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A modulação das MAMs é uma área emergente de pesquisa com potenciais implicações para diversos distúrbios, incluindo câncer, distúrbios metabólicos e doençasneurodegenerativas 13. Muitos agentes farmacológicos, incluindo o antagonista da dinaína LDC-3/Dinastopina, o antidiabético metformina e o agente anticâncer sulforafano, interferem com as MAMs e atualmente estão em ensaios pré-clínicos e clínicos para câncer e distúrbios metabólicos. Esses agentes farmacológicos modulam os contatos ER-mitocôndrias ou larguras de contato MAM regulando as interações entre proteínas que fixam MAM, como PTPIP51, VAPB, VDAC1, PACS2, MFN2, VDAC1 e IP3R3 14,15,16,17,18,19,20. O antagonista do receptor sigma-1 (S1R) (NE-100) reduziu as MAMs e reduziu drasticamente os níveis axonais de Aβ em um modelo neuronal 3D daAD 21. Um relatório recente demonstrou que a perda de S1R aumentou as MAMs frouxas e diminuiu as MAMs apertadas, sugerindo S1R como alvo terapêutico para modular a tensãoda MAM 8,9.
Imagens ao vivo de FRET (transferência de energia por ressonância fluorescente) de neurônios derivados de ratos transgênicos da doença de Alzheimer (DA) revelaram uma perturbação significativa em MAMs apertados (<10 nm), sem alteração observável em MAMs soltos (~20 nm), em comparação com os controles do tiposelvagem 1. Estabilizadores MAM induzíveis à base de FRET/FLIM, incorporando domínios de dimerização FRB e FKBP induzíveis por rapamicina (Rapa)/rapalog (Log), expressos em célulasN2A APP, demonstraram que o tratamento com Rapa/Log aumentou a tensão do MAM e aumentou a produção de Aβ40 de forma dependente dadose 8,9. Isso forneceu a primeira prova de conceito de que o estreitamento da largura do gap do MAM promove o processamento amiloidogênico. O medicamento antiamnéstico aprovado pela FDA rivastigmina, atualmente em investigação pré-clínica para AD leve amoderada 22,23, reduziu significativamente os níveis de Aβ40 (p < 0,001) sem alterar a expressão de VDAC1 ou BACE1, nem afetar a frequência de colocalização entre CFP-ER e Mito-YFP 8,9. A rivastigmina parece influenciar a estabilização do MAM ao modular os níveis da proteína ancoradora do MAM mitofusina-2 (MFN2)24. Essa constatação está alinhada com outros estudos que relatam que a rivastigmina reduz os níveis de Aβ em neurônios cultivados e modelos de camundongos com DA (3xTg)25,26. Como a largura da lacuna do MAM regula vários processos celulares essenciais para a sobrevivênciacelular 27, a modulação direcionada da estabilidade do MAM pode oferecer uma estratégia terapêutica mais eficaz contra o acúmulo de Aβ do que a desestabilização completa das MAMs, que pode levar a efeitos adversos não intencionais.
Uma limitação importante do método é que a técnica ratiométrica de FRET depende da expressão equimolar do doador e do aceitador. A coexpressão dos plasmídeos de expressão que codificam o doador, ou o aceitador, produzirá resultados inconsistentes. O uso de um Tav2A auto-clivante conectando biossensores doadores e aceitadores assegura a expressão equimolar dos biosensores. No entanto, os níveis de expressão dos biossensores foram verificados usando análise Western blot antes da análise FRET.
A rapamicina (Rapa) pode não ser ideal para avaliar os efeitos do aperto do MAM na produção de Aβ, pois inibe o alvo mamífero da via de sinalização da rapamicina (mTOR), levando à regulação negativa do TREM2 (Receptor Desencadeador Expresso nas Células Mieloides 2) na microglia e, consequentemente, reduzindo a eliminação da placa Aβ em modelos de camundongos com doença de Alzheimer (DA) (5XFAD)11. Como alternativa, pode-se usar o AP21967 análogo da rapamicina, comumente chamado de rapalog (Log). O log apresenta baixa afinidade de ligação para mTOR, tornando-o relativamente não tóxico para as células. No entanto, mantém a capacidade de se ligar ao domínio FRB com afinidade semelhante à rapamicina, devido à introdução de uma mutação compensatória formadora de cavidades (K2095P) no domínioFRB 12.
O método descrito tem alta importância. Apesar das evidências de vários estudos pré-clínicos que mostram efeitos terapêuticos promissores de moduladores sintéticos ou naturais de pequenas moléculas das MAMs em câncer e distúrbios metabólicos, ainda não foram realizados ensaios clínicos. Uma das principais razões para isso é a falta de um método confiável que possa medir quantitativamente a estabilidade da MAM, um pré-requisito para o desenvolvimento de terapias eficazes. A quantificação da relação estrutura-função da MAM requer uma visão completa da célula, o que não pode ser alcançado para neurônios maduros pelas microscópias tradicionais de TEM ou outras microscópias de alta resolução, mas pode ser adquirida com baixa ampliação28. Assim, técnicas tradicionais como TEM, crio-TEM ou Microscópias de Elétrons de Varredura (SEM) podem detectar estruturas celulares em nível nanográfico, mas apresentam limitações na medição do grau de estabilização da MAM, pois a natureza altamente dinâmica das mitocôndrias29 e do ER30,31 torna as estruturas da MAMtransitórias 32,33,34 . Para investigar a relação estrutura-função da MAM, foi proposta a medição da velocidade axonal das mitocôndrias conectadas ao RE por meio de MAMs apertadas ou soltas, utilizando imagens de células vivas e análise de cimografia. Isso é consistente com relatos que demonstram diminuição do transporte axonal de mitocôndrias em neurônios corticais de cérebros de EA35 e células diferenciadas de CIBRIDde Alzheimer 36. Apesar da alta precisão quantitativa, a técnica de imagem de células vivas pode não ser útil para triagem de medicamentos de alto rendimento. Em contraste, a análise FRET/FLIM pode ser aplicada como uma técnica quantitativa mais rápida do que a microscopia de células vivas ou de alta resolução existente no futuro, para identificar terapêuticas de pequenas moléculas para a DA.
O protocolo FRET descrito aqui demonstrou ser aplicável especificamente no contexto da ligação artificialmente induzida entre o RE e as mitocôndrias. Sua simplicidade permite a avaliação eficiente da estabilidade do contato com as mitocôndrias RE e a investigação dos efeitos resultantes na patologia amiloide, que constitui o objetivo principal desta abordagem. Pretendemos utilizar ainda mais esse método para rastrear uma biblioteca de pequenas moléculas potenciais moduladoras de MAM dentro de uma plataforma tridimensional tridimensional (3D) de triagem defármacos 37 para DA, recentemente desenvolvida. Os resultados serão imensamente úteis na seleção de potenciais moduladores MAM de pequenas moléculasanti-Aβ 13 in vitro , que poderão ser estendidos para estudos in vivo ou clínicos no futuro.