Aktyna jest dominującym białkiem tworzącym cytoszkielet i uczestniczy w krytycznych procesach komórkowych, takich jak podział komórek, ruch organelli, ruchliwość komórek, skurcze i sygnalizacja. W ciągu ostatniej dekady odkryto chorobotwórcze mutacje aktyny w każdej z sześciu ludzkich izoform aktyny, prowadzące do szeregu zaburzeń, od miopatii po chorobę wieńcową1-7. Procesy, w których mutacje aktyny prowadzą do choroby, są nadal wyjaśniane. Model drożdży pozostaje złotym standardem w badaniu biochemicznego wpływu mutacji na funkcję aktyny ze względu na zalety pojedynczej niezbędnej izoformy aktyny, wykonalność genetyczną oraz wysoką zachowanie sekwencji i funkcji aktyny. Badania pokazują, że poszczególne mutacje aktyny prowadzą do dysfunkcji specyficznych molekularnie z dominującymi negatywnymi skutkami8. Na przykład mutacje powodujące głuchotę w aktynie γ-niemięśniowej, które wpływają na resztę Lys-118, zmieniają regulację przez białko wiążące aktynę Arp2/39. W badaniach często stosuje się analizy in vitro interakcji białko-białko. Badania nad wpływem mutacji aktyny na biologię komórki, a w szczególności na lokalizację białka wiążącego aktynę w komórce, są ograniczone.
Badania cytoszkieletu drożdży in vivo tradycyjnie opierają się na obrazach utrwalonych komórek z odwróconego mikroskopu fluorescencyjnego10. Eksperymenty te dostarczyły podstawowych danych na temat morfologii cytoszkieletu aktynowego. Od tego czasu badania objęły trójwymiarowe obrazowanie konfokalne w celu wizualizacji złożonej sieci cytoszkieletu11,12. Obrazowanie to pozwala na ilościowe określenie obfitości i względnej lokalizacji plam i włókien aktynowych. Tomografia elektronowa cienkowarstwowa została wykorzystana do zobrazowania morfologii gęstych sieci nitkowatych w stosunku do zachowanych struktur subkomórkowych13. Za pomocą tej techniki można szczegółowo zbadać zatłoczone przestrzenie komórkowe o małym przekroju. Badania obrazowe zostały rozszerzone na żywe komórki za pomocą poklatkowej mikroskopii fluorescencyjnej. Gdy wybielanie zdjęć i fluorescencja tła mogą być moderowane, obrazowanie poklatkowe umożliwia badania dynamiki białek cytoszkieletu i odpowiedzi na warunki środowiskowe11,14. Niezależnie od tego, wizualizacja dynamiki filamentów aktynowych in vitro została pogłębiona dzięki wprowadzeniu mikroskopii fluorescencji całkowitego wewnętrznego odbicia (TIRF). W porównaniu z mikroskopią szerokokątną, TIRF ma tę zaletę, że zmniejsza fluorescencję tła i zwiększa kontrast do monitorowania pojedynczych włókien15,16. Dzięki tym cechom mikroskopia TIRF została zaadaptowana przez biologów komórkowych do monitorowania struktur komórkowych na błonie komórkowej17,18. Zdarzenia komórkowe, w tym zmiany w cytoszkielecie, mogą być wizualizowane w czasie rzeczywistym przy niskiej fototoksyczności, maksymalnym kontraście i minimalnym fluorescencji tła19.
Aby lepiej zrozumieć wpływ mutacji aktyny na ruch, lokalizację i obrót białek cytoszkieletu w komórce, użyto mikroskopii TIRF i znakowania białek. W niniejszym artykule opisano metody badania wpływu klinicznie istotnej mutacji aktyny na dynamikę cytoszkieletu u Saccharomyces cerevisiae. W szczególności lokalizacja i ruch białka wiążącego aktynę, Aip1p, zostały uwidocznione i określone ilościowo w komórkach wykazujących ekspresję mutacji R256H w aktynie. Techniki te uzupełniają badania biochemiczne in vitro i pozwalają na lepsze zrozumienie interakcji i funkcji białek.