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Prove emergenti suggeriscono che i contatti specializzati del reticolo endoplasmatico associati ai mitocondri (MERC), raccolti biochimicamente come membrane ER associate ai mitocondri, spesso indicati come MAM 1,2, svolgono un ruolo in diverse malattie neurodegenerative, tra cui AD 3,4. Questi MAM sono composti da microdomini lipidici ricchi di colesterolo nell'ER e nella membrana esterna dei mitocondri legati da una serie di proteine che creano diversità strutturali e funzionali tra i MAM 5,6,7. L'ipotesi MAM, coniata di recente, postula che l'aumento dei MAM porti a un aumento della produzione di Aβ e alla cascata patogena dell'AD, tra cui la formazione di grovigli neurofibrillari (NFT), la disomeostasi del calcio e la neuroinfiammazione 3,8. Circa il 5%-20% dei mitocondri entra in contatto fisico con l'ER per formare le MAM9. La larghezza della fessura delle MAM è determinata dall'ER liscio e ruvido (sER e rER, rispettivamente). La larghezza variabile del gap tra i mitocondri sER (10-50 nm) e i mitocondri rER (50-80 nm) suggerisce che l'ampiezza del gap dei MAM ha un lungo spettro che varia da stretto (~10 nm) a sciolto (~80 nm)10,11,12,13. L'ampiezza dello spazio MAM determina le funzioni MAM, come l'omeostasi del calcio e il trasporto dei lipidi 1,14. Un recente rapporto ha dimostrato che le MAM formate tra ER strettamente connessi (~10 nm) e mitocondri, chiamate MAM complete, sono apoptotiche. Al contrario, le MAM formate tra ER debolmente connesse (~25 nm) e mitocondri, denominate MAM difettose o medie, sono anti-apoptotiche 14,15,16. La stabilizzazione delle MAM con una larghezza di gap di 6 nm ± 1 nm ha aumentato la generazione di Aβ da un nuovo modello di coltura neurale tridimensionale (3D) di AD. Al contrario, la stabilizzazione delle MAM con una larghezza di gap di 24 nm ± 3 nm non ha alcun effetto sulla generazioneAβ 17. Questa scoperta suggerisce per la prima volta che la regolazione del grado di stabilizzazione dei MAM, ma non la destabilizzazione dei MAM, è la chiave per regolare la generazione di Aβ. Un tentativo di destabilizzare completamente i MAM può avere conseguenze indesiderate perché i MAM mantengono diversi eventi cellulari critici per la sopravvivenza cellulare12.
La modulazione dei MAM è un'area di ricerca emergente con potenziali implicazioni per vari disturbi, tra cui il cancro, i disturbi metabolici e le malattie neurodegenerative18. Nonostante la disponibilità di molti modulatori MAM, finora non è stato fatto alcun tentativo importante per testare le loro capacità di destabilizzare i MAM e abbassare la patologia AD, principalmente perché le diversità strutturali dei MAM li rendono un sistema altamente complesso da mirare per la scoperta di farmaci. Tuttavia, la farmacologia dei sistemi strutturali di recente sviluppo, che considera le proprietà specifiche dei bersagli farmacologici e del loro ambiente18,19, dovrebbe superare le difficoltà e sviluppare farmaci altamente potenti che prendono di mira i MAM o le proteine associate ai MAM nell'AD. Tuttavia, la ricerca di un modulatore efficace della stabilizzazione MAM richiede metodi per quantificare con precisione il grado di stabilizzazione MAM. Le tecniche tradizionali come la microscopia elettronica (EM) o la microscopia a super-risoluzione hanno limitazioni nel determinare la stabilizzazione MAM. Il superamento di queste sfide richiederebbe probabilmente lo sviluppo di nuove tecniche di imaging più dinamiche o di saggi biochimici in grado di fornire misure quantitative della stabilizzazione MAM nelle cellule viventi. La microscopia elettronica a scansione a fascio ionico focalizzato (FIB-SEM) dei neuroni primari ha rivelato che l'ER tende a formare una rete attorno ai mitocondri che probabilmente limita la motilità mitocondriale20,21. L'interruzione dei sistemi di trasporto mitocondriale, retrogrado, anterogrado o entrambi, ha avuto un profondo impatto sulla funzione sinaptica e neuronale22. Pertanto, il nuovo imaging di cellule vive e l'analisi basata sulla chimografia della velocità assonale dei mitocondri legati all'ER qui descritti come metrica per misurare quantitativamente la stabilizzazione MAM faciliteranno l'identificazione di modulatori MAM in grado di commutare la soglia di stabilizzazione MAM in una che mantiene o possibilmente abbassa invece di aumentare la generazione di Aβ.