Wetenschap
Nieuwe sensor geeft ongekend inzicht in veranderingen in ATP-niveaus in een cel
Net zoals de Amerikaanse economie op de dollar draait, draait de cellulaire economie op adenosinetrifosfaat (ATP). Het energiedragende molecuul voedt bijna alle processen in de cel, waardoor ATP van cruciaal belang is voor het celleven.
Nu geeft een nieuwe sensor, ontwikkeld bij Janelia, onderzoekers het beste inzicht tot nu toe in de ATP-niveaus in levende cellen, waardoor wetenschappers gedetailleerder dan ooit tevoren kunnen bestuderen hoe schommelingen in deze cellulaire valuta de cel beïnvloeden en bijdragen aan ziekten.
Hoewel ATP van cruciaal belang is voor cellen, zijn er voor wetenschappers geen goede manieren geweest om bij te houden hoe het in levende cellen verandert. Eerdere ATP-sensoren waren zwak, traag of moeilijk te gebruiken.
In 2019 ontwikkelden onderzoekers van Janelia en UCLA een fluorescerende eiwitsensor, iATPSnFR, die op een vergelijkbare manier werkt als de populaire GCaMP-sensoren die worden gebruikt om calcium te detecteren. Een fluorescerend molecuul is gehecht aan een eiwit dat ATP bindt. Wanneer deze binding plaatsvindt, verandert het eiwit van vorm, waardoor het fluorescerende molecuul oplicht. Deze sensor van de eerste generatie kon veranderingen in ATP detecteren, maar werkte slechts in een smal bereik, dus hij was niet bruikbaar voor het volgen van veranderingen in ATP-concentraties in cellen.
Nu hebben wetenschappers en medewerkers van Janelia, onder leiding van Jonathan Marvin, een senior wetenschapper van Janelia's Tool Translation Team, de volgende generatie sensor ontwikkeld, iATPSnFR2, die ATP-concentraties over een veel groter bereik kan volgen. Hierdoor kunnen wetenschappers ATP in levende cellen veel gedetailleerder meten dan ooit tevoren.
De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences .
Tim Ryan, een onderzoeker bij Weill Cornell Medicine en een Janelia Scholar, die met Marvin en het team samenwerkte om de nieuwe sensor te ontwikkelen en te testen, gebruikte iATPSnFR2 om veranderingen in ATP bij individuele synapsen, de kruispunten waar neuronen communiceren, te volgen.
Ryan en zijn team onderzoeken hoe veranderingen in ATP-activiteit bij synapsen een rol kunnen spelen bij de ontwikkeling van de ziekte van Parkinson. Met de nieuwe sensor kunnen ze deze veranderingen direct waarnemen en ontdekken hoe deze schommelingen kunnen bijdragen aan de ziekte.
Naast dit onderzoek verwacht het team dat de nieuwe sensor door andere wetenschappers zal worden gebruikt om een breed scala aan onderzoeksvragen met betrekking tot ATP te bestuderen die met eerdere tools moeilijk te beantwoorden waren.