מגעי רשתית אנדופלזמיים הקשורים למיטוכונדריה (MERCs), המבודדים ביוכימית כממברנות ER הקשורות למיטוכונדריה (MAMs), מעורבים במספר הפרעות ניווניות נוירודגנרטיביות, כולל מחלת אלצהיימר (AD)1. השערת "MA" שהוצעה לאחרונה מציעה כי MAMs ממלאים תפקיד מרכזי ביצירת β עמילואידים (Aβ), ובכך יוזמים את המפל הפתוגני של AD. מפל זה כולל היווצרות של קשרים נוירופיבריליים (NFTs), דיסאומוסטזיס סידן ודלקת עצבית2. MAMs מורכבים ממיקרודומיינים עשירים בכולסטרול, דמויי רפסודת שומנים ברשתית האנדופלזמית ובממברנת המיטוכונדריה החיצונית (OMM), המקושרים על ידי חלבוני קישור ספציפיים התורמים למגוון המבני והתפקודי שלהם. ייצוב מגעי ER-מיטוכונדריה משפיע על תהליכים תאיים שונים, כולל איתות סידן ER ואפופטוזיס 4,5. ההערכה היא ש-5%-20% מהמיטוכונדריה יוצרות מגעים פיזיים עם חדר המיון כדי ליצורMAMs 6. מספר מחקרים הראו כי המספר, האורך ורוחב המרווח (עובי) בין ה-ER למיטוכונדריה באתרי MAM הם גורמים חשובים לתפקידם הפונקציונלי. מיקרוסקופ אלקטרון קריו-וניתוחים in vivo של כבד העכבר הראו כי מצב המטבוליזם של צירי הכבד מווסת הן את העובי (הנע בין 14 ל-20 ננומטר) והן את האורך (הנע בין 145 ל-270 ננומטר) שלMAMs 7.
MAMs גם הופכים למטרות טיפוליות פוטנציאליות להפרעות שונות, כולל סרטן והפרעות מטבוליות. עובי או רוחב הפער של MAM מווסתים את הישרדות התאים. מייצבי ה-MAM המרכיבים, MAM 1X ו-MAM 9X, שתוכננו לייצוב ברוחב רווח צמוד (6 ננומטר ± 1 ננומטר) ו-MAMs רופפים (רוחב פער של 24 ננומטר ± 3 ננומטר), בהתאמה, הראו כי ייצוב של MAMs הדוקים הגדיל באופן דרמטי את יצירת ה-Aβ במודל חדש לתרבות עצבית תלת-ממדית של AD. לעומת זאת, ייצוב ה-MAMs הרופפים לא השפיע8. לכן, המרת ייצוב של MAMs הדוקים ל-MAMs רופפים עשויה להיות מועילה לפתולוגיה אמילואידית נמוכה יותר. המורכבות המבנית והפונקציונלית והיעדר ניתוח כמותי מדויק של מידת ייצוב ה-MAM הופכים את המיקוד ב-MAMs לגילוי תרופות לאתגר. הדמיה חדשה של תאים חיים וניתוח מבוסס קימוגרפיה של מהירות האקסונים של המיטוכונדריה הקשורה ל-ER הראתה כי מהירות האקסונים של המיטוכונדריה יכולה לשמש כמדד למדידת ייצוב MAM כמותית, משום שמגע הדוק יותר עם ה-ER מפחית משמעותית את מהירות האקסונים המיטוכונדרית בהשוואה למיטוכונדריה חופשית 8,9. באמצעות מייצב מושרה של MAMs בתאי Neuro 2A (N2AAPP)המביעים hAPP 8, מצאנו כי הידוק רוחבי פערי MAM מגדיל את יצירת Aβ באופן תלוי במינון8. מייצבי MAM המושרים הם פלסמידים ביטוי המקודדים את החיישנים הביולוגיים המתויגים ב-CFP (חלבון פלואורסצנציה ציאן) עם אפיטופה, ו-YFP (חלבון פלואורסצנציה צהוב) עם תיוג אפיטופים, המאוחדים לדומיינים של FK506 ראפמיצין (FRB) או 12kDa לחלבון FK506 (FKBP). החיישנים הביולוגיים סומנו כ-ER-CFP ו-Mito-YFP, בהתאמה. ה-CFP הוא פלואורופור תורם שמעביר אנרגיה לפלואורופור המקבל YFP כאשר הם מופרדים ב->10 ננומטר. תאים (N2A APP) המבטאים את החיישנים הביולוגיים המושרים הגדילו את ייצור ה-Aβ בטיפול בראפמיצין8, מה שמרמז כי הגדלת ה-MAMs ההדוקה הגדילה את ייצור Aβ. שיטות אלו יהיו מועילות לסינון מודולטורים מולקולריים קטנים של MAMs והריכוז האפקטיבי הנדרש כדי להגיע לייצוב רמה אופטימלית של MAMs הדוקים שימירו MAMs פתוגניים ("Aβ עולה") ל-MAMs טיפוליים ("מוריד Aβ") מבלי לערער לחלוטין את מגעי ER והמיטוכונדריה, דבר חשוב להישרדות התאים.
מודל ניסיוני
מחקר זה השתמש בתאי Neuro2A(N2A) המבטאים באופן קונסטורטיבי את APP751 (N2A APP). תאים אלו משחררים רמות ניתנות לזיהוי של Aβ לתוך המדיה המותנית (CM) בהשוואה לתאי N2A נאיביים. תאיAPP של N2A נשמרו ב-DMEM עם תוספת של 10% FBS, 100 U/mL פניצילין, 100 מיקרוגרם/מ"ל סטרפטומיצין, ו-2 מ"מ L-גלוטמט עם תוספת של 200 מיקרוגרם/מ"ל G418, כפי שתואר קודם10.
פלסמיד הבעה
פלסמיד ביטוי נוצר על ידי מיזוג רצף המיקוד המיטוכונדריאלי המסומן YFP (חלבון פלואורסצנטי צהוב) של רצף העוגן היונקי A-kinase 1 [AKAP1(34-63)] ורצף מטרה ER מתויג CFP (חלבון פלואורסצנטי ציאן) של פוספטידילינוזיטול-3-פוספטאז Sac1 [Sac1(521-587)] עם רצף Tav2A חותך עצמי המקודד את רצף הפפטיד EGRGSLLTCGDVEENPGP, המסומן כ-pYFP-AKAP1-Tav2A-Sac1-CFP8. פלסמיד הביטוי הממוזג Tav2A מוקף גם ברצפי נוקלאוטידים המקודדים את תחום הקשירה של FK506 רפמיצין (FRB) [EMWHEGLEEASRLYFGERNVKGMFEVLEPL HAMMERGPQTLKETSFNQAYGRDLMEAQEWCRKYMKSGNV (K 2095P)DLTQAWDLYYHVFRRISKQ] או דומיין החלבון הקשור FK506 (FKBP) ב-12 kDa (MGVEKQVIRPNGPKPAPGQTVTVHCTGFGKD GDLSQKFWSTKDEGQKPFSFQIGKGAVIKGWDEGVIGMQ IGEVARLRCSSDYAYGFPAWGIQPNSVLDFEIEVLSVQ). הפלסמיד ההיתוך FRB-YFP-AKAP1(34-63)-Tav2A-Sac1(521-587)-CFP-FKBP, המסומן כאן כ-MAM-Tav2A, נוצר כדי לקבל רמות ביטוי אקווימולריות של FRB-YFP-AKAP1(34-63) ו-Sac1(521-587)-CFP-FKBP לניתוח FRET הקצבי. ה-Sac1(521-587)-CFP-FKBP, המסומן כ-ER-CFP, הוא הפלואורופור של התורם, בעוד שמיטו-YFP-FRB, המסומן כ-Mito-YFP, הוא הפלואורופור המקבל שמייצר FRET כאשר הוא מופרד ב~10 ננומטר8. לכן, הביוחיישנים מבוססי FRET מזהים MAMs צפופים (6-10 ננומטר, רוחב פערים). ה-FRB וה-FKBP הוצגו כדי לעודד הידוק רוחבי פערי MAM עם הוספת רפמיצין באופן התלוי במינון, שניתן לכמת על ידי מדידת אות ה-FRET המוגבר8.