Estudo do mecanismo molecular de transfecção mediada por ultrassom
Data
2010-11-24
Autores
De Paula, Daisy Maria Bentes 
Orientadores
Han, Sang Won
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
Ultrasound (US) has been widely used to improve the efficiency of non-viral vector transfection. However, the mechanism that enables the uptake of plasmid DNA in cells by US insonation is poorly understood, but it is typically attributed to sonoporation. Based on our previous results, we hypothesized that other mechanisms, such as endocytosis, are involved in this process. To explore the mechanism of plasmid DNA uptake, a plasmid vector expressing EGFP (pEGFP-N3: 4.7 kb) was used to transfect NIH3T3 cells using a therapeutic US without microbubbles and was monitored in real-time using a confocal microscope. We achieved about 40% transfection efficiency when we applied 2 W/cm2 with 20% of duty-cycle for 30 s, but 1 W/cm2 resulted in a very low level of transfection. In these experiments, the production of reactive oxygen species was augmented during the insonation but was stopped soon after turning off the US. Calcium influx was also augmented during the insonation, but its level did not return to basal levels following the 3-min observation period. However, 1 W/cm2 was not sufficient to mobilize calcium influx during the insonation, and calcium influx began 12 s after turning off the US. US insonation also changed the cell membrane potential to promote a hyperpolarization state, which returned to the normal state soon after turning off the US. The alteration of these parameters by US indicates the uptake of plasmid DNA by endocytosis. Finally, using a fluorescently labeled plasmid, we showed that this molecule enters into cells via clathrin-mediated endocytosis, not via caveolin-1.
O ultrassom (US) vem sendo amplamente utilizado para melhorar a eficiência de transfecção de vetores não-virais. No entanto, o mecanismo pelo qual o US promove a entrega de DNA nas células ainda é pouco entendido. Este fenômeno é normalmente atribuído a sonoporação. Porém, com base em experimentos anteriores realizados em nosso laboratório, suspeitamos que outro mecanismo esteja envolvido no processo de captação de DNA. Para estudar o mecanismo de entrega, um vetor plasmideal expressando EGFP (pEGFP-N3, 4,7 kb) foi utilizado para transfectar células NIH3T3 com um aparelho de US terapêutico sem a adição de microbolhas. Em condições de insonação de 2 W/cm2, duty cycle de 20% por 30s o US promoveu cerca de 40% de eficiência de transfecção, mas com 1 W/cm2 resultou em níveis muito baixos de transfecção. Fixados esses parâmetros, também foi avaliada a produção de espécies reativas de oxigênio (ROS), o aumento da concentração intracelular de cálcio ([Ca2+]i) e as alterações no potencial de membrana através de microscopia confocal. A produção de ROS foi aumentada durante a insonação, sendo interrompida logo que o US foi desligado. A [Ca2+]i também foi aumentada durante a exposição ao US, mas seus níveis não retornaram ao basal durante os 3 minutos de observação. Porém, 1 W/cm2 não foi suficiente para mobilizar o cálcio durante a insonação, e o influxo de cálcio teve início apenas 12 segundos após o término do US. Quando expostas ao US, as células também apresentaram mudanças no potencial de membrana atingindo um estado de hiperpolarização, retornando ao estado normal logo que o US foi desligado. A alteração desses três parâmetros pelo US sugere que a entrega de DNA plasmideal deva ocorrer por endocitose. Por fim, utilizando DNA plasmideal fluorescente, mostramos que esta molécula entra na célula via endocitose mediada por clatrina.
O ultrassom (US) vem sendo amplamente utilizado para melhorar a eficiência de transfecção de vetores não-virais. No entanto, o mecanismo pelo qual o US promove a entrega de DNA nas células ainda é pouco entendido. Este fenômeno é normalmente atribuído a sonoporação. Porém, com base em experimentos anteriores realizados em nosso laboratório, suspeitamos que outro mecanismo esteja envolvido no processo de captação de DNA. Para estudar o mecanismo de entrega, um vetor plasmideal expressando EGFP (pEGFP-N3, 4,7 kb) foi utilizado para transfectar células NIH3T3 com um aparelho de US terapêutico sem a adição de microbolhas. Em condições de insonação de 2 W/cm2, duty cycle de 20% por 30s o US promoveu cerca de 40% de eficiência de transfecção, mas com 1 W/cm2 resultou em níveis muito baixos de transfecção. Fixados esses parâmetros, também foi avaliada a produção de espécies reativas de oxigênio (ROS), o aumento da concentração intracelular de cálcio ([Ca2+]i) e as alterações no potencial de membrana através de microscopia confocal. A produção de ROS foi aumentada durante a insonação, sendo interrompida logo que o US foi desligado. A [Ca2+]i também foi aumentada durante a exposição ao US, mas seus níveis não retornaram ao basal durante os 3 minutos de observação. Porém, 1 W/cm2 não foi suficiente para mobilizar o cálcio durante a insonação, e o influxo de cálcio teve início apenas 12 segundos após o término do US. Quando expostas ao US, as células também apresentaram mudanças no potencial de membrana atingindo um estado de hiperpolarização, retornando ao estado normal logo que o US foi desligado. A alteração desses três parâmetros pelo US sugere que a entrega de DNA plasmideal deva ocorrer por endocitose. Por fim, utilizando DNA plasmideal fluorescente, mostramos que esta molécula entra na célula via endocitose mediada por clatrina.
Descrição
Citação
DE PAULA, Daisy Maria Bentes. Estudo do mecanismo molecular de transfecção mediada por ultrassom. 2010. 119 f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), São Paulo, 2010.