Взаимодействие между ЭР и митохондриями жизненно важно для клеточного гомеостаза и выживаемости 1,2,3,4. Предыдущие данные указывают на то, что любой тип нарушения или дисрегуляции в контактных участках ER-митохондрий может способствовать развитию нескольких нейродегенеративных, метаболических и сердечно-сосудистых заболеваний, а также рака 5,6,7,8,9,10. Например, аномальное увеличение поглощенияCa2+ в митохондриях может привести к гибели клеток за счет открытия переходных пор проницаемости митохондрий, которые обычно наблюдаются в некоторых моделях болезни Альцгеймера 5,11. Аналогичным образом, сокращение контактов ER-митохондрий может привести к снижению продукции АТФ и ухудшению потребления Ca2+, как видно на моделях бокового амиотрофического склероза 5,11,12. По мере того, как проводится все больше исследований в области контактов ER-митохондрий, обнаруживаются дополнительные белки и гены, связанные с заболеваниями, которые могут влиять на эти контакты. Несмотря на современные знания и доказательства, демонстрирующие роль контактных сайтов ER-митохондрий, все еще требуется большая работа, чтобы выяснить, как эти контакты могут привести к потере клеточной функции и, в конечном итоге, к гибели клеток.
Были разработаны различные методы для оценки близости двух мембран, структурной морфологии и расстояния между местами контакта двух органелл 3,4,13. Подходы к мониторингу связи ER-митохондрий включают визуализацию на основе флуоресцентных маркеров14,15, визуализацию на основе репортеров FRET16 и визуализацию на основе расщепленных флуоресцентных зондов17,18, в которых используются эпифлуоресценция и конфокальная микроскопия. Микроскопия со сверхвысоким разрешением и микроскопия с атомным разрешением также являются мощными инструментами для точной визуализации межорганелльных контактов, хотя их использование для анализа контактных сайтов все еще ограничено, поскольку они требуют специализированных микроскопов и технических знаний. Кроме того, широко используются просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) и другие методы ЭМ, такие как электронная томография (ЭТ) и криоэлектронная микроскопия, поскольку они обеспечивают ультраструктурную визуализацию контактных участков с высоким разрешением, которые часто невозможно исследовать с помощью других экспериментальных подходов 20,21,22. Тем не менее, эти методы на основе ЭМ являются очень низкопроизводительным методом, на который также могут влиять процедуры химической фиксации. В последнее время методы, основанные на бесконтактном мечении, используются для обнаружения контактных сайтов, а также для идентификации новых белков контактных сайтов. Например, анализ бесконтактного лигирования (PLA) был использован для количественной оценки близости органелл23,24, в то время как пересмотренная версия анализа аскорбатпероксидазы (APEX) была использована для идентификации новых белков контактных сайтов25,26. Важно признать, что все эти методы, описанные выше, имеют сильные стороны и внутренние ограничения в обнаружении контактов между органеллами. Таким образом, требуется сопряжение различных методик для получения тщательной интерпретации мест контакта органелл.
Ранее мы разработали анализ ресборки расщепленной Ренилл-люциферазы 8 (split-Rluc анализ) для мониторинга уровня контактов мембран ER-митохондрий (Рисунок 1A)24,26,27. Вкратце, каждая разделенная половина люциферазы Renilla конъюгирована с последовательностью, нацеленной на ER- или митохондрии. При совместной трансфекции каждая разделенная половина фермента экспрессируется либо в ER, либо в митохондриальной мембране. Когда ЭР и митохондрии расположены в непосредственной близости друг от друга, разделенные половинки объединяются и восстанавливают весь фермент с люциферазной активностью. Для конструкции split-Rluc мы использовали Renilla luciferase 8 (Rluc8) в pBAD/Myc-His27 в качестве исходного шаблона. Сайт расщепления (между аминокислотами 91 и 92) определяли на основании предыдущих отчетов27. Для N-концевой половины R luc8последовательности ДНК аминокислот 1-91 R luc8были слиты с 3'-концом метки FLAG и мышиной последовательностью AKAP1, нацеленной на митохондрии, в векторе pcDNA3.1 TOPO методом ПЦР27. Для С-концевой половины, нацеленной на ER, последовательности ДНК, кодирующие аминокислоты 92-311, были слиты с 5'-концом myc-метки и последовательностью локализации UBC6 ER дрожжей. Здесь мы модернизировали конструкцию плазмиды split-Rluc таким образом, что расщепленные половины люциферазы Renilla экспрессируются в одном векторе (pCAG) под одним и тем же промотором и впоследствии расщепляются на два фрагмента, в то время как T2A, последовательность саморасщепляющегося пептида 2A из вируса Thosea asigna, вставляется между двумя разделенными половинами (рис. 1B). Карта и последовательности плазмидной ДНК представлены в Дополнительном файле 1 и Дополнительном рисунке S1. Используя эту систему, мы измерили влияние трех химических веществ (ингибирующих ГТФазы, участвующие в полимеризации актина) на контакты с ER-митохондриями. Этот анализ с расщеплением Rпредставляет собой простую, но надежную систему анализа для высокопроизводительного скрининга межорганелльных контактных модуляторов24.