$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
La modulación de las MAMs es un área emergente de investigación con posibles implicaciones para diversos trastornos, incluyendo el cáncer, trastornos metabólicos y enfermedadesneurodegenerativas 13. Muchos agentes farmacológicos, incluyendo el antagonista de la dinaína LDC-3/Dinastopina, el fármaco antidiabético metformina y el agente anticancerígeno sulforafano, alteran las MAM y actualmente están en ensayos preclínicos y clínicos para el cáncer y trastornos metabólicos. Estos agentes farmacológicos modulan los contactos ER-mitocondrias o anchos de contacto MAM regulando las interacciones entre proteínas que conectan a MAM como PTPIP51, VAPB, VDAC1, PACS2, MFN2, VDAC1 e IP3R3 14,15,16,17,18,19,20. El antagonista del receptor sigma-1 (S1R) (NE-100) redujo las MAMs y redujo drásticamente los niveles axonales de Aβ en un modelo neuronal 3D dela EA 21. Un informe reciente demostró que la pérdida de S1R aumentó las MAMs flojas y disminuyó las MAMs tensas, sugiriendo S1R como un objetivo terapéutico para modular la tenacidadde la MAM 8,9.
La imagen en vivo de FRET (transferencia de energía por resonancia de fluorescencia) de neuronas derivadas de ratas transgénicas de la enfermedad de Alzheimer (EA) reveló una alteración significativa en MAMs ajustadas (<10 nm), sin cambio observable en MAM sueltas (~20 nm), en comparación con las de controles de tiposalvaje 1. Estabilizadores MAM inducibles basados en FRET/FLIM que incorporan dominios de dimerización FRB inducibles por rapamicina (Rapa)/rapalog (Log), expresados en célulasAPP N2A, demostraron que el tratamiento con Rapa/Log mejoró la tenacidad del MAM e incrementó la producción de Aβ40 de manera dependientede la dosis 8,9. Esto proporcionó la primera prueba de concepto de que el estrechamiento del ancho de la brecha del MAM favorece el procesamiento amiloidogénico. El fármaco antiamnésico aprobado por la FDA rivastigmina, actualmente en investigación preclínica para la EAleve a moderada 22,23, redujo significativamente los niveles de Aβ40 (p < 0,001) sin alterar la expresión de VDAC1 o BACE1, ni afectar la frecuencia de colocalización entre CFP-ER y Mito-YFP 8,9. La rivastigmina parece influir en la estabilización de la MAM modulando los niveles de la proteína anclaje de la MAM mitofusina-2 (MFN2)24. Este hallazgo coincide con otros estudios que informan que la rivastigmina reduce los niveles de Aβ en neuronas cultivadas y modelos murinos con EA (3xTg)25,26. Como el ancho de la brecha de la MAM regula varios procesos celulares esenciales para la supervivencia celular27, la modulación dirigida de la estabilidad de la MAM puede ofrecer una estrategia terapéutica más eficaz contra la acumulación de Aβ que la desestabilización completa de las MAMs, que podría provocar efectos adversos no deseados.
Una limitación importante del método es que la técnica de FRET ratiométrico depende de la expresión equimolar del donante y del aceptor. La coexpresión de los plásmidos de expresión que codifican al donante o al aceptador producirá resultados inconsistentes. El uso de un Tav2A auto-clivagante que conecta los biosensores donantes y aceptadores asegura la expresión equimolar de los biosensores. Sin embargo, los niveles de expresión de los biosensores se comprobaron mediante análisis por Western blot antes del análisis FRET.
La rapamicina (Rapa) puede no ser ideal para evaluar los efectos del estrechamiento de la MAM en la producción de Aβ, ya que inhibe el objetivo mamífero de la vía de señalización de la rapamicina (mTOR), lo que conduce a la regulación a la baja de TREM2 (Receptor Desencadenante Expresado en las Células Mieloides 2) en la microglía y, en consecuencia, reduce la eliminación de la placa Aβ en modelos murinos con enfermedad de Alzheimer (EA) (5XFAD)11. Como alternativa, se puede utilizar el AP21967 análogo de la rapamicina, comúnmente conocido como rapalog (Log). El log presenta baja afinidad de unión con el mTOR, lo que lo hace relativamente no tóxico para las células. Sin embargo, conserva la capacidad de unirse al dominio FRB con afinidad similar a la rapamicina, debido a la introducción de una mutación compensatoria formadora de cavidades (K2095P) en el dominioFRB 12.
El método descrito tiene una gran importancia. A pesar de la evidencia de varios estudios preclínicos que muestran efectos terapéuticos prometedores de moduladores sintéticos o naturales de pequeñas moléculas de las MAMs en el cáncer y trastornos metabólicos, aún no se han realizado ensayos clínicos. Una de las principales razones de esto es la falta de un método fiable que pueda medir cuantitativamente la estabilidad de la MAM, un requisito previo para desarrollar terapias eficaces. La cuantificación de la relación estructura-función de la MAM requiere una visión completa de la célula, lo cual no puede lograrse para neuronas maduras con las microscopas tradicionales de MET u otras de alta resolución, pero sí puede obtenerse con una baja ampliación28. Así, técnicas tradicionales como TEM, crio-TEM o Microscopias Electrónicas de Barrido (SEM) pueden detectar estructuras celulares a nivel nanométrico, pero tienen limitaciones a la hora de medir el grado de estabilización de la MAM, ya que la naturaleza altamente dinámica de las mitocondrias29 y el ER30,31 hace que las estructuras de la MAM seantransitorias 32,33,34 . Para investigar la relación estructura-función de la MAM, se ha propuesto medir la velocidad axonal de las mitocondrias conectadas al RE mediante MAMs ajustadas o sueltas mediante imágenes de células vivas y análisis de lacimografía 8,9. Esto es coherente con los informes que demuestran una disminución del transporte axonal de mitocondrias en neuronas corticales de cerebros con EA35 y células cibridas diferenciadasde EA 36. A pesar de la alta precisión cuantitativa, la técnica de imagen de células vivas puede no ser útil para el cribado de fármacos de alto rendimiento. En cambio, el análisis FRET/FLIM puede aplicarse como una técnica cuantitativa más rápida que la microscopía de células vivas o de alta resolución existente en el futuro para identificar terapias de moléculas pequeñas para la EA.
Se ha demostrado que el protocolo FRET descrito aquí es aplicable específicamente en el contexto de la conexión artificial inducida entre el RE y las mitocondrias. Su simplicidad permite una evaluación eficiente de la estabilidad del contacto con las mitocondrias de RE e la investigación de los efectos resultantes en la patología amiloide, que constituye el objetivo principal de este enfoque. Nuestro objetivo es utilizar aún más este método para analizar una biblioteca de moléculas pequeñas potencialmente moduladoras de MAM dentro de una plataforma de cribado de fármacos 3D tridimensional (3D) desarrollada recientemente, la 37. Los resultados serán inmensamente útiles para seleccionar posibles moduladores MAM de moléculas pequeñasanti-Aβ 13 in vitro que puedan extenderse a estudios in vivo o clínicos en el futuro.