$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Mitochondria i retikulum endoplazmatyczne (ER) nie są niezależnymi organellami w komórce, ale oddziałują strukturalnie i funkcjonalnie w miejscach kontaktu zdefiniowanych jako błony retikulum endoplazmatycznego związane z mitochondriami (MAM). W rzeczywistości MAM odpowiadają regionom, w których błony ER i mitochondriów są ściśle rozmieszczone, umożliwiając interakcje między białkami po obu stronach. Niemniej jednak błony tych organelli nie łączą się w tych regionach, więc utrzymują swoje odrębne jednostki. MAM odgrywają kluczową rolę w przenoszeniu wapnia (Ca2+) i fosfolipidów z ER do mitochondriów, wpływając na metabolizm energetyczny i przeżycie komórek1-3.
Związek między ER a mitochondriami został po raz pierwszy zaobserwowany w latach siedemdziesiątych za pomocą mikroskopii elektronowej. Od tego czasu transmisyjna mikroskopia elektronowa4,5, tomografia elektronowa6,7 lub immunolokalizacja ER i specyficzne dla mitochondriów fluorofory/białka fluorescencyjne8 były klasycznie wykorzystywane do badania interakcji ER-mitochondria. Innym przydatnym narzędziem do analizy MAM jest zastosowanie frakcjonowania subkomórkowego. Umożliwia izolację frakcji MAM przez różnicowe ultrawirowanie sprzężone z gradientem Percoll9. Jednak produkt końcowy zawiera wzbogacone frakcje MAM, a nie czyste frakcje. Ogólnie rzecz biorąc, strategie te nie są szczególnie wrażliwe i/lub ilościowe i nie są łatwe do poddania dużym badaniom przesiewowym. Alternatywnie pojawiły się podejścia genetyczne wykorzystujące indukowane lekami fluorescencyjne łączniki między organellami, ale nie pozwalają one na analizę interakcji organelli na endogennych poziomach ekspresji białek10.
Opierając się na odkryciu kompleksu IP3R/GRP75/VDAC w MAM11 przez Szabadkai, opracowaliśmy ilościową metodę analizy interakcji ER-mitochondriów. Zastosowaliśmy test ligacji zbliżeniowej in situ do wykrycia i ilościowego określenia interakcji między VDAC1 i IP3R1, dwoma białkami powierzchniowymi organelli zaangażowanymi w kompleks kanałowy Ca2 + na granicy faz MAM w komórkach stałych12. Krótko mówiąc, zbadaliśmy VDAC1 na zewnętrznej błonie mitochondrialnej (mysie przeciwciało pierwotne anty-VDAC1) i IP3R1 na błonie ER (królicze przeciwciało pierwotne anty-IP3R1) (Figura 1, panel a). Następnie, zgodnie z testem, dodaliśmy zarówno anty-mysie, jak i anty-królicze IgG (sondy do ligacji zbliżeniowej myszy i królika), które są sprzężone z komplementarnymi rozszerzeniami oligonukleotydów. Jeśli dwa docelowe białka znajdują się w odległości poniżej 40 nm, oligonukleotydy mogą hybrydyzować z następnie dodanymi oligonukleotydami łącznikowymi, aby umożliwić utworzenie okrągłej matrycy DNA (ryc. 1, panel b). Ta okrągła cząsteczka DNA jest ligowana i amplifikowana, tworząc jednoniciowy produkt DNA kowalencyjnie przyłączony do jednej z sond zbliżeniowych (ryc. 1, panel c). Ponieważ odległość między ER a mitochondriami na granicy MAM waha się od 10 nm do 25 nm6, można przeprowadzić ligację zbliżeniową i amplifikację, co prowadzi do późniejszego wykrycia dzięki hybrydyzacji sond oligonukleotydowych znakowanych na czerwono w Teksasie (Figura 1, panel d). Każda fluorescencyjna kropka reprezentuje interakcje między VDAC1/IP3R1, umożliwiając w ten sposób ilościowe określenie interakcji in situ ER-mitochondria w poszczególnych komórkach.

Rysunek 1: Schematyczna ilustracja wykrywania interakcji retikulum-mitochondria endoplazmatyczne za pomocą testu ligacji zbliżeniowej in situ. a) Mysie przeciwciało pierwszorzędowe skierowane przeciwko VDAC1 i pierwszorzędowe przeciwciało królika skierowane przeciwko IP3R1 mogą wiązać się ze swoimi epitopami w pobliżu na granicy MAM, b) Dodanie pary sond ligacyjnych zbliżeniowych skierowanych przeciwko mysiej i króliczej IgG. Sondy te mają przyłączone nici DNA, które mogą tworzyć matryce do ligacji oligonukleotydów łącznikowych. c) Okrągła nić DNA utworzona po ligacji może być amplifikowana i d) wizualizowana pod mikroskopem jako fluorescencyjna kropka przy użyciu oligonukleotydów znakowanych na czerwono w Teksasie. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Podobne eksperymenty z ligacją zbliżeniową in situ można przeprowadzić z parą przeciwciał GRP75/IP3R1, a także przeciwciałami cyklofiliny D (CypD)/IP3R1, biorąc pod uwagę, że wykazano, że CypD oddziałuje z kompleksem IP3R/GRP75/VDAC na interfejsie MAM12-14.