U ludzi choroby neurodegeneracyjne, w tym choroby Alzheimera, Parkinsona i Huntingtona, zostały powiązane z nieprawidłowym fałdowaniem i agregacją białek 10. Komórki wykorzystują molekularne białka opiekuńcze, aby zapobiec kinetycznemu uwięzieniu białek komórkowych w nieprawidłowo sfałdowanych nieaktywnych strukturach 6. Białka opiekuńcze uczestniczą w skomplikowanych sieciach interakcji w komórce, ale nie jest do końca zrozumiałe, w jaki sposób suma tych interakcji przyczynia się do proteostazy organizmu. Jednym z głównych białek opiekuńczych odpowiedzialnych za większość fałdowania białek cytozolowych jest rodzina białek szoku cieplnego o sile 70 kD (Hsp70) 19. Wykazano, że u drożdży utrata Hsp70 zmniejsza zdolność do fałdowania powstającego heterologicznie wyrażonego FFL i ponownego składania endogennego białka, transkarbamoylazy ornityny, in vivo 18, 7. Możliwość analizy fałdowania z rozdzielczością zbliżoną do rzeczywistej ułatwi zrozumienie, w jaki sposób dodatkowe czynniki komórkowe przyczyniają się do tego procesu zależnego od Hsp70. Ponadto reakcje fałdowania/ponownego fałdowania mogą nie być całkowicie zależne od tych białek przyczyniających się do jego składowania, dlatego testy muszą być wystarczająco czułe, aby wykryć zarówno duże, jak i małe zmiany w kinetyce i wydajności.
Dezagregagaza komórek drożdży, Hsp104, odgrywa istotną rolę w naprawie zagregowanych, nieprawidłowo sfałdowanych białek. Chociaż homologi Hsp104 zostały zidentyfikowane u grzybów i roślin, rodzina ta wydaje się być nieobecna u metazoanów. Zaproponowano, aby inne białka opiekuńcze, takie jak te z rodziny Hsp110, wykonywały niektóre ze znanych czynności Hsp104 u ssaków16. Hsp104 to AAA+, heksameryczny kompleks białkowy, który działa w drożdżach w celu przebudowy agregatów białkowych, przyczyniając się do ponownego fałdowania i naprawy 13. Hsp104, wraz z drożdżami Hsp70, Ssa1 i drożdżami Hsp40, Ydj1, jest wymagany do odzysku zdenaturowanego FFL w komórkach drożdży 5, 8. Wykazano również, że małe białko szoku cieplnego, Hsp26, jest wymagane do dezagregacji FFL 2 za pośrednictwem Hsp104.
FFL to dwudomenowe białko, które wiąże substrat lucyferynę w miejscu aktywnym i po zmianie konformacyjnej, która wymaga ATP i tlenu, dekarboksyluje substrat uwalniając oksylucyferynę, dwutlenek węgla (CO2), monofosforan adenozyny (AMP) i światło 11, 9, 3. Dostępny na rynku substrat FFL, D-lucyferyna, powoduje emisję światła w zakresie 550-570 nm, którą można wykryć za pomocą luminometru 15. FFL jest wyjątkowo wrażliwy na denaturację w wyniku obróbki chemicznej lub cieplnej i kruszywa szybko po rozłożeniu. Pod wpływem temperatur w zakresie 39-45 °C FFL jest odwracalnie rozkładany i inaktywowany 12. W przeciwieństwie do tego, GFP i jego pochodne są wysoce odporne na naprężenia związane z rozwijaniem białek 14. Dlatego fuzja tych dwóch białek pozwala FFL funkcjonować jako eksperymentalnie labilne ugrupowanie zdolne do kierowania funkcjonalnego GFP do złogów wewnątrzkomórkowych, które można uwidocznić za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej zarówno na poziomie populacji, jak i pojedynczej komórki. Zastosowanie testu enzymatycznego w półautomatycznym czytniku płytek wielomodowych w połączeniu z mikroskopią automatyczną pozwala na bezprecedensową jednoczesną ocenę kinetyki i wydajności reakcji ponownego fałdowania. Ponadto łatwa genetyka molekularna modelowego eukarionta Saccharomyces cerevisiae umożliwia zarówno precyzyjną manipulację siecią kontroli jakości białek, jak i możliwość opracowania opartych na odkryciach podejść w celu identyfikacji nowych czynników przyczyniających się do odpowiedzi komórkowej na stres i proteostazy.
W tym badaniu, szczepy delecyjne typu dzikiego (WT) i HSP104 wyrażające FFL-GFP są poddawane szokowi cieplnemu denaturacji białek. Ponowne fałdowanie FFL-GFP jest monitorowane zarówno za pomocą testu enzymatycznego, jak i mikroskopii jako odczyt zastępczy dla naprawy wyrażonego proteomu w czasie rekonwalescencji. W porównaniu z komórkami WT pokazujemy, że szczep delecji Hsp104 jest ~ 60% mniej wydajny w ponownym fałdowaniu FFL-GFP, co potwierdza wcześniejsze odkrycia ustalające rolę Hsp104 w reaktywacji zdenaturowanego FFL 2.