células de la retina.
Todos los métodos descritos aquí han sido aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) del Centro Médico de la Universidad de Vanderbilt.
1. Preparación para el ensayo
NOTA: La preparación debe llevarse a cabo el día del ensayo, inmediatamente antes de realizar el ensayo. Esto es necesario debido a la naturaleza sensible al tiempo del protocolo.
2. Ejecución del ensayo de absorción de 6-NBDG
NOTA: Consulte la Figura 2 para obtener una descripción general paso a paso.
La Figura 4 muestra mediciones representativas de fluorescencia de glucosa de retina de ratón WT incubada con 6-NBDG durante diferentes períodos de tiempo. Después de 30 min de incubación, los niveles de 6-NBDG fueron un promedio de 336 ± 27.91 UA, mientras que después de 60 min, los niveles de 6-NBDG aumentaron a un promedio de 616.3 ± 8.38 UA. Una incubación adicional de 30 min condujo a un nivel reducido de 6-NBDG (506,4 ± 5,3 UA). A los 60 min, la variabilidad en los resultados fue mínima, por lo que se eligió como el momento óptimo para la incubación de la retina con 6-NBDG. Tenga en cuenta que las unidades son arbitrarias y que estos resultados no se normalizaron a la proteína total.
La Figura 5 muestra las mediciones de fluorescencia de glucosa de la retina de ratón WT incubada con 6-NBDG y el inhibidor de GLUT1 BAY-876 (concentración final de 100 μM). Se observó una disminución del 24% en la captación de 6-NBDG, lo que sugiere que existen mecanismos independientes de GLUT1 para la absorción de 6-NBDG en la retina neural de ratón.
Figura 1: Resumen esquemático de la configuración del tubo para el ensayo. Antes de realizar el ensayo, configure 4 tubos por muestra de retina como se describe: Tubo 1 para el paso de "Falta de glucosa", Tubo 2 para el paso de "Incubación de 6-NBDG", Tubo 3 para la "Sonicación" y Tubo 4 para la "Recolección de muestras". Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Resumen esquemático del protocolo. Después de la disección neural de la retina, las muestras de retina se colocan inmediatamente en hielo en el medio Neurobasal A (sin glucosa). A continuación, las muestras de retina se transfieren a un baño de agua a 37 °C durante 20 minutos para la etapa de "Falta de glucosa". A continuación, las muestras se transfieren a los tubos para la etapa de "incubación 6-NBDG", donde permanecen en el baño de agua a 37 °C durante 60 min. Después de la incubación, se lavan las muestras de retina. Se transfieren a tubos nuevos que contienen 500 uL de medio Neurobasal A helado (sin glucosa) y luego se lavan 3 veces o se lavan 4 veces con 500 uL de medio Neurobasal A helado (sin glucosa) si permanecen en el mismo tubo que la etapa de incubación 6-NBDG. Finalmente, las muestras se cortan, se sonican y se centrifugan a 21130 x g antes de que los sobrenadantes se transfieran a un tubo de "recolección de muestras". A continuación, las muestras se leen en un lector de placas utilizando la función de ensayo de punto final de fluorescencia con excitación a 483 nm, emisión a 550 nm y corte a 530 nm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Generación de patrones de 6-NBDG por dilución en serie. Cree concentraciones estándar de 6-NBDG diluyendo la solución madre de 500 μM en serie utilizando el medio Neurobasal A a través de los pasos 1-8 en tubos etiquetados 1-8 como se indica. El tubo 8 contiene solo medio Neurobasal A (sin 6-NBDG). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Mediciones representativas de fluorescencia de glucosa para la optimización del tiempo de incubación de 6-NBDG. Lectura representativa de fluorescencia después de la incubación con 6-NBDG a los 30 min, 60 min y 90 min. Se incubó una muestra de control sin 6-NBDG durante 90 min (90C). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Absorción de 6-NBDG en presencia de inhibidor de GLUT1 (WTi; 100 μM BAY-876). Resultados de absorción de 6-NBDG utilizando retina de tipo salvaje (WT) incubada sin inhibidor (WT) y en presencia de 100 μM de BAY-876 (WTi). Los resultados se normalizaron a los niveles de proteína total y luego con respecto a la muestra de WT sin inhibidor. Número de animales expresado en barras (WT = 9 retina de 9 animales y WTi = 3 retina de 3 animales). Prueba estadística = prueba no paramétrica de Mann Whitney, p = 0,0074. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
En resumen, el método descrito permite a los investigadores de ciencias básicas medir la absorción del análogo fluorescente de la glucosa, 6-NBDG, en la retina neural murina ex vivo . La glucosa es un metabolito esencial para la retina neural, su absorción apoya las altas tasas de glucólisis y respiración mitocondrial necesarias para producir energía en forma de trifosfato de adenosina (ATP)1. Dado que la glucosa es el sustrato energético preferido, muchas células de la retina expresan transportadores de glucosa (GLUT) para facilitar la absorción de glucosa de la vasculatura y el tejido circundante2. El protocolo permite a los investigadores evaluar de forma rápida y económica la absorción de glucosa en modelos de ratón de enfermedad de la retina. Además, el método también podría traducirse fácilmente para su uso en retina de rata u otros tejidos de interés.
Hay algunos aspectos importantes del protocolo que garantizarán su éxito. El ensayo es sensible al tiempo, por lo que es importante que todos los reactivos y tubos se preparen antes del experimento; Esto garantiza que el resto del ensayo se desarrolle sin problemas. Es importante considerar que después de 90 min de incubación con 6-NBDG, hay una disminución en la medición de fluorescencia (Figura 4), lo que podría indicar un deterioro en la salud de la retina. Como tal, se debe tener mucho cuidado para cumplir con los tiempos de incubación. Además, la disección de la retina fresca es el primer paso limitante del procedimiento; Una retina lenta o mal diseccionada puede conducir a resultados erróneos, ya que la salud de la retina empeora en un medio libre de glucosa con el tiempo. Este protocolo describe los pasos básicos para la disección neural de la retina murina (excluyendo el epitelio pigmentario de la retina y la coroides); Sin embargo, para los investigadores que no tienen experiencia en esta técnica, se puede hacer referencia a un protocolo más profundo publicado previamente11. La disección de la retina es el paso más crucial en el protocolo, recomendamos que los investigadores no dediquen más de 1 minuto por ojo a la disección. Si los tiempos de disección son más lentos, considere realizar el procedimiento con menos muestras para limitar la variabilidad.
Para mantener la consistencia y limitar la variabilidad entre las muestras, las lecturas fluorescentes de 6-NBDG deben normalizarse a la proteína total de la retina. Esto tiene en cuenta las variaciones en el tamaño de la retina, que pueden ocurrir con la edad, por ejemplo. Para mejorar la consistencia en este protocolo, se utilizó toda la retina sin cortes ni daños deliberados. Sin embargo, con el rango de detección de 6-NBDG probado para la curva estándar (0-40 μM), y con niveles de fluorescencia de retina completa que descansan constantemente entre 10-20 μM, es posible que se utilicen cantidades más pequeñas de tejido retiniano. Sin embargo, el impacto del corte de la retina puede introducir cierto nivel de inconsistencia con los resultados obtenidos.
Este protocolo tiene algunas limitaciones. La especulación sobre el mecanismo por el cual las células absorben la 6-NBDG sugiere que la absorción de la 6-NBDG puede ocurrir a través de mecanismos independientes del transportador GLUT110. Los resultados con el inhibidor de GLUT1 BAY-876 respaldan esta noción; BAY-876 redujo el 6-NBDG solo en un 24% (Figura 5); sin embargo, la concentración de BAY-876 no se probó exhaustivamente en este protocolo. Sin embargo, el diseño experimental descrito aquí se puede utilizar para llevar a cabo investigaciones adicionales sobre la especificidad y la absorción de 6-NBDG en la retina, por ejemplo, para explorar la posible absorción de 6-NBDG por GLUT3 y GLUT2, que también están presentes en la retina, aunque a un nivel mucho más bajo que GLUT15. Otra limitación importante de este ensayo es que cuantifica la absorción total de 6-NBDG en la retina y, por lo tanto, no es posible determinar la absorción de 6-NBDG específica de la célula utilizando este protocolo.
Es importante destacar que el protocolo descrito tiene algunas ventajas. El ensayo no se basa en imágenes objetivas de la absorción de glucosa en los tejidos, como la que se lleva a cabo en el tejido cerebral12, por ejemplo. Los métodos de adquisición de imágenes en tiempo real para detectar la absorción de analógicos fluorescentes pueden ser desafiantes y costosos, este protocolo simplifica el análisis de la absorción para un análisis de rendimiento relativamente alto de la absorción de 6-NBDG en la retina. El ensayo descrito también podría extenderse a otros análogos de glucosa fluorescente (p. ej., 2-NBDG)13, para los que se conocen los parámetros de excitación y emisión fluorescentes. En conclusión, este ensayo proporciona una medida relativamente rápida, económica y consistente de la absorción de glucosa en el tejido de la retina que evita el uso de métodos de imagen costosos o que requieren mucho tiempo. Comprender los cambios en la absorción de glucosa en el tejido de la retina es fundamental en las enfermedades del sistema visual, donde los cambios en el metabolismo son un evento fisiopatológico clave14.
Los autores no tienen nada que revelar.
Este trabajo fue financiado por fondos departamentales sin restricciones otorgados a Lauren K. Wareham.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
# 5 forceps | Katena | K5-6550 | Used for retina dissection |
1.5 mL microcentrifuge tubes | Thermo Fisher Scientific | 05-408-129 | |
26 G x 5/8" needle | sol-M | 112658 | Used to puncture cornea during dissection |
5 mL tubes | MTC bio | c2540 | |
50 mL tubes | Avantor by VWR | 89039-656 | |
6-NBDG | Invitrogen | N23106 | Fluorescent gucose analog |
96 well plates black with clear bottom | Thermo Fisher Scientific | 265301 | |
Anesthetic Charcoal Filter Cannister | ReFresh | EZ-258 | Used in anesthesia set up |
BAY-876 | Millipore Sigma | SML1774 | For inhibition of GLUT1. |
Centrifuge at 4 °C | Eppendorf | EPP-5424 | |
Compressed gas (5% carbon dioxide, 95% oxygen) | Airgas | UN3156 | Used in anesthesia set up |
curved forceps | Roboz surgical instrument | RS-5137 | Used for retina dissection |
DDH2O | Elga LabWater | Elga PureLab Ultra | Used after ethanol to clean sonicator in between samples |
Dissecting microscope | Olympus | szX12 | Used for retina dissection |
Ethanol 200 proof | Decon laboratories | 2701 | To be used to clean sonicator in between samples |
Foam floating tube rack | Thermo Fisher Scientific | 36-099-2328 | For tubes during incubation in water bath steps |
General scissors | Roboz surgical instrument | RS-680 | Used for retina dissection |
Isoflurane 250 mL bottle | Piramal critical care | NDC 6679401725 | Anesthesia |
Isoflurane equipment | Vetequip sold by VWR | 89012-492 | Used to anesthetize prior to euthanasia |
Kim wipes | VWR | 82003-820 | |
Microplate reader | Molecular devices | SpectraMax M2 microplate reader | Used to read sample |
Neurobasal- A media | Gibco | 12349-015 | |
Nose cone (low profile anesthesia mask) | Kent Scientific | SOMNO-0801 | Used to deliver ansethesia |
Objective on dissecting microscope | Olympus | DF plapo 1x pf | Used for retina dissection |
Petri dish | VWR | 25384-088 | Used during retina dissection |
Pierce assay reagent | Thermo Fisher Scientific | 1861426 | |
Pipette tips P20 | Olympus Plastics | 26-404 | |
Pipette tips P200, P1000, P10 XL | VWR | 76322-150, 76322-154, 76322-132 | |
Pipetteman pipettes P200, P1000, P20, P10 | VWR | F144055M, F144056M, F144058M, F144059M | |
SoftMax Pro software on computer | Molecular devices | SoftMax Pro 7 software | Software used to read sample |
Sonic dismembrator | Thermo Fisher Scientific | FB50110 | Sonicate sample (retina) |
Transfer pipettes | Fisherbrand | 13-711-9AM | Used to transfer retina from one tube to another |
Vannas spring scissors | Katena | K4-5000 | Used for retina dissection |
Water bath set to 37 °C | N/A | N/A | Used for incubation |
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