ER ve mitokondri arasındaki etkileşimler hücresel homeostaz ve sağkalım için hayati önem taşır 1,2,3,4. Önceki kanıtlar, ER-mitokondri temas bölgelerindeki herhangi bir bozulma veya düzensizliğin çeşitli nörodejeneratif, metabolik ve kardiyovasküler hastalıkların yanı sıra kansere katkıda bulunabileceğini göstermektedir 5,6,7,8,9,10. Örneğin, mitokondriye Ca2+ alımının anormal bir şekilde artması, Alzheimer hastalığının bazı modellerinde yaygın olarak görülen mitokondri geçirgenlik geçiş gözeneklerini açarak hücre ölümüne yol açabilir 5,11. Benzer şekilde, azalmış ER-mitokondri temasları, amyotrofik lateral skleroz 5,11,12 modellerinde görüldüğü gibi, ATP üretiminde bir azalmaya ve Ca2+ alımının bozulmasına neden olabilir. ER-mitokondri temasları alanında daha fazla çalışma yürütülürken, bu temasları etkileyebilecek hastalıkla ilgili ek proteinler ve genler keşfedilmektedir. ER-mitokondri temas bölgelerinin rolünü gösteren mevcut bilgi ve kanıtlara rağmen, bu temasların hücresel fonksiyon kaybına ve nihayetinde hücre ölümüne nasıl yol açabileceğini aydınlatmak için hala çok çalışmaya ihtiyaç vardır.
İki zarın yakınlığını, yapısal morfolojiyi ve iki organel temas bölgesi arasındaki mesafeyi değerlendirmek için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir 3,4,13. ER-mitokondri eşleşmesini izleme yaklaşımları, epifloresan ve konfokal mikroskopi kullanan floresan işaretleyici tabanlı görüntüleme14,15, FRET-raportör tabanlı görüntüleme16 ve bölünmüş floresan prob tabanlı görüntüleme 17,18'i içerir. Süper çözünürlük ve atomik çözünürlük mikroskobu da organeller arası temasları doğru bir şekilde görselleştirmek için güçlü araçlardır, ancak temas bölgesi analizinde kullanımları, son derece özel mikroskoplar ve teknik uzmanlık gerektirdiğinden hala sınırlıdır19. Ek olarak, transmisyon elektron mikroskobu (TEM), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve elektron tomografisi (ET) ve kriyo-elektron mikroskobu gibi diğer EM teknikleri, temas bölgelerinin yüksek çözünürlüklü ultrastrüktürel görüntülemesini sağladıkları için yaygın olarak kullanılmaktadır ve bunlar genellikle diğer deneysel yaklaşımlar kullanılarak keşfedilmesi imkansızdır 20,21,22. Bununla birlikte, bu EM tabanlı yöntemler, kimyasal fiksasyon prosedürlerinden de etkilenebilen çok düşük verimli bir tekniktir. Daha yakın zamanlarda, temas bölgelerini tespit etmenin yanı sıra yeni temas bölgesi proteinlerini tanımlamak için yakınlık etiketleme tabanlı yöntemler kullanılmıştır. Örneğin, organel yakınlıklarını23,24 ölçmek için yakınlık ligasyon testi (PLA) kullanılırken, yeni temas bölgesi proteinlerinin 25,26 tanımlanmasında askorbat peroksidaz (APEX) testinin gözden geçirilmiş bir versiyonu kullanılmıştır. Yukarıda açıklanan tüm bu yöntemlerin, organeller arasındaki temasları tespit etmede güçlü yönleri ve içsel sınırlamaları olduğunu bilmek önemlidir. Bu nedenle, organel temas bölgelerinin kapsamlı bir yorumunu elde etmek için farklı tekniklerin eşleştirilmesi gerekir.
Daha önce, ER-mitokondri membran temaslarının seviyesini izlemek için bölünmüş Renilla lusiferaz 8 yeniden birleştirme testini (split-Rluc testi) kurduk (Şekil 1A)24,26,27. Kısaca, Renilla lusiferazın her bölünmüş yarısı, bir ER veya mitokondri hedefleme dizisi ile konjuge edilir. Birlikte transfekte edildiğinde, enzimin her bölünmüş yarısı ya ER ya da mitokondriyal membranda eksprese edilir. ER ve mitokondri birbirine yakın konumlandırıldığında, bölünmüş yarımlar bir araya gelir ve lusiferaz aktivitesi ile tüm enzimi yeniden oluşturur. Split-Rluc yapısı için, ilk şablon için pBAD/Myc-His27'de Renilla lusiferaz 8 (Rluc8) kullandık. Bölünme bölgesi (91 ve 92 amino asitleri arasında) önceki raporlara27 dayanarak belirlendi. Rluc8'in N-terminal yarısı için, Rluc8'in 1-91 amino asitleri için DNA dizileri, FLAG etiketinin 3' ucuna ve PCR27 ile pcDNA3.1 TOPO vektöründe fare AKAP1 mitokondriyal hedefleme dizisine kaynaştırıldı. ER'ye hedeflenen C-terminal yarısı için, 92-311 amino asitlerini kodlayan DNA dizileri, myc etiketinin 5' ucuna ve maya UBC6 ER lokalizasyon dizisine kaynaştırıldı. Burada, split-Rluc plazmit yapısını, Renilla lusiferazın bölünmüş yarılarının aynı promotör altında tek bir vektörde (pCAG) ifade edileceği ve daha sonra Thosea asigna virüsünden kendi kendine bölünen bir peptit 2A dizisi olan T2A olarak iki parçaya bölüneceği şekilde yükselttik, iki bölünmüş yarı arasına yerleştirilir (Şekil 1B). Plazmid DNA haritası ve dizileri Ek Dosya 1 ve Ek Şekil S1'de verilmiştir. Bu sistemi kullanarak, üç kimyasalın (aktin polimerizasyonunda yer alan GTPazları inhibe eden) ER-mitokondri kontakları üzerindeki etkilerini ölçtük. Bu split-Rluc testi, organeller arası temas modülatörleri24 için yüksek verimli tarama için basit ama sağlam bir test sistemidir.