Kontakty między siateczką śródpłazmoną związane z mitochondriami (MERCs), które są izolowane biochemicznie jako błony ER związane z mitochondriami (MAMs), są zaangażowane w kilka zaburzeń neurodegeneracyjnych, w tym w chorobę Alzheimera (AD)1. Niedawno zaproponowany „hipotezy MAM” sugeruje, że MAMs odgrywają centralną rolę w generowaniu amyloidu β (Aβ), inicjując w ten sposób patogenną kaskadę choroby Alzheimera. Ta kaskadą obejmuje tworzenie się splątków neurofibrylarnych (NFTs), dyshomeostazy wapnia i neurozapalenie2. MAMs składają się z bogatych w cholesterol, podobnych do raftów lipidowych mikrodomen w siateczki śródplazmowej i zewnętrznej błonie mitochondrialnej (OMM), połączonych przez specyficzne białka kotwiczące, które przyczyniają się do ich różnorodności strukturalnej i funkcjonalnej3. Stabilizacja kontaktów ER-mitochondria wpływa na różne procesy komórkowe, w tym na sygnalizację wapnia ER i apoptozę4,5. Szacuje się, że 5%-20% mitochondria tworzy fizyczne kontakty z ER w celu ustanowienia MAMs6. Kilka badań wskazało, że liczba, długość i szerokość przerwy (grubość) między ER i mitochondriami w miejscach MAM są ważnymi determinantami ich funkcyjnych ról. Kryo-mikroskopia elektronowa i analizy in vivo wątroby myszy wykazały, że stan metaboliczny hepatocytów modyfikuje zarówno grubość (ważącą od 14 nm do 20 nm) jak i długość (ważącą od 145 nm do 270 nm) MAMs7.
MAMs są również wschodzącymi jako potencjalnymi celami terapeutycznymi dla różnych zaburzeń, w tym raka i zaburzeń metabolicznych. Grubość MAM lub szerokość przerwy reguluje przeżycie komórek. Stałościowe stabilizatory MAM, MAM 1X i MAM 9X, zaprojektowane w celu stabilizacji ciasnych (6 nm ± 1 nm szerokości przerwy) i luźnych MAM (24 nm ± 3 nm szerokości przerwy) odpowiednio, wykazały, że stabilizacja ciasnych MAM dramatycznie zwiększyła generację Aβ w nowym 3D modelu hodowli neuronalnej choroby Alzheimera. W przeciwieństwie do tego, stabilizacja luźnych MAM nie miała wpływu8. W ten sposób, konwersja stabilizacji ciasnych MAM na luźne MAM może być korzystna w celu obniżenia patogenezy amyloidowej. Strukturalne i funkcjonalne złożoności oraz brak precyzyjnej ilościowej analizy stopnia stabilizacji MAM sprawiają, że dostosowanie MAM dla odkrycia leków jest wyzwaniem. Nowatorska analiza oparta na obrazowaniu komórek żywych i kymografii prędkości aksonalnej mitochondria związanych z ER wykazała, że prędkość aksonalna mitochondria może być użyta jako wskaźnik do ilościowego pomiaru stabilizacji MAM, ponieważ ściślejszy kontakt z ER znacząco zmniejszył prędkość aksonalną mitochondria w porównaniu z wolnymi mitochondriami8,9. Korzystając z indukowanego stabilizatora MAM w komórkach Neuro 2A (N2AAPP) ekspresujących hAPP8, stwierdziliśmy, że zwężanie przerw MAM zwiększa generację Aβ w sposób zależny od dawki8. Indukcyjne stabilizatory MAM to plazmidy ekspresji kodujące ER-celowe białka biosensorowe oznaczone epitopem CFP (cyjanowy białko fluorescencyjny) i mitochondria-celowe białka biosensorowe oznaczone epitopem YFP (żółte białko fluorescencyjne) połączone z domenami wiązania FK506 rapamycin-indukcyjnego FRB lub 12-kDa FK506-wiązającego białka (FKBP). Białka biosensorowe zostały oznaczone jako ER-CFP i Mito-YFP odpowiednio. CFP jest fluoroforem donorowym, który przenosi energię na akceptorowy fluorofor YFP, gdy są one oddzielone o >10 nm. Komórki (N2AAPP) ekspresujące indukowalne białka biosensorowe zwiększyły generację Aβ po leczeniu rapamyciną8, sugerując, że zwiększenie ciasnych MAM zwiększyło generację Aβ. Te metody będą przydatne do przesiewowych badań małych cząsteczek modulatorów MAM i ich efektywnej koncentracji wymaganej do osiągnięcia stabilizacji optymalnego poziomu ciasnych MAM, które zamienią patogenne („zwiększające Aβ”) w terapeutyczne („obniżające Aβ”) MAM bez całkowitego destabilizowania kontaktów ER i mitochondria, ważnych dla przeżycia komórek.
Model eksperymentalny
W badaniu tym użyto komórek Neuro2A(N2A) ekspresujących konstytutywnie APP751 (N2AAPP). Komórki te uwalniają wykrywalne poziomy Aβ do warunkowego medium (CM) w porównaniu z naiwnymi komórkami N2A. Komórki N2AAPP były utrzymywane w DMEM uzupełnionym o 10% FBS, 100 U/mL penicylinę, 100 µg/mL streptomycynę i 2 mM L-glutaminian uzupełniony o 200 µg/mL G418, jak opisano wcześniej10.
Plazmid ekspresji
Plazmid ekspresji został wygenerowany przez połączenie sekwencji docelowanej na mitochondria oznaczonej YFP (żółte białko fluorescencyjne) białka zakotwiczenia kinazy A ssaków [AKAP1(34-63)] i sekwencji docelowanej na ER oznaczonej CFP (cyjanowe białko fluorescencyjne) fosfatazy fosfo