$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
مستقبلات الأستيل كولين النيكوتينية العصبية (nAChRs) هي قنوات أيونية عبر الغشاء اللغاني المعبر عنها عبر الغشاء البلازما للعديد من أنواع الخلايا، بما في ذلك الخلايا العصبية، والخلايا الدبقية، والخلايا المناعية. تتكون هذه المستقبلات من وحدات فرعية α (α2-α10) أو β (β2-β4) تتجمع لتشكيل أنواع فرعية متجانسة أو غير متجانسة، حيث تعد α7 وα4β2 nAChRs الأكثر وفرة في الدماغ 1,2. ارتبط اختلال تنظيم هذه الأنواع الفرعية بمرض الزهايمر، واضطراب استخدام النيكوتين، والصرع المرتبط بالنوم، ومرض باركنسون، واضطراب الاكتئاب الشديد، وغيرها من الحالات العصبية والنفسية 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 . تعد الطرق السريعة والموثوقة للتعبير عن nAChR وقياسها ضرورية لفهم آليات المرض ولتطوير علاجات انتقائية مستهدفة. ومع ذلك، فإن تحقيق تعبير قوي من هذه المستقبلات في غشاء البلازما غالبا ما يكون تحديا ويستغرق وقتا طويلا. الطريقة الموضحة هنا تتيح تعبيرا قويا عن السطح ل nAChR خلال حوالي 24 ساعة بعد نقل الحمض النووي، ويمكن دمجها مع الليغاندات أو بروتينات الشابرون التي تعدل حركة المستقبلات.
توجد عدة طرق للتعبير عن nAChR، بما في ذلك النقل المؤقت للحمض النووي أو توليد خطوط خلايا مستقرة تعبر عن النوع الفرعي المطلوب. على الرغم من أن إنشاء خطوط خلايا مستقرة مفيد للدراسات طويلة الأمد التي تشمل نفس النوع الفرعي من المستقبلات، إلا أن العملية تتطلب جهدا كبيرا وقد تستغرق عدة أشهر. بمجرد تأسيسها، قد تظهر هذه الخطوط الخلوية تعبيرا متغيرا في المستقبلات عبر الممرارات، أو فقدان التعبير مع مرور الوقت، أو تحيز الانتقاء للنسخ المستنسخة ذات وظيفة المستقبل أو الكثافة غير المثالية13. انخفاض درجة حرارة الحضانة من 37 درجة مئوية إلى 30 درجة مئوية، أو إضافة مرافق جزيئية مثل النيكوتين، أو تمديد مدة الحضانة يمكن أن يعزز التعبير السطحي 13,14,15. وتزداد هذه القيود بشكل خاص في nAChR غير المتجانسة، التي تتطلب تجميع ونقل الوحدات الفرعية بشكل صحيح، وللدراسات التي تركز على تنظيم المستقبلات بمساعدة المرافقة. لذلك، من الضروري التحقق الروتيني لتعبير النوع الفرعي المستقبلي عبر الممرات عند العمل مع خطوط الخلايا المستقرة التي تعبر عن nAChR.
غالبا ما يهتم الباحثون بمتغيرات الوحدات الفرعية nAChR ووحدات البروتين المساعدة أو المرافقة، وبالتالي يحتاجون إلى التعبير عن مجموعة متنوعة من الحمض النووي بسرعة متتالية للسماح بمرونة سريعة في تحاليلها. يعد التعبير العابر ل nAChRs ميزة في هذا الصدد لأن العملية يمكن إكمالها بسرعة، مما يسمح للباحث بدراسة أنواع متعددة من المستقبلات أو الظروف التجريبية دون الانتظار لأشهر لتوليد خطوط خلايا مستقرة. ومن الشائعات، حتى مع التعبير العابر، أن العديد من nAChR تبقى داخل الخلية بعد 24 ساعة من التحفيز عند 37 درجة مئوية، مما يتطلب فترات حضانة إضافية > 48 ساعة16,17. على سبيل المثال، بدون بروتين الشابرون المقاوم لمثبطات كولينستيراز-3، يتم التعبير فقط ~1٪ من α7 nAChR على غشاء بلازما لخلايا SHE-P الثديية18. مع التعبير المشترك ل RIC-3، يتم اكتشاف حوالي 20٪ من α7 nAChRs على السطح. بينما يمثل هذا تحسنا، يظل إجمالي وفرة المستقبلات منخفضا. يمكن أن يعزز التعبير المشترك بين α7 nAChRs وNACHO التعبير السطحي، رغم أنه لا يزال أقل من 40٪ من إجمالي سكان المستقبلات يمر إلى غشاء البلازما19. نهج آخر يتضمن حضانة الخلايا المنقولة عند 30 درجة مئوية لتحسين تعبير غشاء البلازما20,21. بالنسبة ل α4β2 nAChRs، يؤدي هذا الانخفاض في درجة الحرارة إلى زيادة في كثافة مستقبلات السطح بمقدار خمسة أضعاف دون زيادة مماثلة في إجمالي بروتين الوحدةالفرعية 21. ومع ذلك، يتطلب هذا التحسين يوما إضافيا على الأقل واستخداما أكبر للمستهلكات والكواشف والأجهزة.
يقدم العمل المعروض مجموعة من الطرق المحسنة للتعبير عن وقياس أنواع فرعية محددة من nAChR خلال 24 ساعة من النقل في خلايا N2a الثديية، محققا حوالي 83٪ ل α7، و77٪ ل α4، و56٪ للوحدات الفرعية β2 المتمركزة في غشاء البلازما. في حالة α7 nAChRs، يمكن قياس تعبير غشاء البلازما باستخدام α7 الانتقائي الفلوري الموسوم ب α-بونغاروتوكسين (αBTX) أو من خلال وسم فلوري مؤتلف. لوضع علامة على كل وحدة فرعية، يتم هندسة البروتينات الفلورية الحساسة للرقم الهيدروجيني pHuji والفلوورين فوق البروج (SEP)22,23,24 على الطرف C لوحدات nAChR الفردية25,26. pHuji وSEP هما نسختان حساستان لدرجة الحموضة من البروتينات الفلورية الحمراء والخضراء، على التوالي، تتوهج عند pH 7.4 ولكن يتم تقييدها تحت ظروف أكثر حموضة27,28. مع كبت فلورة SEP وpHuji عند pH < 6، تعكس أي إشارة داخل الخلية فلورات تقع في أقسام محايدة بدلا من غشاء البلازما. يجدر بالذكر أن بعض العضيات، مثل جهاز جولجي، لها تلال حمضي؛ وبالتالي، لا يتم اكتشاف الفلوروفورات المرتبطة بمنطقة الطرف C من وحدات nAChR الفرعية أثناء عبور الوحدات الفرعية عبر مسار الإفرازات29. الفرق بين الفلورة الكلية عند pH 7.5 وتلك عند pH < 6 يمثل الإشارة الناتجة عن nAChR الموجودة على غشاء البلازما. التقاط الصور باستخدام المجهر الكونفوكالي الحي يوفر دقة مكانية عالية، مما يتيح تحديد مواقع الوحدات الفرعية بدقة. بالإضافة إلى ذلك، يسمح إجراء جميع التجارب على الخلايا الحية لكل خلية بأن تكون بمثابة تحكم مستقل، مع مراعاة التفاوت في تعبير البروتين بين الخلاياضمن كل مجموعة علاج. يمكن تكييف هذه الطريقة لتشمل بروتينات شابرون إضافية، مثل NACHO أو غيرها، للتحقيق في تهريب nAChR. تشمل التطبيقات الإضافية التعديل الدوائي، ودمج الوحدات الفرعية المساعدة، وتحليل التغيرات المرتبطة بالأمراض في تعبير nAChR.