$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
קולטני אצטילכולין ניקוטיניים נוירונליים (nAChRs) הם תעלות יונים טרנסממברנליות עם שערי ליגנד המובעות על ממברנת הפלזמה של סוגי תאים רבים, כולל נוירונים, תאי גליה ותאי חיסון. קולטנים אלו מורכבים מתת-יחידות α (α2-α10) או β (β2-β4) שמתאספות ליצירת תת-סוגים הומומריים או הטרומריים, כאשר α7 ו-α4β2 nAChR הם הנפוצים ביותר במוח 1,2. דיסרגולציה של תת-הסוגים הללו נקשרה למחלת אלצהיימר, הפרעת שימוש בניקוטין, אפילפסיה היפרמוטורית הקשורה לשינה, מחלת פרקינסון ודיכאון מג'ורי,בין מצבים נוירולוגיים ופסיכיאטריים נוספים 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 . שיטות מהירות ואמינות לביטוי וכימות של nAChR הן חיוניות להבנת מנגנוני המחלה ולפיתוח טיפולים סלקטיביים למטרות מטרה. עם זאת, השגת ביטוי חזק של קולטנים אלו בפלזמה היא לעיתים קרובות מאתגרת וגוזלת זמן. השיטה המתוארת כאן מאפשרת ביטוי חזק על פני השטח של nAChRs בתוך כ-24 שעות לאחר העברת DNA וניתן לשלב אותה עם ליגנדים או חלבוני צ'פרון המווסתים את תנועת הקולטנים.
קיימות מספר גישות לביטוי nAChRs, כולל טרנספקציה זמנית של DNA או יצירת קווי תאים יציבים שמבטאים את תת-הסוג הרצוי. למרות שיצירת קווי תאים יציבים שימושית למחקרים ארוכי טווח עם אותו תת-סוג קולטן, התהליך דורש עבודה רבה ויכול להידרש מספר חודשים. לאחר הקמתם, קווי תאים כאלה עשויים להציג ביטוי משתנה של קולטנים במעברים, אובדן ביטוי לאורך זמן, או הטיית בחירה עבור שיבוטים עם תפקוד או צפיפות לא אופטימלית של קולטנים13. ירידה בטמפרטורת הדגירה מ-37°C ל-30°C, הוספת שפרונים מולקולריים כמו ניקוטין, או הארכת זמן הדגירה יכולים לקדם ביטוי פני שטח 13,14,15. מגבלות אלו בולטות במיוחד עבור nAChR הטרומריים, שדורשים הרכבה ותנועה נכונה של תת-יחידות, ובמחקרים המתמקדים בוויסות קולטנים בעזרת מלווה. לכן, יש צורך באימות שגרתי של ביטוי תת-סוג קולטנים בין מעברים כאשר עובדים עם קווי תאים יציבים המבטאים nAChR.
לעיתים קרובות, חוקרים מתעניינים בווריאנטים של תת-יחידות nAChR ובתת-יחידות חלבון צ'פרון או עזר, ולכן נדרשים לבטא מגוון DNA ברצף מהיר כדי לאפשר גמישות מהירה בבדיקות שלהם. ביטוי חולף של nAChRs הוא יתרון בהקשר זה, שכן ניתן להשלים את התהליך במהירות, מה שמאפשר לחוקר לחקור מספר תת-סוגים של קולטנים או תנאים ניסיוניים מבלי להמתין חודשים ליצירת קווי תאים יציבים. תופעה נפוצה, אפילו בביטוי חולף, היא שרבים מ-nAChR נשארים בתוך התא 24 שעות לאחר האינדוקציה בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס, מה שדורש תקופות דגירה נוספות של > 48 שעות16,17. לדוגמה, ללא חלבון הצ'פרון העמיד למעכבים של הכולינסטראז (RIC)-3, רק ~1% מ-α7 nAChR מבוטאים על ממברנת הפלזמה של תאי SHE-P ביונקים18. בביטוי משותף של RIC-3, כ-20% מ-α7 nAChR מזוהים על פני השטח. למרות שזה מייצג שיפור, שפע הקולטנים הכולל נשאר נמוך. ביטוי משותף של α7 nAChRs עם NACHO יכול לשפר עוד יותר את ביטוי פני השטח, אם כי עדיין פחות מ-40% מסך אוכלוסיית הקולטנים עוברים לממברנת הפלזמה19. גישה נוספת כוללת דגירה של תאים שעברו טרנספקט בטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס כדי לשפר את ביטוי ממברנת הפלזמה20,21. עבור α4β2 nAChR, ירידה זו בטמפרטורה יוצרת עלייה פי חמישה בצפיפות הקולטנים על פני השטח ללא עלייה מקבילה בחלבון תת-היחידההכולל 21. עם זאת, שיפור זה דורש לפחות יום נוסף נוסף ושימוש רב יותר בצרכנים, תגובות ומכשירים.
העבודה המוצגת מציעה מערך שיטות אופטימיזציות לביטוי וכימות תת-סוגים ספציפיים של nAChR בתוך 24 שעות לאחר הטרנספקציה בתאי N2a ביונקים, עם השגת כ-83% עבור α7, 77% עבור α4, ו-56% לתת-יחידות β2 הממוקמות בממברנת הפלזמה. במקרה של α7 nAChRs, ניתן לכמת את ביטוי ממברנת הפלזמה באמצעות α7 סלקטיבי פלואורסצנטי α-בונגרוטוקסין (αBTX) או באמצעות תיוג פלואורסצנטי רקומביננטי. כדי לסמן כל תת-יחידה, החלבונים הפלואורסצנטיים הרגישים ל-pH pHuji ו-pHluorin סופר-אקליפטי (SEP)22,23,24 מהונדסים על קצה C של תת-יחידות nAChR25,26. pHuji ו-SEP הם וריאנטים רגישים ל-pH של חלבונים פלואורסצנטיים אדומים וירוקים, בהתאמה, שזוהרים ב-pH 7.4 אך מדוכאים בתנאים חומציים יותר27,28. מכיוון שפלואורסצנציה של SEP ו-pHuji מדוכאות ב-pH < 6, כל אות תוך-תאי שנצפה משקף פלואורופורים הממוקמים במחלקות ניטרליות ולא על ממברנת הפלזמה. ראוי לציין שחלק מהאברונים, כמו מכשיר גולג'י, מכילים לומן חומצי; לכן, פלואורופורים המחוברים לאזור C-טרמינל של תת-יחידות nAChR אינם מזוהים כאשר תת-היחידות עוברות דרך נתיב ההפרשה29. ההבדל בין פלואורסצנציה כוללת ב-pH 7.5 לבין זה ב-pH < 6 מייצג את האות שנוצר על ידי nAChRs הממוקם על ממברנת הפלזמה. צילום תמונות באמצעות מיקרוסקופ קונפוקלי של תא חי מספק רזולוציה מרחבית גבוהה, המאפשרת כימות מדויק של מיקום תת-יחידות. בנוסף, ביצוע כל הניסויים על תאים חיים מאפשר לכל תא לשמש כבקרה עצמאית, תוך התחשבות בשונות בביטוי החלבונים בין תאים בכל קבוצת טיפול30. שיטה זו ניתנת להתאמה נוספת לכלול חלבוני צ'פרון נוספים, כגון NACHO או אחרים, לחקר הברחת nAChR. יישומים נוספים כוללים מודולציה פרמקולוגית, שילוב תת-יחידות עזר, וניתוח שינויים בביטוי nAChR הקשורים למחלה.