Precis som den amerikanska ekonomin körs på dollarn, körs den cellulära ekonomin på adenosintrifosfat (ATP). Den energibärande molekylen ger bränsle till nästan alla processer inuti cellen, vilket gör ATP avgörande för cellulärt liv.
Nu ger en ny sensor utvecklad på Janelia forskarna den bästa titten hittills på ATP-nivåer i levande celler, vilket gör det möjligt för forskare att studera mer i detalj än någonsin tidigare hur fluktuationer i denna cellulära valuta påverkar cellen och bidrar till sjukdomar.
Även om ATP är kritiskt viktigt för celler, har det inte funnits bra sätt för forskare att spåra hur det förändras i levande celler. Tidigare ATP-sensorer var svaga, långsamma eller svåra att använda.
Under 2019 utvecklade Janelia och UCLA-forskare en fluorescerande proteinsensor, iATPSnFR, som fungerar på liknande sätt som de populära GCaMP-sensorerna som används för att detektera kalcium. En fluorescerande molekyl är fäst vid ett protein som binder ATP. När denna bindning inträffar ändrar proteinet form, vilket gör att den fluorescerande molekylen lyser upp. Den här första generationens sensor kunde upptäcka förändringar i ATP, men den fungerade bara inom ett smalt område, så den var inte användbar för att spåra förändringar i ATP-koncentrationer inuti celler.
Nu har Janelia-forskare och samarbetspartners, ledda av Jonathan Marvin, en senior forskare på Janelias Tool Translation Team, utvecklat nästa generations sensor, iATPSnFR2, som kan spåra ATP-koncentrationer över ett mycket större område. Detta gör det möjligt för forskare att mäta ATP inuti levande celler i mycket större detalj än någonsin tidigare.
Resultaten publiceras i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences .
Tim Ryan, en forskare vid Weill Cornell Medicine och Janelia Scholar, som arbetade med Marvin och teamet för att utveckla och testa den nya sensorn, använde iATPSnFR2 för att spåra förändringar i ATP vid individuella synapser, korsningarna där neuroner kommunicerar.
Ryan och hans team studerar hur förändringar i ATP-aktivitet vid synapser kan spela en roll i utvecklingen av Parkinsons sjukdom. Den nya sensorn gör det möjligt för dem att direkt observera dessa förändringar och ta reda på hur dessa fluktuationer kan bidra till sjukdomen.
Utöver denna forskning förväntar sig teamet att den nya sensorn kommer att användas av andra forskare för att studera ett brett spektrum av forskningsfrågor som involverar ATP som har varit svåra att besvara med tidigare verktyg.
Mer information: Jonathan S. Marvin et al, iATPSnFR2:En högdynamiskt fluorescerande sensor för övervakning av intracellulär ATP, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2314604121
Journalinformation: Proceedings of the National Academy of Sciences
Tillhandahålls av Howard Hughes Medical Institute
