Het prion-hypothese stelt dat het infectieuze agens verantwoordelijk voor de overdraagbare spongiforme encefalopathieën (bijvoorbeeldziekte van Creutzfeldt – Jakob bij de mens, scrapie bij schapen, chronische verspillen ziekte bij herten en elanden en “gekke-koeienziekte” bij runderen ) is uitsluitend samengesteld uit eiwit en verstoken van nucleïnezuren¹. In prionziekten neemt het cellulaire prion-eiwit (PrP^C) een niet-inheemse, stabiele vouw (PrP^Sc) dat is hoogst beta blad-rijke en kan zichzelf verspreiden door omzetten en het werven van monomeer PrP^C moleculen in stabiele amyloid aggregaten. PrP^Sc aggregaten via dit zelfreplicerende mechanisme te verspreiden tussen verschillende cellen van een organisme en zelfs tussen individuele organismen².

Eiwit misfolding en aggregatie is ook een centraal element van de meeste neurodegeneratieve ziekten (ziekte van Alzheimer (AD), de ziekte van Parkinson (PD), de ziekte van Huntington (HD) en Amyotrofische laterale sclerose (ALS))³. Vorming van intra – of extra – cellular geaggregeerde eiwit assemblages in deze ziekten is nauw verbonden met de cytotoxiciteit⁴ en vordert langs zeer reproduceerbaar zijn en ziekte-specifieke paden door de hersenen over tijd^{5, 6}. deze patronen van verspreiding suggereren dat pathogene aggregaten die zijn gekoppeld aan deze aandoeningen prion-achtige eigenschappen hebben. Krachtige steun bestaat nu voor prion-achtige indiening van aggregaten gekoppeld aan AD, PD, HD en ALS – ze verspreiden van cel naar cel en sjabloon de conformationele verandering van het monomeer vormen van hetzelfde eiwit in eerder onaangetast cellen^{7, 8}.

De meerderheid van de studies die onderzoeken prion-achtige verspreiding van eiwit-aggregaten tot nu toe zijn uitgevoerd met zoogdiercellen cultuur modellen, waar aggregaten transfer in het cytoplasma van naïeve cellen van de extracellulaire ruimte of van een andere cel cytoplasma^{9,10,11,12,13,14,15}, of door injecteren aggregaat-bevattende materiaal in de hersenen van de muis en het toezicht op statistische uiterlijk buiten de injectie site^{16,17,18,19,20,21,22, 23}. meer recentelijk, transgene dieren zijn gebruikt om aan te tonen dat de intracellulaire aggregaten naar andere cellen binnen intact hersenen^{24,25,26,27verspreiden, 28,29,30}. Hier beschrijven we een methode voor directe visualisatie van statistische overdracht tussen afzonderlijke cellen in het intact brein van Drosophila melanogaster. Drosophila modellen van HD/polyglutamine (polyQ) ziekten werden aanvankelijk ontwikkeld voor bijna twee decennia geleden^31,32 en veel waardevolle inzichten in de pathogene mechanismen die ten grondslag liggen aan deze aandoeningen hebben verstrekt ³³. HD is een erfelijke neurodegeneratieve stoornis veroorzaakt door een autosomaal dominante mutatie in het gen dat voor het eiwit huntingtin (Htt)^{34 codeert}. Deze mutatie leidt tot uitbreiding van een stuk van de polyQ in de buurt van Htt van N-terminus boven een pathogene drempel van ~ 37 glutamines, waardoor de eiwitten aan misfold en statistische^35,,³⁶. Wild-type Htt eiwitten met < 37 glutamines in deze strook bereiken hun inheemse vouwen, maar kan worden opgewekt om statistische na direct fysiek contact met een Htt statistische "zaad"^12,27,37. We benutten dit homotypic, genucleëerde aggregatie van wild-type Htt als een uitlezing voor prion-achtige overdracht en cytoplasmatische toetreding van mutant Htt aggregaten van oorsprong uit andere cellen.

De mechanismen te bepalen door welke prion-achtige aggregaten kan reizen tussen cellen leiden tot de identificatie van nieuwe therapeutische doelen voor ongeneeslijke neurodegeneratieve ziekten. Wij profiteren van de snelle levenscyclus, gebruiksgemak en genetische werkwillig van Drosophila melanogaster definiëren van moleculaire mechanismen voor cel-naar-cel verspreiding van mutant Htt aggregaten. Onze experimentele strategie maakt gebruik van twee binaire expressiesystemen beschikbaar in Drosophila, de gevestigde Gal4-specifieke upstream activerend sequentie (Gal4-UAS) systeem³⁸ en de onlangs ontwikkelde QF-QUAS systeem³⁹. Deze twee onafhankelijke koppelmechanisme kunt beperken van uitdrukking van de mutant en wild-type Htt-transgenen tot afzonderlijke cel populaties binnen de dezelfde vliegen⁴⁰. Met behulp van deze aanpak, onderzoeken we prion-achtige verspreiding van mutant Htt door monitoring van de herverdeling van cytoplasmatische wild-type Htt uit haar normaal diffuus, oplosbare staat aan een geaggregeerde staat, een rechtstreeks gevolg van fysiek contact met een pre-gevormde mutant Htt statistische “zaad.” Conversie van wild-type Htt door mutant Htt kan worden bevestigd met behulp van biochemische of biofysische technieken die verslag van eiwit-eiwitinteractie, zoals fluorescentie resonantie energie transfer (FRET)^9,27,41 .

Nog belangrijker is, kunnen we ook toegang tot een groot aantal genetische hulpmiddelen in Drosophila te identificeren van genen en/of trajecten die prion-achtige verspreiding van eiwit-aggregaten bemiddelen. We hebben onlangs deze aanpak gebruikt om te onthullen een sleutelrol voor de cel-oppervlakte scavenger-receptor, Draper^42,43, bij de overdracht van mutant Htt aggregaten van neuronale axonen aan nabijgelegen fagocytische glia in de Drosophila centraal zenuwstelsel (CNS)²⁷. Zo kan de genetische en imaging-gebaseerde aanpak die wij hier beschrijven belangrijke fundamentele biologische informatie over een ziekte-relevante fenomeen in de eenvoudig te gebruiken maar krachtige modelorganisme, Drosophilaonthullen.