تلامس الشبكة الإندوبلازمية المرتبطة بالميتوكوندريا (MERCs)، والتي يتم عزلها كيميائيا كأغشية ER المرتبطة بالميتوكوندريا (MAMs)، متورطة في عدة اضطرابات تنكسية عصبية، بما في ذلك مرض الزهايمر (AD)1. تشير فرضية "MAM" المقترحة مؤخرا إلى أن MAMs تلعب دورا مركزيا في توليد β الأميلويد (Aβ)، مما يؤدي إلى بدء السلسلة الممرضة لمرض AD. تشمل هذه السلسلة تكوين التشابك الليفي العصبي (NFTs)، خلل التوازن في الكالسيوم، والالتهاب العصبي2. تتكون MAMs من مجالات دقيقة غنية بالكوليسترول تشبه طوف الدهون في الشبكة الإندوبلازمية وغشاء الميتوكوندريا الخارجي (OMM)، ترتبط ببروتينات ربط محددة تساهم في تنوعها الهيكلي والوظيفي3. يؤثر استقرار اتصالات ER-الميتوكوندريا على عمليات خلوية مختلفة، بما في ذلك إشارات الكالسيوم في ER والموت المبرمج 4,5. يقدر أن 5٪-20٪ من الميتوكوندريا تتواصل فيزيائيا مع الشبكة الطيرانية لتأسيسMAMs 6. أشارت عدة دراسات إلى أن عدد وطول وعرض الفجوة (السماكة) بين ال ER والميتوكوندريا في مواقع MAM هي عوامل مهمة لتحديد أدوارهم الوظيفية. أظهرت المجهر الإلكتروني البارد والتحليلات في الجسم الحي لكبد الفئران أن الحالة الأيضية لخلايا الكبد تعدل كل من سمك (من 14 نانومتر إلى 20 نانومتر) وطول (من 145 نانومتر إلى 270 نانومتر)MAMs 7.
تظهر أيضا MAMs كأهداف علاجية محتملة لمختلف الاضطرابات، بما في ذلك السرطان واضطرابات الأيض. ينظم سمك أو عرض الفجوة في MAM بقاء الخلية. أظهرت المثبتات المكونة ل MAM، MAM 1X و MAM 9X، المصممة لتثبيت التوازن بإحكام (عرض الفجوة 6 نانومتر ± 1 نانومتر) والرخوة (عرض الفجوة 24 نانومتر ± 3 نانومتر)، على التوالي أن تثبيت الميكروفونات الضيقة زاد بشكل كبير من توليد Aβ في نموذج جديد ثلاثي الأبعاد للزراعة العصبية للزهايمر. على النقيض من ذلك، لم يكن لتثبيت المامات الفضفاضة أي تأثير8. لذا، قد يكون تحويل استقرار MAMs المشدود إلى MAMs غير مرتبة مفيدا لتقليل أمراض الأميلويد. تجعل التعقيدات الهيكلية والوظيفية ونقص التحليل الكمي الدقيق لدرجة استقرار ال MAM من الصعب استهداف MAMs لاكتشاف الدواء. أظهر تحليل جديد للتصوير الحي والكيموغرافيا لسرعة المحور المحورية للميتوكوندريا المرتبطة ب ER أن سرعة المحورية للميتوكوندريا يمكن استخدامها كمقياس لقياس استقرار MAM بشكل كمي، لأن التلامس الأقوى مع ER يقلل بشكل كبير من سرعة المحور المحوري للميتوكوندريا مقارنة بالميتوكوندريا الحرة 8,9. باستخدام مثبت محفز لموجات MAM في خلايا Neuro 2A (N2AAPP) المعبرة عن hAPP8، وجدنا أن تضييق عرض فجوة MAM يزيد من توليد Aβ بطريقة تعتمد على الجرعة8. مثبتات MAM القابلة للتحفيز هي بلازميدات تعبيرية ترمز إلى مستشعرات استهداف ER الموسومة بالحبات (CFP) ومستشعرات مستهدفة للميتوكوندريا مع بروتين فلوري أصفر، ومستهدفة للميتوكوندريا بعلامة YFP (بروتين فلورية أصفر) مع نطاقات ارتباط رافاميسين FK506 (FRB) القادرة على تحفيز الراباميسين أو بروتين ارتباط FK506 بقدرة 12 كيلو دالتون (FKBP). تم تمييز المستشعرات الحيوية ب ER-CFP و Mito-YFP على التوالي. CFP هو فلوروفور متبرع ينقل الطاقة إلى الفلوروفور المستقبل YFP عندما يفصل بينهما >10 نانومتر. الخلايا (N2A APP) التي تعبر عن المستشعرات الحيوية المحفزة زادت من توليد Aβ عند علاج الراباميسين8، مما يشير إلى أن زيادة كثافة MAMs تزيد من توليد Aβ. ستكون هذه الطرق مفيدة لفحص معدلات الجزيئات الصغيرة للMAMs وتركيزها الفعال المطلوب لتحقيق استقرار مستوى مثالي من MAMs الضيقة التي ستحول MAMs الممرضة ("Aβ متزايدة") إلى علاجية ("Aβ منخفضة") دون زعزعة استقرار نقاط ER واتصالات الميتوكوندريا بالكامل، وهو أمر مهم لبقاء الخلايا.
النموذج التجريبي
استخدمت هذه الدراسة خلايا Neuro2A(N2A) التي عبرت بشكل مستمر عن APP751 (N2AAPP). تطلق هذه الخلايا مستويات قابلة للكشف من Aβ في الوسط المكيف (CM) مقارنة بخلايا N2A الساذجة. تم الحفاظ على خلاياN2A APP في DMEM مع مكمل 10٪ FBS، و100 U/mL بنسلين، و100 ميكروغرام/مل من الستربتومايسين، و2 ملي مول L-جلوتامات مع 200 ميكروغرام/مل G418، كما تم وصفهسابقا 10.
بلازميد التعبير
تم توليد بلازميد تعبيري عن طريق دمج تسلسل استهداف الميتوكوندريا الموسوم ببروتين A-kinase الثديي 1 [AKAP1(34-63)] وتسلسل استهداف ER الموسوم ببروتين الفلورية السماوية CFP لفوسفاتيديلينوسيتول-3-فوسفاتاز Sac1 [Sac1(521-587)] مع تسلسل Tav2A ذاتي الشق يرمز لتسلسل الببتيد EGRGSLLTCGDVEENPGPP، ويرمز له ب pYFP-AKAP1-Tav2A-Sac1-CFP8 . البلازميد المدمج مع Tav2A محاط أيضا بتسلسلات نوكليوتيدية تشفر مجال ارتباط الراباميسين FK506 (FRB) [EMWHEGLEEASRLYFGERNVKGMFEVLEPL HAMMERGPQTLKETSFNQAYGRDLMEAQEWCRKYMKSGNV (K 2095P)DLTQAWDLYYHVFRRISKQ] أو مجال بروتين ارتباط FK506 (FKBP) بقوة 12 كيلو دالتون (MGVEKQVIRPNGPKPAPGQTVTVHCTGFGKD GDLSQKFWSTKDEGQKPFSFQIGKGAVIKGWDEGVIGMQ IGEVARLRCSSDYAGAGGFPAWGIQPNSVLDFEIEVLSVQ). تم توليد بلازميد الاندماج FRB-YFP-AKAP1(34-63)-Tav2A-Sac1(521-587)-CFP-FKBP، المشار إليه هنا باسم MAM-Tav2A، للحصول على مستويات تعبير متساوية الأضرار ل FRB-YFP-AKAP1(34-63) و Sac1(521-587)-CFP-FKBP لتحليل FRET النسبي. Sac1(521-587)-CFP-FKBP، ويرمز له ب ER-CFP، هو فلوروفور المتبرع، بينما ميتو-YFP-FRB، المرمز إليه ب Mito-YFP، هو الفلوروفور المستقبل الذي يولد FRET عند الفصل بينهما ~10 نانومتر8. لذا، تكتشف حساسات المحركات الحيوية المبنية على FRET الميكروبات الضيقة (6-10 نانومتر، عرض الفجوة). تم إدخال FRB وFKBP لتحفيز تضييق عرض فجوات MAM عند إضافة الراباميسين بطريقة تعتمد على الجرعة، ويمكن قياسها بقياس إشارة FRET المتزايدة8.