$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Agregacja białek to proces biologiczny, w którym nieprawidłowo sfałdowane białka grupują się i mogą działać jako czynniki sprawcze w chorobach neurodegeneracyjnych (amyloidoza). Scharakteryzowanie agregacji białek ma zasadnicze znaczenie dla zrozumienia roli agregatów w dysfunkcji komórkowej, a także dla ułatwienia odkrycia nowych czynników, które wpływają na początek patologii. Wizualizacja białek znakowanych fluorescencyjnie w żywych komórkach jest potężną metodą, która może pomóc w opracowaniu testów mających zastosowanie do badań przesiewowych o wysokiej zawartości (HCS)1,2,3,4.
Stwardnienie zanikowe boczne (ALS) jest uważane za chorobę proteopatyczną spowodowaną obecnością nieprawidłowo sfałdowanych białek z tendencją do agregacji i akumulacji w neuronach ruchowych zarówno w rodzinnym ALS (fALS), jak i sporadycznym ALS (sALS)5,6. Podzbiór ~ 20% przypadków fALS jest związany z dominującymi mutacjami w genie kodującym cytozolowy enzym przeciwutleniający dysmutazę ponadtlenkową miedzi i typu 1 (SOD1)7,8. Zaproponowano kilka potencjalnych przyczyn tej dysfunkcji o podłożu genetycznym, w tym zmiany w strukturze i funkcji wariantów SOD1, takie jak nieprawidłowa stabilność, zwiększona szybkość rozwijania i skłonność do agregacji9,10. Warto zauważyć, że jedyną zweryfikowaną i potencjalnie toksyczną właściwością wspólną zarówno dla wariantów SOD1 związanych z ALS, jak i SOD1 typu dzikiego (WT) jest zwiększona skłonność do tworzenia przedziałowych agregatów białkowych lub inkluzji białkowych11,12. Nieprawidłowo sfałdowany mutant SOD1 jest trwale poliubikwitynowany i degradowany przez układ ubikwityna-proteasom. W rezultacie, niski poziom hamowania aktywności proteasomu prowadzi do akumulacji zmutowanych agregatów SOD113,14, które tworzą amorficzne struktury złożone z rozpuszczalnych składników, które mogą wymieniać się z rozpuszczalnym mutantem SOD1 w cytozolu15. W szczególności mutacja SOD1 A4V (alanina w kodonie 4 zmieniona w walinę) jest najczęstszą mutacją powodującą ALS i prowadzi do szybkiej neurodegeneracji ze średnim czasem przeżycia krótszym niż 2 lata po wystąpieniu choroby16. Biochemicznie SOD1 A4V ma zwiększoną tendencję do monomeryzacji, agregacji i tworzenia porów amyloidowych; Jego porowate agregaty są podobne do porów amyloidowych innych zmutowanych form związanych z chorobą, takich jak α-synukleina i białko β-amyloidowe17. Aby zbadać dynamikę akumulacji agregatów SOD1, należy jeszcze opracować metody monitorowania rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych form agregatów SOD1.
Wcześniej wykazaliśmy, używając obrazowania żywych komórek i komórek HEK-293 przejściowo transfekowanych fluorescencyjnym białkiem SOD1, że mutacje związane z ALS upośledzają dimeryzację i agregację SOD111. Chociaż systemy ekspresji przejściowej mogą dostarczyć użytecznych informacji na temat biologicznych skutków krótkotrwałej nadekspresji genów, metody zapewniające stabilną integrację pożądanych genów mogą być preferowane do opracowywania testów. W związku z tym wektory lentiwirusowe oferują zdolność do nadawania długotrwałej i regulowanej ekspresji genów komórkom ssaków 18. W tym badaniu skupiliśmy się na generowaniu stabilnych linii komórkowych transdukowanych rekombinowanym lentiwirusem zawierającym WT i zmutowanym SOD1 znakowanym żółtym białkiem fluorescencyjnym (YFP). Korzystając z mikroskopii obrazowania żywych komórek i automatycznej kwantyfikacji agregacji SOD1, wyzwalaliśmy i określiliśmy ilościowo zdarzenia agregacji SOD1 po zahamowaniu proteasomu.