$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
البروتين التوازن (بروتيوستسيس) يعرف بأنه القدرة الخلوية للحفاظ على وظيفة مناسبة وقابلة للطي من البروتيوم. التحدي الكامن في البروتيوستاسيس هو ضمان طي جميع البروتينات بشكل صحيح والحفاظ عليها في تشكيل أصلي ، والذي يتم تضخيمه بشكل أكبر من خلال الطبيعة المتنوعة لحجم البروتين ، وتكوين الأحماض الأمينية ، والتكوين الهيكلي ، والاستقرار ، والدوران ، والتعبير ، والتجزيء دون الخلوي ، والتعديلات1. يتم الحفاظ على بروتيوستسيس من خلال العمل المنسق لشبكة بروتيوستاتيكي كبيرة، تتكون من ما يقرب من 2000 البروتينات الفريدة، والتي تنظم التوليف السليم، للطي، والاتجار، وتدهور داخل البروتيوم2،3. مكونات حصان العمل من شبكة بروتيوستاتيكي هي تسع عائلات رئيسية من المرافقين الجزيئية4. كل نوع من الأنسجة والخلايا يستخدم بشكل تفضيلي مجموعات فرعية محددة من المرافقين الجزيئية، ويفترض أن يتماشى مع مطالب مختلفة من البروتيوم متميزة5.
إحدى السمات المميزة للشيخوخة الطبيعية للكائنات الحية هي الانخفاض التدريجي وانهيار داء البروتيستاسيس الخلوي ، والذي يعتقد أنه أساس أساسي لظهور وتطور عدد متزايد من الأمراض المرتبطة بالعمر. على سبيل المثال، مرض الزهايمر، مرض باركنسون، مرض هنتنغتون، والتصلب الجانبي الضموري (ALS) تشترك في سمة مشتركة: في كل حالة من مظاهر التجدد العصبي مدفوعة التعديلات الوراثية التي تهيئ بروتين متحولة لتجميع (اميلويد-β/تاو، α-سينوكلين، HTT، FUS/TBD-43/SOD-1، على التوالي)6و7و8و9و10 . أثناء الشيخوخة ، تنخفض سلامة الشبكة البروتيوستيكية وعدم قابليتها للانحلال ، مما يؤدي إلى تراكم المجاميع البروتيوتوكسية التي تؤدي إلى خلل وظيفي في الخلايا وتجدد الأعصاب. من الجدير بالذكر أن أمراض تشكيل البروتين ليست فريدة من نوعها للخلايا العصبية ، وتحدث عبر أنسجة متعددة ، كما أبرزها مرض السكري من النوع الثاني ، والمايلوما المتعددة ، والتليف الكيسي11،12،13،14. ولذلك، فإن توضيح الآليات القادرة على الحفاظ على البروتيوستاسي سيسهل تطوير التدخلات المستهدفة لعلاج المرض وتعزيز الشيخوخة الصحية.
التربة الصغيرة nematode Caenorhabditis elegans (C. elegans) كان له دور فعال في اكتشاف الجينات وتوضيح المسارات التي تغير البروتيوستاسي. يتم الحفاظ على العديد من مكونات الشبكة البروتيوستاتيكية ومسارات نقل الإشارات التي تنظم البروتيوستازي تطوريا. وعلاوة على ذلك، قللت سي إليغانز من التعقيد والتكرار مقارنة بالنظم الفقارية، مما جعلها أكثر قابلية للتحليل الجيني واكتشاف الجينات. وتشمل المزايا الإضافية ل C. elegans التي أدت إلى استخدامه على نطاق واسع كنظام نموذجي لدراسة داء البروتيوستاسي: الجينوم الوراثي والوظيفي القوي ، ودورة حياة قصيرة (3 أيام) والعمر (3 أسابيع) ، والجينوم المدمج والشروح جيدا ، وتوافر مجموعة واسعة من المسوخ الوراثية ، وسهولة تصور التغيرات الخاصة بالأنسجة في بيولوجيا الخلايا باستخدام المراسلين الفلوريين.
يمكن قياس الاضمحلال التدريجي للبروتيوستاسي أثناء الشيخوخة بسهولة في C. elegans. أظهر مختبر موريموتو لأول مرة أن توسع البوليglutamine تنصهر إلى البروتين الفلوري الأصفر(polyQ::YFP)يمكن استخدامها لقياس الانخفاض البروتيوستاتيكي في C. elegans خلال الشيخوخة15،16،17،18. YFP الانصهار إلى 35 يكرر الجلوتامين أو أكثر نتيجة في تشكيل المرتبطة بالعمر من بؤر الفلورسنت جنبا إلى جنب مع علامات علم الأمراض الخلوية. وتجدر الإشارة إلى أن هذه المجموعة من توسع الجلوتامين تعكس طول المسالك البوليغلوتامين من بروتين هنتنغتين الذي يبدأ فيه رصد أمراض مرض هنتنغتون في البشر (عادة >35 CAG يكرر)19. وقد استخدمت سلالات مع التعبير عن polyQ::YFP داخل العضلات, الأمعاء, أو الخلايا العصبية للتأكد من أن الانخفاض المرتبط بالعمر من البروتيوستاسي يحدث عبر أنواع مختلفة من الخلايا والأنسجة. العضلات محددة polyQ::YFP التعبير (أي unc-54p::Q35::YFP)كان المراسل الأكثر استخداما على نطاق واسع الأنسجة محددة, كما تراكم بؤر الفلورسنت من السهل تحديد كميا خلال الأيام القليلة الأولى من مرحلة البلوغ باستخدام المجهر تشريح الفلورسنت بسيطة (الشكل 1A-1B). بالإضافة إلى ذلك ، تصبح الحيوانات مشلولة خلال منتصف العمر ، حيث ينهار البروتيوم داخل العضلات بسبب التأثير البروتيوتوكسي للمراسل(الشكل 1C). وبالمثل، يمكن أن يتبع الانخفاض المرتبط بالعمر في البروتيوستاسيس العصبي(rgef-1p::Q40::YFP)عن طريق التحديد الكمي المباشر لل البؤر / التكوين الكلي والانخفاضات المرتبطة بالعمر في الانحناءات المنسقة للجسم بعد وضع الحيوانات في السائل(الشكل 2).
هنا، نقدم بروتوكول مفصل حول كيفية قياس التقدم المعتمد على العمر من تراكم البروتين الكلي والسمية البروتوتوكسية المرتبطة الناجمة عن التعبير عن البوليغلوتامين يكرر داخل الأنسجة العصبية والعضلات في C. elegans. نحن نقدم أمثلة على النتائج النموذجية التي تم إنشاؤها باستخدام هذه السلالات والأساليب. علاوة على ذلك ، نظهر كيف استخدمنا هذه الأساليب لدراسة التنظيم النسخي للشبكة البروتيوستاتيكية. نناقش طرقا إضافية يمكن من خلالها دمج هؤلاء المراسلين بسهولة مع الكواشف الموجودة الأخرى أو تكييفها لشاشات أكبر.