2 ביוני 2023
פלואורומטריה פונקציונלית מכוונת אתר היא שיטה לחקר תנועות תחום החלבונים בזמן אמת. שינוי טכניקה זו ליישומה בתאים מקומיים מאפשר כעת זיהוי ומעקב אחר תנועות חיישן מתח יחיד מתעלות Ca2+ מגודרות מתח בסיבי שריר שלד מבודדים.
CaV1.1, חבר בתעלות היונים מגודרות המתח, כולל ארבעה חיישני מתח נפרדים. ראיות מצביעות על כך שחיישני מתח מסוימים תורמים יותר להפעלת קולטן ריאנודין או לזרם סידן. אנו שואפים להיות מסוגלים לזהות את התפקיד המדויק של כל חיישן מתח בצימוד עירור-התכווצות והפעלת תעלת סידן.
צימוד עירור-התכווצות נחקר מאז תחילת שנות ה-50, אך הפרטים המולקולריים של האופן שבו תהליך זה מתרחש עדיין אינם ידועים. ההתקדמות האחרונה במבנה המיקרוסקופי של הצירו-אלקטרונים של התעלה, אפיון חלבון העזר CaV1.1 החדש, גילוי גרסת השחבור החלופית של התעלה וזיהוי מוטציות גורמות למחלות הציתו מחדש את העניין בתחום זה. טכניקות רבות משמשות בתחום שלנו, החל מאלקטרופיזיולוגיה קלאסית וביולוגיה מולקולרית ועד טכניקות חדשניות יותר כגון מיקרוסקופיית אלקטרונים קריו-אלקטרונים, סימולציה דינמית מולקולרית, פירוק חלבונים ממוקד ופלואורומטריה פונקציונלית מכוונת אתר, כמו גם תאים מהונדסים או מודלים של בעלי חיים.
נכון לעכשיו, הדלק עומד בפני מספר אתגרים ניסיוניים. בשרירי שלד, תנועה נכונה ותקשורת בין CaV1.1 ו-RyR1, יחד עם חלבונים רגולטוריים רבים, חיוניים לתמיכה בצימוד עירור-כיווץ. השיטות לחקור ישירות אינטראקציות חלבון-חלבון אלה בין CaV1.1 ו- RyR1 חסרות או חלקיות.
מעבדתו של ד"ר מרטין שניידר עובדת על צימוד עירור-התכווצות מזה עשרות שנים, ומאפיינת מנגנוני חישת מתח ב- CaV1.1, שחרור סידן ואירועי שחרור סידן מקומיים, המכונים ניצוצות סידן. לאחרונה, המעבדה שלנו מיישמת טכניקות אופטיות חדשות כדי לחקור שלבים שונים של צימוד עירור-כיווץ ותנועת חיישן מתח בתאי שריר בוגרים מתפקדים. בעוד שזה נעשה בעבר במערכת ביטוי הטרולוגית, הפרוטוקול שלנו מאפשר כעת לעקוב אחר שינויים קונפורמטיביים בחיישני מתח CaV1.1 במהלך פוטנציאל פעולה מופץ בסביבה הטבעית שלו.
הטכניקה החדשה שלנו תאפשר לנו לחקור את התנועה המדויקת של חיישן המתח הדרוש לצימוד עירור-כיווץ. אנו רוצים לדעת אילו שאריות מטען בכל S4 הן קריטיות לתפקודו, או בדיוק כל טרנסלוקציה של S4, וכל הטרנסלוקציה קשורה לפתיחת CaV1.1 או להפעלת קולטן ריאנודין.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
מחקר זה בוחן את תנועתם של חיישני המתח בתעלות הסידן תלויות-המתח Kv1.1, החיוניות לצימוד עיבור-התכווצות בשריר שלד של עכברים. באמצעות שימוש בפלואורומטריה פונקציונלית מנתבבּת (site-directed fluorometry), החוקרים מאפשרים מעקב בזמן אמת אחר תנועות דומיינים אלו של החלבון בתוך ההקשר התאי הטבעי שלהם.
פלואורומטריה פונקציונלית מכוונת-אתר בתאי שריר שלד טבעיים מאפשרת ניתוח בזמן אמת של שינויים קונפורמציוניים בערוצי יונים תלויי-מתח, ובכך מספקת מידע ישיר לאימות מטרות בשלבים מוקדמים ולהפחתת סיכונים מכניסטיים במחקרי עוררות שרירית. גישה זו מגשרת על הפער בין מערכות הטרולוגיות למודלים רלוונטיים פיזיולוגית, ובכך מגבירה את רמת הביטחון החזויה עבור פורטפוליו של תרופות המכוונות לערוצי יונים. שילובה תומך בקבלת החלטות מושכלת יותר לגבי המשך או הפסקת פיתוח (go/no-go) בצינורות הגילוי והפיתוח הפרה-קליניים המתמקדים באינדיקציות נוירומוסקולריות ובחולי ערוצים (channelopathies).
שיטה זו משתלבת ברצף הגילוי, החל מתיקוף מטרות מוקדם, דרך זיהוי מובילים (leads) ועד למחקרי מנגנון פרה-קליניים, במיוחד עבור תוכניות העוסקות בתעלות יונים ובעירור שרירים.