So wie die US-Wirtschaft auf dem Dollar basiert, basiert die Zellwirtschaft auf Adenosintriphosphat (ATP). Das energietragende Molekül treibt nahezu alle Prozesse innerhalb der Zelle an, wodurch ATP für das Zellleben von entscheidender Bedeutung ist.
Jetzt ermöglicht ein bei Janelia entwickelter neuer Sensor Forschern den bisher besten Einblick in die ATP-Werte in lebenden Zellen und ermöglicht es Wissenschaftlern, detaillierter als je zuvor zu untersuchen, wie sich Schwankungen dieser Zellwährung auf die Zelle auswirken und zur Krankheit beitragen.
Obwohl ATP für Zellen von entscheidender Bedeutung ist, gibt es für Wissenschaftler keine guten Möglichkeiten, zu verfolgen, wie es sich in lebenden Zellen verändert. Frühere ATP-Sensoren waren schwach, langsam oder schwer zu bedienen.
Im Jahr 2019 entwickelten Janelia und UCLA-Forscher einen fluoreszierenden Proteinsensor, iATPSnFR, das auf ähnliche Weise wie die beliebten GCaMP-Sensoren zum Nachweis von Kalzium funktioniert. Ein fluoreszierendes Molekül ist an ein Protein gebunden, das ATP bindet. Bei dieser Bindung verändert das Protein seine Form, wodurch das fluoreszierende Molekül aufleuchtet. Dieser Sensor der ersten Generation konnte ATP-Änderungen erkennen, funktionierte jedoch nur in einem engen Bereich und war daher nicht für die Verfolgung von ATP-Konzentrationsänderungen in Zellen geeignet.
Jetzt haben Wissenschaftler und Mitarbeiter von Janelia unter der Leitung von Jonathan Marvin, einem leitenden Wissenschaftler im Tool Translation Team von Janelia, den Sensor der nächsten Generation, iATPSnFR2, entwickelt, der ATP-Konzentrationen über einen viel größeren Bereich verfolgen kann. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, ATP in lebenden Zellen viel detaillierter als je zuvor zu messen.
Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Tagebuch Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Tim Ryan, Forscher bei Weill Cornell Medicine und Janelia-Stipendiat, der mit Marvin und dem Team an der Entwicklung und Erprobung des neuen Sensors arbeitete, nutzte iATPSnFR2, um Veränderungen im ATP an einzelnen Synapsen zu verfolgen, den Verbindungsstellen, an denen Neuronen kommunizieren.
Ryan und sein Team untersuchen, wie Veränderungen der ATP-Aktivität an Synapsen eine Rolle bei der Entstehung der Parkinson-Krankheit spielen könnten. Mit dem neuen Sensor können sie diese Veränderungen direkt beobachten und herausfinden, wie diese Schwankungen zur Krankheit beitragen könnten.
Über diese Forschung hinaus geht das Team davon aus, dass der neue Sensor von anderen Wissenschaftlern zur Untersuchung einer Vielzahl von Forschungsfragen im Zusammenhang mit ATP verwendet wird, die mit früheren Werkzeugen schwer zu beantworten waren.
Mehr Informationen:
Jonathan S. Marvin et al, iATPSnFR2: Ein Fluoreszenzsensor mit hohem Dynamikbereich zur Überwachung von intrazellulärem ATP, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2024). DOI: 10.1073/pnas.2314604121