Mitokondriyal ATP'ye bağımlı proteazlar, protein homeostazında merkezi rol oynar ve yanlış katlanmış veya hasar görmüşproteinleri 1,2,3,4,5,6 parçalar. Bunlar arasında, ClpXP, mitokondriyal matriksde bulunan hetero-oligomerik AAA+ proteaz kompleksidir. ClpX ATPaz, proteinleri tanır ve açar, ardından onları ClpP proteolitikodası 7,8,9'a aktarır. Diğer mitokondriyal proteazlarla birlikte, ClpXP hem normal hem de stres koşullarında, oksidatif stres ve metabolik bozulmalar dahil olmak üzere protein kalite kontrolünü sürdürür 1,2,4. Mitokondriyal protein homeostazının bozulması, nörodejenerasyon ve kanser gibi hastalıklarla ilişkilendirilmiştir; bu da sağlam hücresel sistemlerde bu proteaz aktivitelerinin anlaşılmasının öneminivurgulamaktadır 3,6,10.
Alandaki büyük zorluklardan biri, sağlam hücrelerde mekânsal çözünürlükle mitokondriyal proteaz aktivitesini doğrudan izlemek için yöntemlerin eksikliğidir. Mevcut yaklaşımlar esas olarak ayrıntılı kinetik bilgi sağlayan ancak alt hücresel bağlamı korumayan saflaştırılmış proteinler veya hücre lizatları kullanılarak yapılan biyokimyasaltestlere dayanır. 11,12,13,14. Kimyasal biyoloji stratejileri, florojenik peptid substratları ve aktif bölgeye yönlendirilmiş inhibitörler geliştirerek bu sınırlamayı kısmen ele almıştır. Floresan peptidil substratlar, ATP'ye bağlı peptidaz aktivitesinin nicel ölçümünü sağlarken, peptidil inhibitörler proteolitik bölgeyle geri dönebilir kovalent etkileşimler oluşturur ve seçici inhibisyon 13,15,16,17,18,19 elde eder. Daha önce, laboratuvarda sentezlenen ClpXP inhibitörü FAPAL-CMK'nin ClpP20 ile kovalent bir bağ oluşturduğu gösterilmiştir. Bu çalışmada, FAPAL-CMK'nin floressein etiketli bir türevi olan FAM-FAPAL-CMK, ClpP'nin mekanizma tabanlı bir inhibitörü olarak geliştirildi ve bu da hücre içi lokalizasyonunun görselleştirilmesini mümkün kılmıştır.
Biyokimyasal testlerle karşılaştırıldığında, konfokal floresan mikroskopisi, sağlam hücrelerde prob dağılımı ve mitokondriyal morfolojinin mekansal olarak çözülmesini sağlar ve yalnızca lizatlardan elde edilemeyecek bilgiler sağlar. Ancak, enzimatik testlerin aksine, floresans lokalizasyonu doğrudan katalitik aktiviteyi veya moleküler bağlanma olaylarını ölçmez ve prob alım verimliliği, mitokondriyal dinamikler ve görüntüleme koşulları tarafından etkilenebilir. Ayrıca, başarılı uygulama yeterli prob birikimine ve yeterince çözülmüş mitokondriyal ağlara bağlıdır; bu da bu iş akışını, mitokondriyal morfolojisi açıkça ayırt edilebilir yapışkan kültürlü hücreler için en uygun yapar.
Bu çalışmanın amacı, mekanizmaya dayalı floresan probları konfokal mikroskopi ile entegre eden niceliksel bir iş akışı oluşturarak mitokondriyal proteaz lokalizasyonunu ve sağlam hücrelerdeki işlevlerini izlemektir. Seçici kimyasal probları yüksek çözünürlüklü konfokal görüntüleme ile birleştirerek, bu iş akışı mitokondriyal lokalizasyonun, prob dağılımı ve mitokondriyal homeostazın bozulmalarına karşı morfolojik yanıtların sağlam hücrelerde değerlendirilmesini sağlar. Proteaz aktivitesini doğrudan ölçen ancak mekansal çözünürlüğü olmayan mevcut biyokimyasal testleri tamamlayabilir.