Mikrotransplantation synaptischer Membranen zur Reaktivierung humaner synaptischer Rezeptoren für funktionelle Studien

Neurodegenerative Erkrankungen betreffen einen großen Prozentsatz der Bevölkerung. Obwohl ihre verheerenden Folgen bekannt sind, ist der Zusammenhang zwischen den funktionellen Veränderungen der Neurotransmitterrezeptoren, die für die Gehirnfunktion entscheidend sind, und ihrer Symptomatologie noch wenig verstanden. Interindividuelle Variabilität, chronische Natur der Krankheit und schleichendes Auftreten von Symptomen sind nur einige der Gründe, die das Verständnis der vielen Gehirnstörungen verzögert haben, bei denen chemische Ungleichgewichte gut dokumentiert sind ^1,2. Tiermodelle haben unschätzbare Informationen generiert und unser Wissen über die Mechanismen, die der Physiologie und Pathophysiologie in evolutionär konservierten Systemen zugrunde liegen, erweitert; Mehrere Interspeziesunterschiede zwischen Nagetieren und Menschen schließen jedoch die direkte Extrapolation der Rezeptorfunktion aus Tiermodellen auf das menschliche Gehirn^aus 3 aus. Daher wurden erste Bemühungen, native menschliche Rezeptoren zu untersuchen, vom Labor von Ricardo Miledi mit chirurgisch entferntem Gewebe und gefrorenen Proben entwickelt. Diese ersten Experimente verwendeten ganze Membranen, die neuronale synaptische und extrasynaptische Rezeptoren sowie nicht-neuronale Neurotransmitterrezeptoren enthalten, und obwohl sie wichtige Informationen über erkrankte Zustände liefern, besteht die Sorge, dass die Mischung der Rezeptoren die Interpretation der Daten 4,5,6,7 erschwert. Wichtig ist, dass Synapsen das Hauptziel bei vielen neurodegenerativen Erkrankungen sind ^8,9; Daher sind Assays zum Testen der funktionellen Eigenschaften betroffener Synapsen von grundlegender Bedeutung, um Informationen über krankheitsrelevante Veränderungen zu erhalten, die die synaptische Kommunikation beeinflussen. Hier wird eine Modifikation der ursprünglichen Methode beschrieben: Mikrotransplantation synaptischer Membranen (MSM), die sich auf die physiologische Charakterisierung angereicherter synaptischer Proteinpräparate konzentriert und erfolgreich zur Untersuchung von Ratten- und Humansynaptosomen angewendet wurde 10,11,12,13,14,15 . Mit dieser Methodik ist es möglich, synaptische Rezeptoren, die einst im menschlichen Gehirn arbeiteten, zu transplantieren, eingebettet in ihre eigenen nativen Lipide und mit ihrer eigenen Kohorte assoziierter Proteine. Da MSM-Daten quantitativ sind, ist es außerdem möglich, diese Daten für die Integration in große Proteomik- oder Sequenzierungsdatensätze¹⁰ zu verwenden.

Es ist wichtig zu beachten, dass viele pharmakologische und biophysikalische Analysen von synaptischen Rezeptoren an rekombinanten Proteinen^{durchgeführt werden 16,17}. Während dieser Ansatz einen besseren Einblick in die Struktur-Funktions-Beziehungen von Rezeptoren bietet, kann er keine Informationen über komplexe multimere Rezeptorkomplexe in Neuronen und deren Krankheitsveränderungen liefern. Daher sollte eine Kombination aus nativen und rekombinanten Proteinen eine umfassendere Analyse der synaptischen Rezeptoren ermöglichen.

Es gibt viele Methoden, um Synaptosomen 10,11,12,13,14,15 herzustellen^, die an die Anforderungen eines Labors angepasst werden können. Das Protokoll beginnt mit der Annahme, dass synaptosomal angereicherte Präparate isoliert wurden und bereit sind, für Mikrotransplantationsexperimente verarbeitet zu werden. Im Labor wird die Syn-Per-Methode gemäß den Anweisungen des Herstellers angewendet. Dies geschieht aufgrund der hohen Reproduzierbarkeit in elektrophysiologischen Experimenten^10,11. Es gibt auch reichlich Literatur, die erklärt, wie man Xenopus-Eizellen ^18,19 isoliert, die auch injektionsfertig^{erworben werden können 20}.