In elke cel bevindt zich een complexe infrastructuur van organellen die verschillende functies vervullen. Organellen moeten signalen en materialen uitwisselen om de cel correct te laten werken. Nieuwe technologieën stellen onderzoekers in staat de netwerken te zien en te begrijpen die deze organellen verbinden, waardoor ze kaarten kunnen bouwen van de handelsroutes die binnen een cel bestaan. Een studie die wordt gepubliceerd in het nummer van 29 september van het Tijdschrift voor biologische chemie meldt het gebruik van een opkomende methode om eiwitten te identificeren die twee organellen mogelijk maken, de mitochondriën en het endoplasmatisch reticulum, aan elkaar te hechten.

"Denk aan [een organel] als een veerboot die op één locatie aanmeert, lossen en laden van passagiers en auto's, en dan naar een andere site gaan en hetzelfde doen, " zei Jeffrey Golden, een professor aan het Brigham and Women's Hospital en de Harvard Medical School die toezicht hield op het werk. "Hun vermogen om aan te meren, laden, en het lossen van lading vereist geleiders of hellingen van specifieke breedte en hoogte die de boot en het land verbinden of ze kunnen niet vrij laden en lossen."

Contactpunten tussen het endoplasmatisch reticulum (ER) en mitochondriën zijn die "hellingen" en "geleiders" die deze contacten mogelijk maken. Ze maken belangrijke activiteiten mogelijk zoals signalering, uitwisseling van calcium en lipiden, en controle van mitochondriale fysiologie. Defecte verbindingen tussen ER en mitochondriën zijn betrokken bij verschillende neurodegeneratieve ziekten, waaronder de ziekte van Alzheimer, Parkinson en de ziekte van Huntington. De eiwitten die het ER en de mitochondriën verbinden en overbruggen zijn goed bestudeerd in gist, maar de verbindingen tussen deze organellen in meercellige organismen zoals zoogdieren zijn complexer en minder begrepen.

Golden's medewerker Ginam Cho en onderzoekscollega Il-Taeg Cho kwamen op het idee om met een recent ontwikkelde methode te zoeken naar eiwitten die belangrijk zijn voor ER-mitochondriaal contact. De methode maakt gebruik van een enzym genaamd ascorbaatperoxidase, of APEX, die biotine, algemeen bekend als vitamine B7, kan hechten aan eiwitten in de buurt. Het team ontwikkelde cellen om mitochondriën te produceren waaraan APEX aan hun buitenmembranen was bevestigd, en vervolgens biotine aan de cellen toegevoegd voor de APEX om te gebruiken om nabijgelegen eiwitten te labelen.

Het team isoleerde vervolgens delen van de cel die de ER bevatten, gezuiverd die eiwitten waaraan biotine was gehecht, en identificeerde die gevonden in de ER met behulp van massaspectrometrie. Omdat de APEX vastzat aan mitochondriën, alleen die eiwitten die in de buurt van de mitochondriën kwamen, hadden biotine kunnen hebben. Dus, de biotine diende als een soort paspoortstempel die aangaf welke eiwitten betrokken waren bij het ER-mitochondriëncontact.

"Het was voorheen mogelijk om slechts naar één molecuul tegelijk te kijken om te beoordelen waar het mee in wisselwerking stond, Golden zei. "De methode die we hebben gebruikt is sneller en geeft een onbevooroordeelde blik op een heel systeem en wat er gebeurt op de interface van dat organel."

Met behulp van deze screeningsmethode de onderzoekers richtten zich op een ER-eiwit genaamd RTN1a, waarvan eerder bekend was dat het bijdroeg aan de vorm van de ER. Bij vervolgexperimenten ze bevestigden dat dit eiwit ook de mitochondriën hielp om zich aan het ER te hechten.

Deze studie verhoogt de mogelijkheid dat defecten in RTN1a kunnen bijdragen aan de problemen die patiënten met neurodegeneratieve ziekten ervaren, maar de onderzoekers zullen het pas zeker weten als ze aanvullende experimenten uitvoeren, waaronder vergelijkbare onderzoeken in neurale cellen.

Golden speculeert dat de eiwitten die belangrijk zijn voor ER-mitochondriaal contact in verschillende celtypen anders kunnen zijn.

"Gebruikt de lever dezelfde eiwitten om dit soort interacties te controleren als neurale cellen? Is één [eiwit] belangrijker voor calciumuitwisseling en een andere reeks eiwitten belangrijker voor lipidenuitwisseling?" vroeg Goud. "Ik denk dat er veel celbiologie is die we gewoon niet kennen en die we kunnen beantwoorden [met behulp van deze methode]."

Het team gebruikt nu de APEX-massaspectrometriemethode om eiwitten te vergelijken die betrokken zijn bij ER-mitochondriale contacten tussen normale en van de patiënt afgeleide neurale cellen.

"Er zijn veel interessante dingen die we kunnen doen, ' zei Il Taeg Cho.