Mitokondri ile ilişkili endoplazmik retikülüm temasları (MERC'ler), biyokimyasal olarak mitokondri ilişkili ER zarları (MAM'ler) olarak izole edilen, Alzheimer hastalığı (AD)1 dahil olmak üzere çeşitli nörodejeneratif bozukluklarda rol oynamaktadır. Yakın zamanda önerilen "MAM hipotezi", MAM'lerin amiloid β (Aβ) oluşumunda merkezi bir rol oynadığını ve böylece AD'nin patojenik zincirini başlattığını öne sürer. Bu zincirleme nörofibriller düğümlerin (NFT), kalsiyum dishomeostazının venöroinflamasyonun oluşumunu içerir. MAM'lar, endoplazmik retikülüm ve dış mitokondriyal zarda (OMM) kolesterol açısından zengin, lipid raft benzeri mikrodomainlerden oluşur ve bu mikrodomainler, hem yapısal hem de fonksiyonel çeşitliliklerine katkıda bulunan spesifik bağlama proteinleriyle birbirine bağlıdır. ER-mitokondri temaslarının stabilizasyonu, ER kalsiyum sinyalizasyonu ve apoptoz 4,5 dahil olmak üzere çeşitli hücresel süreçleri etkiler. Mitokondrilerin %5-%20'sinin acil servis ile fiziksel temas kurarakMAM'ları kurduğu tahmin edilmektedir 6. Birçok çalışma, MAM bölgelerindeki ER ile mitokondri arasındaki sayı, uzunluk ve boşluk genişliğinin (kalınlığının) işlevsel rollerinin önemli belirleyicileri olduğunu göstermiştir. Fare karaciğerinin kriyo-elektron mikroskobu ve in vivo analizleri, hepatositlerin metabolik durumunun hem MAM'lerin kalınlığını (14 nm ile 20 nm arasında) hem de uzunluğunu (145 nm ile 270 nm arasında) modüle ettiğinigöstermiştir 7.
MAM'ler ayrıca kanser ve metabolik bozukluklar dahil olmak üzere çeşitli hastalıklar için potansiyel terapötik hedefler olarak ortaya çıkmaktadır. MAM kalınlığı veya boşluk genişliği hücre hayatta kalmasını düzenler. Sıkı (6 nm ± 1 nm boşluk genişliği) ve gevşek MAM'leri (24 nm ± 3 nm boşluk genişliği) stabilizasyonu için tasarlanan yapısal MAM stabilizatörleri MAM 1X ve MAM 9X, sıkı MAM'lerin stabilizasyonunun AD'nin yeni bir 3D sinir kültürü modelinde Aβ üretimini dramatik şekilde artırdığını göstermiştir. Buna karşılık, gevşek MAM'lerin stabilizasyonu hiçbir etkiyaratmadı 8. Bu nedenle, sıkı MAM'ların stabilizasyonunu gevşek MAM'lara dönüştürmek, amiloid patolojisini düşürmek için faydalı olabilir. Yapısal ve fonksiyonel karmaşıklıklar ile MAM stabilizasyonu derecesinin kesin nicel analizinin olmaması, ilaç keşfi için MAM'leri hedeflemeyi zorlaştırır. ER'ye bağlı mitokondrilerin aksonal hızının yeni bir canlı hücre görüntülemesi ve kimografi temelli analizi, mitokondrilerin aksonal hızının, ER ile daha sıkı temasın mitokondriyal aksonal hızı serbest mitokondrilere kıyasla önemli ölçüde azalttığı için MAM stabilizasyonunu nicel olarak ölçmek için bir metrik olarakkullanılabileceğini göstermiştir; 8,9. hAPP eksprese eden Nöro 2A (N2AAPP) hücrelerinde MAM'ların indüklenebilir bir stabilizatörükullanılarak 8, MAM boşluklarının sıkılaştırılmasının Aβ oluşumunu doza bağlı olarakartırdığını gördük 8. İndüklenebilir MAM stabilizatörleri, CFP (cyan floresan proteini)-epitop etiketli ER-hedefleme ve YFP (sarı floresan proteini)-epitop etiketli mitokondri hedefleyen biyosensörleri kodlayan ifade plazmidleridir; bunlar rapamisin indüklenebilir FK506 rapamisin bağlanması (FRB) veya 12-kDa FK506-bağlayıcı protein (FKBP) domainlerine entegre edilmiştir. Biyosensörler sırasıyla ER-CFP ve Mito-YFP olarak gösterildi. CFP, >10 nm uzaklıkta olduğunuzda alıcı florofor YFP'ye enerji aktaran donör bir florofordur. İndüklenebilir biyosensörleri ifade eden hücreler (N2AAPP), rapamisin tedavisi 8 sırasında Aβ üretimini artırdıve bu da sıkı MAM'ların Aβ üretimini artırdığını gösterdi. Bu yöntemler, MAM'lerin küçük molekül modülatörlerinin taraması ve onların etkili konsantrasyonunu, patojenik ("Aβ artış") MAM'ları tedavi amaçlı ("Aβ düşüren") olarak tamamen destabilizasyon yapmadan ER ve mitokondri temaslarını tamamen destabilize etmeden dönüştürecek olan sıkı MAM'ların optimal seviyesinin stabilizasyonunu sağlamak için faydalı olacaktır.
Deneysel model
Bu çalışma, APP751 (N2AAPP) bileşen olarak ifade eden Neuro2A(N2A) hücrelerini kullandı. Bu hücreler, naif N2A hücrelerine kıyasla koşullu ortama (CM) tespit edilebilir Aβ seviyeleri salgılar. N2A APP hücreleri, daha önce tanımlandığı gibi %10 FBS, 100 U/mL penisilin (100 μg/mL penisin), 100 μg/mL streptomisin ve 2 mM L-glutamat takviyesi ile desteklenmiş DMEM'detutuldu.
İfade plazmidi
Memeli A-kinaz anchor proteini 1 [AKAP1(34-63)] ve CFP (cyan floresan protein) etiketli ER hedefleme dizisi fosfatidilinositol-3-fosfataz Sac1 fosfatazının [Sac1(521-587)] kendi kendine bölünen Tav2A dizisi ile birleşerek bir ekspresyon plazmidi üretildi; bu dizide pYFP-AKAP1-Tav2A-Sac1-CFP olarak belirtilir. Tav2A ile birleşen ekspresyon plazmidi ayrıca FK506 rapamisin bağlanma (FRB) alanını kodlayan nükleotit dizileriyle çevrilidir [EMWHEGLEEASRLYFGERNVKGMFEVLEPL HAMMERGPQTLKETSFNQAYGRDLMEAQEWCRKYMKSGNV (K 2095P)DLTQAWDLYYHVFRRISKQ] veya 12-kDa FK506 bağlayıcı protein (FKBP) alanını (MGVEKQVIRPGNGPKPAPGQTVHCTGFGDD GDLSQFWSTKDEGQPSFQGGGGGGGGGGGGGGGGGGGDDDDYAYGAGGFPAWGIQPNSVLDFEIEVLSVQ). FRB-YFP-AKAP1(34-63)-Tav2A-Sac1(521-587)-CFP-FKBP füzyon plazmidi, burada MAM-Tav2A olarak belirtilmiştir ve oranlı FRET analizi için FRB-YFP-AKAP1(34-63) ve Sac1(521-587)-CFP-FKBP ekvimolyar ekspresyon seviyelerini elde etmek amacıyla oluşturulmuştur. Sac1(521-587)-CFP-FKBP, ER-CFP olarak belirtilir, donör florofordur, Mito-YFP-FRB ise, Mito-YFP olarak gösterilir ve ~10 nm8 ile ayrıldığında FRET üreten alıcı florofordur. Bu nedenle, FRET tabanlı biyosensörler sıkı MAM'leri (6-10 nm, boşluk genişliği) tespit eder. FRB ve FKBP, rapamisin eklendiğinde MAM boşluk genişliklerinin doz bağımlı bir şekilde daralmasını sağlamak için tanıtıldı; bu durum artan FRETsinyalinin 8. ölçülmesiyle ölçülebilirdi.