مقالة منهجية

سير العمل وأدوات لفحص الأجزاء البلورية في هيلمهولتز-زينتروم برلين

DOI:

10.3791/62208

⸱

مارس 3, 2021

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Macromolecular Crystallography, Helmholtz-Zentrum Berlin, 2Structural Biochemistry Group, Institute for Chemistry and Biochemistry, Freie Universität Berlin, 3BioMAX, MAX IV Laboratory, 4Drug Design Group, Institute of Pharmaceutical Chemistry, Philipps-Universität Marburg, 5Department Sample Environment, Helmholtz-Zentrum Berlin

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتم إجراء فحص الشظايا البلورية في هيلمهولتز-زينتروم برلين باستخدام سير عمل مع مكتبات مركبة مخصصة وأدوات مناولة الكريستال ومرافق جمع البيانات السريعة وتحليل البيانات الآلي إلى حد كبير. ويهدف البروتوكول المقدم إلى تعظيم مخرجات مثل هذه التجارب لتوفير نقاط انطلاق واعدة لتصميم الليجاند القائم على الهيكل المصبي.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

فحص جزء هو الأسلوب الذي يساعد على تحديد نقاط انطلاق واعدة لتصميم ligand. وبالنظر إلى أن بلورات البروتين المستهدف متوفرة وتعرض خصائص حيود الأشعة السينية عالية الدقة بشكل مستنسخ، فإن علم البلورات هو من بين أكثر الطرق المفضلة لفحص الأجزاء بسبب حساسيته. بالإضافة إلى ذلك ، هو الأسلوب الوحيد الذي يوفر معلومات مفصلة 3D من وضع الربط للجزأة ، وهو أمر حيوي لتطور المركب العقلاني اللاحق. يعتمد الاستخدام الروتيني للطريقة على توافر مكتبات الأجزاء المناسبة ، والوسائل المخصصة للتعامل مع أعداد كبيرة من العينات ، وخطوط الحزم السينكروترونية الحديثة لقياسات الحيود السريعة والحلول الآلية إلى حد كبير لتحليل النتائج.

هنا، يتم عرض سير العمل العملي الكامل والأدوات المضمنة حول كيفية إجراء فحص الأجزاء البلورية (CFS) في هيلمهولتز-زينتروم برلين (HZB). قبل سير العمل هذا، يتم تحسين ظروف النقع البلوري وكذلك استراتيجيات جمع البيانات للتجارب البلورية القابلة للاستنساخ. ثم، عادة في إجراء لمدة يوم إلى يومين، يتم استخدام مكتبة تركز على لجنة الأمن الغذائي العالمي تضم 96 عضوا والتي يتم توفيرها كألواح جاهزة للاستخدام المجففة لنقع 192 بلورة، والتي يتم تبريدها بعد ذلك بشكل فردي. يمكن إجراء تجارب الحيود النهائية في غضون يوم واحد في خطوط الحزم المدعومة بالروبوت BL14.1 و BL14.2 في حلقة تخزين الإلكترون BESSY II التي تديرها HZB في برلين أدلرشوف (ألمانيا). معالجة البيانات البلورية ، وصقل هياكل البروتين ، وتحديد ضرب سريع والآلية إلى حد كبير باستخدام خطوط أنابيب البرمجيات المتخصصة على خوادم مخصصة ، مما يتطلب مدخلات المستخدم القليل.

يتيح استخدام سير عمل CFS في HZB تجارب الفحص الروتينية. فهو يزيد من فرص التحديد الناجح لضربات الشظايا كنقاط انطلاق لتطوير ملفات أكثر فعالية ، مفيدة للتطبيقات الدوائية أو الكيميائية الحيوية.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الخطوة الأولى في تطوير المخدرات هي فحص المركبات ضد هدف المصلحة. تقليديا، تستخدم المكتبات المركبة الكبيرة في ما بين 100،000-1،000،000 إدخالات في المقايسات الكيميائية الحيوية عالية الإنتاجية في صناعة الأدوية. وقد استكملت هذه الاستراتيجية بتصميم الأدوية القائمة على جزء (FBDD)، وهي طريقة أحدث التي اتخذت ارتفاعا حادا خلال السنوات ال 20 الماضية وأصبحت استراتيجية سائدة لتوليد المرشحين الرصاص عالية الجودة بسبب العديد من المزايا المتأصلة في الطريقة1. يشير مصطلح "جزء" إلى جزيء عضوي صغير يحتوي عادة على أقل من 20 ذرة غير هيدروجينية أو ثقيلة (HAs). وبالتالي، فإن الجزء أصغر بكثير من الجزيئات الشبيهة بالمخدرات أو الرصاص (عادة أقل من 30 HAs) التي يتم استكشافها في الفحص التقليدي عالي الإنتاجية. الأجزاء هي ملفات ضعيفة التقارب. ومع ذلك ، بالمقارنة مع الجزيئات الكبيرة ، فإن الشظايا أكثر تنوعا ، حيث يمكن حتى لمجموعة صغيرة منها أن تمثل بشكل أفضل المساحة الكيميائية ذات الصلة للجزيئات ذات الحجم نفسه2. أيضا، تطور فحص جزء يضرب في جزيئات الرصاص هو أكثر فعالية بكثير من تحسين جزيئات أكبر بالفعل2،3،4،5. وهذا يعني أنه في انتظار حساسية كافية للكشف، يمكن استخدام فحص الشظايا بكفاءة وينتج عنه نقاط انطلاق عالية الجودة لمزيد من التطور المركب. ويمكن تطبيق عدة طرق بيوفيزيائية لفحص الشظايا، وأكثرها شعبية الرنين المغناطيسي النووي، والتصوير البلوري بالأشعة السينية، وصدى البلازمون السطحي، وفحوصات التحول الحراري. وتستخدم هذه الأساليب إما بطريقة متوازية أو متتابعة، بهدف زيادة الثقة في الزيارات وتقليل أعداد الإيجابيات الكاذبة أو السلبيات الكاذبة، على التوالي. غير أن دراسة مقارنة أجريت مؤخرا6 أشارت إلى أنه ينبغي تجنب سلاسل الفرز المتتابعة بسبب التداخل المنخفض بين مختلف الأساليب.

الأشعة السينية البلورات هو وسيلة راسخة لتحديد هيكل في التفاصيل الذرية ولكن في الآونة الأخيرة كما تم تطويرها كأداة لأغراض الفحص7،8. كما بلورات البروتين تحمل تركيزات شظايا عالية (على سبيل المثال، 100 mM)، فحص شظايا البلورية (CFS) يمكن أن تتنافس مع غيرها من الطرق الفيزيائية الحيوية لفحص شظايا أو حتى يتفوق عليها كطريقة الفحص الخطوة الأولى6،9. ومع ذلك، فإن شرط أساسي مسبق ل CFS هو نظام تبلور معتمد للبروتين المستهدف الذي يقدم بلورات ذات خصائص حيود بدقة عالية إلى حد كبير، وعادة ما تكون أفضل من 2 Å.

ومن الفوائد الحصرية للجنة الأمن الغذائي العالمي مقارنة بجميع منهجيات فحص الأجزاء الأخرى توفير معلومات مفصلة ثلاثية الأبعاد عن طريقة الربط للشظايا المحددة. هذه المعلومات الهيكلية أمر بالغ الأهمية للتحسين العقلاني للشظايا يضرب إلى الموثقات أعلى تقارب. استراتيجيات وضع الاستراتيجيات تنمو ، ودمج ، وربط جزء يضرب5. وبالتالي يتم توفير كفاءة عالية نسبيا ليغاند من البداية، ويمكن تجنب إدخال مجموعات غير ضرورية أو المكانية غير مناسبة، وبالتالي خفض تكاليف التوليف الكيميائي. وبشكل عام، تتمتع CFS بمزايا لا مثيل لها كاستراتيجية بداية لتصميم الأدوية.

وبالنظر إلى أن هدفا بيولوجيا معينا يلبي المتطلبات العالية للجنة الأمن الغذائي العالمي فيما يتعلق بنوعية الكريستال، فهناك بعض العوامل الرئيسية التي تزيد من فرص نجاح حملات الفرز هذه إلى أقصى حد. يعتمد ذلك على جودة مكتبة الأجزاء المستخدمة ، على سير عمل فعال لتنفيذ التجارب قبل تجربة الحيود ، على خطوط الحزم السنكروترونية مع أتمتة كافية وسرعة جمع البيانات ، وكذلك على طرق ووسائل معالجة البيانات وتحليلها الآلي إلى حد كبير. هنا ، يتم تقديم سير العمل الكامل من تجارب نقع الكريستال إلى تحديد ضرب ، في الطريقة التي أنشئت بنجاح في خطوط شعاعية البلورات الجزيئية الكلية في BESSY الثاني(الشكل 1). والمرفق مفتوح للمستخدمين الأكاديميين والصناعيين للتعاون. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للمستخدمين الأكاديميين لدول الاتحاد الأوروبي خارج ألمانيا التقدم بطلب مباشر للحصول على التمويل من خلال مشروع اكتشاف iNEXT.

هناك شروط أساسية لا غنى عنها لتكون قادرة على بدء حملة لجنة الأمن الغذائي العالمي وإجراء البروتوكول المبين في هذا العمل: بلورات منتشرة جيدا من البروتين المستهدف متوفرة التي يمكن زراعتها بشكل مستنسخ بأعداد كبيرة، والتي هي مستقرة في درجة الحرارة المحيطة، والتي نمت باستخدام كوكتيل تبلور دون مكونات متقلبة للغاية. شرط أساسي آخر هو ملاءمة شعرية الكريستال للتجربة. في شعرية مناسبة، يجب أن تتعرض مواقع مثيرة للاهتمام من البروتين المستهدف نحو قنوات المذيبات وبالتالي يمكن الوصول إليها. خطوة أخرى سابقة اختيارية ولكن مع ذلك يوصى بشدة لضمان النجاح في سير العمل لحملة لجنة الأمن الغذائي العالمي هو تحسين حالة النقع للتجربة. الإحصاءات المرجعية الحيوية هنا هي قوة الحيود من الكريستال ومؤشرات جودة البيانات ذات الصلة، والتي يتم تحديدها خلال إجراء قياس البيانات. العوامل النموذجية لتحسين هي DMSO التسامح، والتركيز العازلة والتبريد- الحماية. على الرغم من أن ليس شرطا مسبقا صارما كما هو مفصل أدناه، DMSO كمذيب مشارك يمكن أن تساعد على زيادة التشحيم جزء. يجب أن تتضمن الاختبارات النموذجية نقع 0 أو 3 أو 6 أو 10٪ (v/v) DMSO بين عشية وضحاها. وتساعد زيادة تركيز العازلة إلى 200 أو 300 م م على منع الفقدان في جودة الحيود بسبب الآثار العرضية لتحويل درجة الحموضة الناشئة عن تركيزات الشظايا العالية التي ستستخدم. وأخيرا، فمن الأهمية الحاسمة لمعرفة ما إذا كان المطلوب و أي cryoprotectant إضافية وإذا كان يمكن أن تدرج بالفعل في حالة نقع. ومع ذلك، في كثير من الحالات، لا توجد حاجة إلى حماية إضافية للكريو، لأن DMSO نفسها يمكن أن تعمل كمحمي التبريد. إذا كان الأمر كذلك، فإن هذا سيوفر خطوة معالجة واحدة في التجربة النهائية. تحتاج معظم البلورات إلى أقل حماية للكريو إذا تم تبريد الفلاش على حلقات بحجم مناسب ، مما يقلل أو يتجنب المشروبات الكحولية الأم المحيطة قدر الإمكان. ومع ذلك ، في حالات نادرة ، طبقة من الخمور الأم ضرورية بالفعل لمنع الأضرار التي لحقت الكريستال على التبريد فلاش.

عدد الزيارات التي تم الحصول عليها في حملة لجنة الأمن الغذائي العالمي لا يعتمد فقط على سهولة تخدير البروتين المستهدف ومدى ملاءمة شعرية الكريستال (انظر أعلاه) ، ولكنه يعتمد أيضا على جودة المكتبة. وتتألف جودة المكتبة من جانبين: اختيار المركبات للمكتبة وحلويات المركبات ،(أي الشكل المادي الذي يتم تقديمه للتجربة). لاختيار مركب استراتيجيات مختلفة يمكن استخدامها. وتشمل معظم تصاميم المكتبات تعظيم التنوع الكيميائي للشظايا. ويمكن أن يكون التركيز الاستراتيجي هو تضمين قابلية الشظايا للمواد الكيميائية لتصميم المتابعة، والتي تم تطبيقها على سبيل المثال في مكتبة Diamond-SGC-iNEXT التي تستعد10. ومع ذلك، يمكن أن يكون التركيز الاستراتيجي الآخر لتصميم المكتبة هو تعظيم تمثيل المساحة الكيميائية المتاحة تجاريا للشظايا حسب الشكل والتكتلات القائمة على الصيدلانية، كما يتضح من مكتبات F2X التي تم تطويرها في HZB11. وبشكل أكثر تحديدا، تم تطوير مكتبة F2X-Universal المكونة من 1103 أعضاء وفئة فرعية تمثيلية من 96 مركبا لحملات CFS الأولية، والتي تسمى شاشة F2X-Entry، وتم التحقق من صحة شاشة F2X-Entry بنجاح11. شاشة F2X-Entry هي الخيار الأساسي لحملات CFS في HZB. بعد ذلك، يمكن تنفيذ حملات أكبر باستخدام مكتبة F2X-Universal أو مكتبة جزء EU-OPENSCREEN12 التي تضم 1056 عضوا والتي يتم تقديمها أيضا في HZB. وفي الوقت الحاضر، تتوفر هذه المكتبات لمستخدمي خطوط الشعاع البلورية الجزيئية الكلية للسينكروترون BESSY II في برلين مجانا على أساس عقد تعاون. وهذا ينطبق أيضا على المستخدمين عبر اقتراحات اكتشاف iNEXT. وعلاوة على ذلك، فإن شاشة F2X-Entry متاحة لجميع العلماء المهتمين على أساس اتفاق لنقل المواد.

وفيما يتعلق بالعرض المادي للمكتبة، يعتمد نهجان عادة: تستخدم الأجزاء إما كحلول مخزون DMSO أو تجفف الأجزاء وتجمد على اللوحات الجاهزة للاستخدام. في HZB، يتم تقديم كل من شاشة F2X-Entry والمركبات غير المتطايرة لمكتبة F2X-Universal كمركبات مجففة في لوحة تبلور منخفضة الأضواء من 3 عدسة 96 جيدا MRC. عرض شظايا شلت في لوحات تبلور له ميزتين حيويتين: أولا، فإنه يسمح بنقل لوحات الفحص إلى المختبر المنزلي للمستخدم. لذلك، يمكن تنفيذ خطوات النقع ومعالجة الكريستال لسير العمل المعروضة هنا (الخطوات 1-3) في أي مكان. ثانيا، يمكن استخدام حل خال من DMSO. وبالتالي يمكن فحص الأهداف الحساسة ل DMSO بسهولة ، مع الاحتفاظ إلى حد كبير بمعدلات الإصابة المتوقعة11. ومع ذلك ، DMSO لا تزيد من قابلية الذوبان جزء ، وبالتالي فمن الجدير التحقق من التسامح DMSO من نظام الكريستال في الاختيار مسبقا كما هو موضح أعلاه.

يصف البروتوكول الموضح أدناه تجربة نموذجية مع شاشة 96 مركبة مثل شاشة F2X-Entry. لذلك، ما يقرب من 250 بلورات تحتاج إلى أن تكون مستعدة في الوقت المناسب لاستخدامها طازجة. فمن المستحسن للغاية لإعداد ينقع لجميع المركبات 96 في مكررة. فمن المستحسن، ولكن اختياري، لإعداد إضافية وهمية نقع من شأنها أن تساعد في وقت لاحق مع تحليل البيانات باستخدام تحليل كثافة البيانات عموم (PanDDA) نهج لتحديد ضرب13. يتم تعريف النقع الوهمي على أنه تجارب نقع على بلورات البروتين باستخدام نفس محلول النقع مثل الجزء الذي ينقع لنفس وقت الحضانة ، ولكن لا توجد شظايا. إذا كان محلول النقع مساويا لحالة التبلور ، فقد يتم حصاد البلورات مباشرة من لوحة التبلور.

اعتمادا على قدرات المغير عينة الروبوتية، قد يكون من الضروري استخدام أشكال عفريت مختلفة. في الوقت الحالي ، يجب إعداد عينات من خط الحزمة BL14.1 الذي يشغله HZB في شكل Unipuck ، يجب إعداد عينات من خط الحزم BL14.2 الذي يشغله HZB في شكل عفريت SPINE. في هذا البروتوكول، يتم افتراض التحضير في شكل Unipuck.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

بلورات 1.Soaking

  1. خذ لوحة الفحص (هنا، لوحة شاشة F2X-Entry، الشكل 2)من الفريزر -20 درجة مئوية ووضعها على مقاعد البدلاء / الجدول لمدة 30 دقيقة تقريبا لتدفئتها مسبقا لدرجة حرارة الغرفة، وبالتالي تجنب رطوبة التكثيف.
  2. ترتيب مكان العمل مع اثنين من المجاهر مرتبة عن كثب وجميع الأدوات اللازمة(الشكل 3A). المواد مدرجة في جدول المواد.
  3. اختيار 3-4 حلقات من الحجم المناسب لنقل بلورات لتكون غارقة ووضعها على مقربة من المجاهر.
  4. ملء تجاويف لوحة بقعة الزجاج مع المياه غير المؤينة أو المقطر.
  5. إعداد 5 مل من محلول النقع.
  6. قطع فتح كيس من لوحة الفحص مسبقا تدفأ لدرجة حرارة الغرفة.
  7. إزالة الغطاء واحباط من لوحة الفحص، مع الحفاظ على لوحة وضعت على مقاعد البدلاء / الجدول.
  8. Decant 5 مل من محلول النقع في خزان الكاشف.
  9. ملء كل من الخزانات 96 مع 40 ميكرولتر من محلول نقع باستخدام ماصة 12 قناة.
  10. ضع EasyAccess Frame أعلى لوحة الفحص وقم بتأمينه باستخدام المشابك المضمنة عن طريق تمريرها إلى الجانب الأيسر والأيمن من الجهاز.
    ملاحظة: الإطار EasyAccess هو جهاز خاص للتعامل مع بلورات متعددة، والتي تم تطويرها في HZB14. فهو يتيح سهولة الوصول إلى كل بئر عن طريق تحويل البلاط المنقول مع حماية الآبار الأخرى من التبخر.
  11. ضع لوحة الفحص (بما في ذلك إطار EasyAccess) تحت المجهر الأول ولوحة التبلور بما في ذلك البلورات التي سيتم نقعها تحت المجهر الثاني.
  12. الشريحة فتح جيدا A1 من لوحة الفحص عن طريق تحريك البلاط الزجاج الاكريليك كل من الإطار EasyAccess إما بإصبع أو أداة القلم الموردة.
  13. إضافة 0.4 ميكرولتر من محلول النقع من الخزان إلى الجزء الذي يحتوي على بئر (العدسة اليسرى العليا) باستخدام طرف ماصة جديدة. تحقق من خلال المجهر أن قطرة يغطي جزء المجففة على، حتى تتمكن من حل.
    ملاحظة: بدلا من ذلك، يمكن تنفيذ هذه الخطوة باستخدام روبوت ماصة قبل تجميع الإطار EasyAccess. وبهذه الطريقة يمكن وضع قطرات النقع من جميع الآبار في إجراء تلقائي واحد. ومع ذلك ، يوصي المؤلفون بإضافة محلول النقع مباشرة قبل خطوة النقع كما هو موضح لضمان أن الشظية تتلحم ببطء وفي وجود الكريستال. وهذا يتجنب أن الكريستال يواجه صدمة مفاجئة عند نقلها إلى قطرة مع تركيز جزء عالية.
  14. تحت المجهر الثاني، وقطع فتح احباط الختم من لوحة تبلور في واحدة من الآبار التي تحتوي على بلورات الهدف.
  15. نقل بلورتين باستخدام حلقة الحجم المناسب التي شنت على عصا الكريستال إلى A1 جيدا من لوحة الفحص تحت المجهر الأول.
  16. غسل حلقة في لوحة بقعة الزجاج المعدة وتجفيفه عن طريق لمس بلطف الأنسجة. القيام بذلك بعد كل نقل لتجنب التلوث عبر مع جزء يحتوي على حلول نقع.
  17. استخدام المجهر للتأكد من أن بلورات قد وضعت بشكل صحيح.
  18. الانتقال إلى البئر التالي (على سبيل المثال، B1).
  19. كرر الخطوات 1.13-1.18 مع جميع الآبار 96 من لوحة الفحص حتى كل قطرة تمرغ يحتوي على بلورتين.
  20. إزالة لوحة الفحص (بما في ذلك الإطار EasyAccess) من تحت المجهر ووضعه على مقاعد البدلاء / الجدول.
  21. قم بإزالة إطار EasyAccess من لوحة الفحص.
  22. ختم لوحة الفحص مع احباط الختم ووضعها في حاضنة تبلور أو خزانة، على التوالي، حيث نمت بلورات.
  23. احتضان لوقت النقع الأمثل. بين عشية وضحاها عادة ما تكون مريحة.
  24. (اختياري) إعداد ما يقرب من 40 بلورات آبو (أي نقع وهمية)
    1. خذ لوحة تبلور MRC 3-lens 96-well low-profile وملأ عمودين بمحلول نقع 40 ميكرولتر لكل بئر باستخدام ماصة 12 قناة.
    2. ضع EasyAccess Frame فوق لوحة التبلور وقم بتأمينه باستخدام المشابك المضمنة عن طريق تمريرها إلى الجانب الأيسر والأيمن من الجهاز.
    3. الشريحة فتح البلاط الزجاج الاكريليك من A1 جيدا.
    4. ضع 0.4 ميكرولتر من محلول النقع في كل من العدسات اليسرى اثنين من البئر.
    5. نقل بلورات 2-3 إلى كل قطرة. بعد كل نقل، اغسل الحلقة في لوحة بقعة الزجاج المعدة وجففها عن طريق لمس الأنسجة بلطف.
    6. الانتقال إلى البئر التالي (على سبيل المثال، B1).
    7. كرر الخطوات 1.24.4-1.24.6 حتى تصبح حوالي 40 بلورة جاهزة للحضانة.
    8. إزالة لوحة تبلور (بما في ذلك الإطار EasyAccess) من تحت المجهر على مقاعد البدلاء / الجدول وإزالة الإطار EasyAccess.
    9. ختم لوحة تبلور مع احباط الختم ووضعه في حاضنة التبلور المذكورة أعلاه أو خزانة.
    10. احتضان لنفس الوقت لوحة الفحص.

2. حصاد بلورات

  1. إخراج لوحة الحضانة (ق) من الحاضنة أو خزانة، على التوالي.
  2. ترتيب مكان العمل مع المجهر واحد وجميع الأدوات اللازمة(الشكل 3B). المواد مدرجة في جدول المواد.
  3. إعداد dewar رغوة Unipuck مع 3 أغطية Unipuck (أي، حاويات عينة) وملئه بالنيتروجين السائل (LN2).
    ملاحظة: مراعاة احتياطات السلامة المناسبة للعمل مع LN2 (أي ارتداء نظارات واقية للسلامة واستخدام معدات الحماية المناسبة). فمن الأفضل للحصول على LNالطازجة 2 عدة مرات خلال الدورة من أجل تجنب تكثيف المياه في LN2 يمكن التخزين. من خلال الإجراء التالي بأكمله، تأكد من أن مستوى LN2 في ديوار الرغوة يصل دائما إلى الحافة العليا من dewar. تأكد أيضا من أن LN2 خال من الجليد؛ استبدال LN2 (على سبيل المثال، مرة واحدة كل 45 دقيقة)، أو آخر إذا بدأ الجليد تتراكم. ثم، وملء ديوار الرغوة الثانية ونقل Unipucks إليها. إفراغ الرغوة الجليدية ديوار وإزالة الجليد المتبقية والرطوبة مع مجفف ضربة.
  4. إزالة احباط من لوحة الفحص ووضع الإطار EasyAccess على القمة.
  5. الشريحة مفتوحة بشكل جيد A1.
  6. حصاد بلورتين من قطرة وفلاش بارد لهم في LN2 (واحدا تلو الآخر) عن طريق الغطس مع حركة عمودية سريعة في LN2 ومن ثم إدراج العينة في موقف عفريت السليم. تدوين الملاحظات ذات الصلة على ورقة تتبع العينة.
  7. خطوة حماية التبريد (إذا لزم الأمر للبلورات الهدف). في مثل هذه الحالة، تنفيذ هذه الخطوة بدلا من 2.6.
    1. ضع 0.4 ميكرولتر من محلول النقع بما في ذلك المبرد على العدسة اليسرى السفلية من البئر.
    2. سحب حلقة مع الكريستال التي شنت من انخفاض في العدسة اليسرى العليا ببطء من خلال الحل في العدسة اليسرى السفلى مع الحفاظ على الكريستال في الحلقة، ومن ثم فلاش بارد في LN2. حصاد بلورتين بهذه الطريقة.
      ملاحظة: في الخطوتين 2.6 و 2.7، تأكد من أن الوقت الكريستال في الحلقة ويتعرض للهواء يتم الاحتفاظ قصيرة جدا. يجب إجراء الهبوط (أي الإسقاط الرأسي للعينة في dewar المملوءة LN2)في أسرع وقت ممكن. وهذا يضمن جودة عالية للعينات والوقاية من حلقات الجليد في البيانات. تتبع العينات (أي لاحظ إذا بلورات لها أضرار، وما إلى ذلك) لتحديد أولويات إما مكررة لقياسات الأشعة السينية التالية، واستخدام القالب لذلك. حتى لو بلورات الشقوق، "الشعر" أو غيرها من العيوب بسبب نقع، فإنها لا تزال تستخدم وينبغي دائما حصادها. في حالة البلورات اقتحم عدة قطع، وينبغي حصاد اثنين من أكبر / أفضل القطع يبحث. ويبين الشكل 5 بعض الأمثلة على كيف يمكن أن تبدو هذه البلورات. أعطت جميع البلورات المعروضة مجموعات بيانات لا تزال مفيدة في الحملة11المعنية ، مما يؤكد أنه من المفيد حصاد البلورات بعد العلاج المنقع ، حتى لو حدثت تغييرات مورفوولوجية كبيرة.
  8. انتقل إلى البئر التالي وكرر الخطوات 2.5 - 2.6./2.7 حتى يتم ملء جميع الصولجانات الثلاثة.
  9. إضافة قواعد Unipuck على رأس الأغطية بعد تبريدها مسبقا في LN2.
  10. تخزين Unipucks في رفوف التخزين في ديوار النقل أو ديوار التخزين.
  11. كرر الخطوات السابقة حتى تتم معالجة جميع آبار لوحة الفحص.
  12. (اختياري) إذا تم إعداد بلورات وهمية غارقة، حصادها بطريقة مماثلة كما هو موضح مسبقا.
    ملاحظة: إذا كان اثنين من بلورات لكل من الشروط 96 من لوحة الفحص يمكن أن يكون فلاش تبريد، سيكون هناك مساحة ل32 بلورات آبو وهمية غارقة، لملء Unipucks 14.
  13. تخزين Unipucks في LN2 حتى القياس.

3. جمع البيانات

  1. نقل Unipucks إلى خط الحزم BL14.1. إذا تم استخدام الصولجانات العمود الفقري في الخطوة 2، ونقلها إلى خط الحزم BL14.2.
  2. إجراء قياسات قياسية على خط الحزم باستخدام توصيات محددة أدناه. تفاصيل عن منشأة وبرنامج التحكم في التجربة MXCuBE2 وقد عرضت سابقا15،16. الشكل 4 يظهر الداخلية من الأكواخ التجريبية من beamlines BL14.1 و BL14.2 فضلا عن لقطة سبيل المثال من برنامج التحكم MXCuBE2 في BL14.1 الحزمة.
    1. لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة والوقت الإنتاجية، تخطي مجموعة من الصور الاختبار. سيتم تثبيت مسافة العينة إلى الكاشف إلى قيمة مناسبة للحد الأقصى للدقة للنظام البلوري المحدد في التجارب السابقة. إذا لم يتم تحسين استراتيجية جمع البيانات مسبقا، فاجمع 1800 صورة من 0.2 درجة لكل منها مع وقت تعرض قدره 0.1 s لكل صورة.
    2. من الناحية المثالية ، اختبر استراتيجية جمع البيانات في التجارب السابقة باستخدام بلورات آبو وهمية. وبالنسبة للمجموعات الفضائية ذات التماثل الأعلى، فإن 1200 صورة أو حتى 900 صورة (أي 240 درجة أو 180 درجة على التوالي) ستعطي بالفعل مجموعات بيانات كاملة مع إحصاءات جيدة، بغض النظر عن زاوية البدء في جمع البيانات.
      ملاحظة: التكرار العالي والقطع الدقيق يمكن أن تسفر عن جودة بيانات فائقة17. ومع ذلك ، فإن استخدام هذه الاستراتيجية "بما فيه الكفاية ولكن ليس أكثر" المقترحة هنا هو مفاضلة ممتازة بين الجودة ووقت جمع البيانات ، وكذلك المتطلبات الحسابية للتحليل في وقت لاحق. 10- وبالطريقة الموصوفة، يمكن جمع 200 من البيانات في غضون 24 ساعة في خطوط الحزم BL14.1 وBL14.2. ومع ذلك، ينبغي إعطاء الأولوية للعينات.
    3. أولا جمع مجموعات بيانات الحيود لعينة واحدة لكل شرط جزء، استنادا إلى ترتيب الأولويات في الخطوة 2.6./2.7 (أي جمع البيانات لتكرار أعلى أولوية).
    4. بالنسبة لتلك التجارب في 3.2.3 حيث فشل جمع البيانات، فقد الحيود أو حدثت حلقات جليدية شديدة، جمع البيانات للعينة المكررة الثانية من حالة جزء كل منها.
    5. جمع مجموعات بيانات الحيود من بلورات آبو (إذا أعدت وفقا للخطوات 1.24 و 2.12).
    6. جمع مجموعات بيانات الحيود من التكرارات المتبقية من كل شرط جزء.
    7. في برنامج MXCuBE2، تطابق معرفات مجموعة البيانات لحملة CFS مع النمط التالي: <>-<معدلي>-[ABCDEFGH][01][0123456789][ab] (على سبيل المثال، MyProtein-F2XEntry-B05a، حيث "B05" لتقف على البئر (أي شرط جزء في الشاشة) و "أ" التالية لأول مكررة.)

4. معالجة البيانات

  1. لتحليل البيانات من حملة لجنة الأمن الغذائي العالمي ، استخدم FragMAXapp ، وهو حل على شبكة الإنترنت للسيطرة على تحليل multix لمعالجة السيارات الصقل وPanDDA ضرب تقييم البيانات لجنة الأمن الغذائي العالمي18 (ليما وآخرون FragMAXapp ، البيانات غير المنشورة). في إصدار FragMAXapp المنتشرة في HZB البرامج التالية / خطوط الأنابيب متوفرة: XDSAPP19، Xia2-DIALS وXia2-XDS20، fspipeline7، DIMPLE21، فينيكس LigFit22، PanDDA13،23. استخدام نموذج إدخال المكرر جيدا من البروتين المستهدف كمدخل للصقل التلقائي; وإلا أداء صقل دقيق واحد عالية الدقة وهمية غارقة الكريستال التي تم جمعها خلال الحملة.
    ملاحظة: عنصر أساسي لتعريف ضرب هو PanDDA. وترد تفاصيل في كل منشورات13،23. باختصار، تقوم PanDDA تلقائيا بحساب خرائط كثافة الإلكترون لمجموعة من مجموعات البيانات في حملة CFS. ثم يفترض أن هذه الشروط غير ملزمة جزء ومتوسط لتوليد ما يسمى نموذج الحالة الأرضية. ثم يستخدم نموذج الحالة الأرضية لاشتقاق التناقضات المحلية بين كل خريطة كثافة إلكترون وخريطة حالة الأرض، باستخدام درجات Z المرتبطة بالفوكسل. ثم، بالنسبة للمناطق ذات الدرجات العالية Z، يتم إنشاء ما يسمى خريطة PanDDA عن طريق الطرح الدقيق لكثافة الحالة الأرضية من الخريطة المعنية. وهذا يعزز إلى حد كبير من وضوح الأحداث الملزمة للشظايا.
  2. لتحقيق أقصى قدر من نتائج PanDDA، استخدم نهج من خطوتين. أولا، تنفيذ تشغيل PanDDA (pandda.analyse) مع الإعدادات القياسية. حتى لو تم جمع بلورات وهمية غارقة، لن يتم تضمين هويتهم كمعلمة (وهو أمر ممكن مع ذلك) من أجل تمكين جيل غير منحاز من نموذج الحالة الأرضية من قبل PanDDA من جميع البيانات المتاحة. بعد ذلك ، يتم تقييم بيانات الإخراج من قبل المستخدم عن طريق ما يسمى بتفتيش PanDDA في Coot24. وهنا، ينبغي ملاحظة الضربات بثقة عالية نسبيا، مختتمة الخطوة الأولى.
  3. ثانيا، إعادة تشغيل الخطوة pandda.analyse باستثناء الزيارات الأولية (المحددة في الخطوة الأولى) من نموذج الحالة الأرضية عبر --exclude_from_characterisation="<قائمة من مجموعات البيانات-معرفات>" سطر الأوامر. يتم وصف مزيد من التفاصيل على صفحات مساعدة PanDDA (https://pandda.bitbucket.io/). وبهذه الطريقة، يتم تجاهل مجموعات البيانات التي تكون واضحة وبالتالي تحجب نموذج الحالة الأرضية إذا تم تضمينها. وهذا يؤدي إلى تحسين نموذج الحالة الأرضية وبالتالي إلى تحسين النتائج بشكل عام. وأخيرا، يتم إجراء فحص PanDDA شامل لإكمال تحديد هوية ضرب.
    ملاحظة: FragMAXapp يتضمن أيضا خيار الإخراج لحفظ الدول المنضمة على غرار أو إعداد البيانات لتقديم PDB، لمزيد من التفاصيل انظر صفحات ويب FragMAX (https://fragmax.github.io/).

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

كجزء من حملات التحقق من صحة ذكرت سابقا من شاشة F2X دخول11، وأجريت ثلاث حملات في خط الحزم BioMAX في ماكس الرابع ، وأجريت حملة واحدة في BL14.1 الحزمة في HZB. في الحملة الأخيرة ، تم فحص مجموعة معينة من ظروف شاشة F2X-Entry باستخدام حالة نقع لا تحتوي على DMSO مقابل مجمع البروتين البروتيني للخميرة Aar2 والمجال الشبيه ب RNaseH من الخميرة Prp8 (AR). مجموعة مختارة من الشروط تشمل الزيارات التي تم العثور عليها في حملة سابقة من شاشة F2X الدخول ضد AR في حالة نقع تحتوي على DMSO11، (أي، في الحملة التي أجريت في HZB تم إعادة فحص تلك الزيارات في غياب DMSO). الشكل 7 يظهر لمحة عامة عن الزيارات التي تم الحصول عليها بعد تحليل البيانات مع مزيج FragMAXapp من XDSAPP للمعالجة ، fspipeline لصناعة السيارات في الصقل والعثور على ضرب اللاحقة باستخدام PanDDA.

figure-results-1
الشكل 1:التمثيل التخطيطي لسير عمل تجربة فحص الأجزاء البلورية (CFS) مع التركيز على البيئة الخاصة في Helmholtz-Zentrum Berlin. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-2
الشكل 2: صياغة وتغليف الشاشة F2X الدخول. تتوفر الشاشة ذات ال96 مركبا على لوحة منخفضة الأضواء من 3 عدسات 96-well MRC، مختومة بورق وفراغ معبأ. يتم تجفيف 96 مركبا من الشاشة من حلول DMSO في اثنين من العدسات الثلاث لكل بئر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-3
الشكل 3:تصوير منضدة عمل لجنة الأمن الغذائي العالمي في مختبر إعداد HZB. يتم عرض تجميعات من الأدوات اللازمة ل)نقع وباء )حصاد الكريستال. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-4
الشكل 4: محطات نهاية جمع البيانات وبرامج التحكم. أ)صورة للهاتش التجريبي من خطوط الحزم HZB-MX BL14.1 (يسار) وBL14.2 (يمين)15. ب)لقطة شاشة لواجهة التحكم في تجربة MXCuBE216 المستخدمة في BL14.1 لجمع بيانات الحيود. في BL14.2 يتم استخدام واجهة مشابهة جدا. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.  

figure-results-5
الشكل 5: لقطات فوتوغرافية لبعض العينات البلورية في بيئة التبريد قبل جمع البيانات. وهذا يوضح تباين مورفولوجيات البلورات بعد أداء نقع جزء وحصاد الكريستال. وقد التقطت الصور على خط الحزم BioMAX (ماكس الرابع السنكروترون، لوند، السويد) لعينات AR التي تم جمعها هناك كجزء من التحقق من صحة الشاشة F2X-الدخول11. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-6
الشكل 6: لقطة شاشة من FragMaxApp18 المثبتة في HZB لتحليل البيانات مريحة. مزيد من التفاصيل في ليما وآخرون، FragMAXapp، بيانات غير منشورة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-7
الشكل 7: نظرة عامة على نتائج حملة لجنة الأمن الغذائي العالمي F2X - الدخول مقابل AR (دون DMSO). يظهر مجمع البروتين AR في عرض الرسوم المتحركة ، مع Aar2 الملونة باللون الرمادي والمجال الشبيه RNaseH من Prp8 الملونة باللون الأزرق. يتم تلوين الزيارات جزء من الحملة في ألوان العنصر (C - الأصفر، O - الأحمر، N - الأزرق، S - البرتقالي، Cl - سماوي فاتح). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

معلومات تكميلية. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف. 

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لحملة لجنة الأمن الغذائي العالمي الناجحة، من الضروري الالتزام بالمتطلبات الأساسية الموضحة (انظر المقدمة). هناك حاجة إلى نظام تبلور موثوق به للنمو القابل للاستنساخ للعديد من البلورات المنتشرة جيدا ، وهناك حاجة إلى هيكل جيد الصقل كنموذج apo الإدخال للصقل الآلي. من المهم أيضا التحقق من أن الموقع المستهدف على البروتين (الموقع النشط أو منطقة الواجهة) يمكن الوصول إليه للشظايا في شعرية الكريستال. من المهم تحسين ظروف النقع مسبقا لضمان عدم تدهور جودة البلورة بشكل كبير. ومن المرجح جدا أن يؤدي إهمال هذه الجوانب إلى تجربة دون المستوى الأمثل، تكون ذات فائدة محدودة، وستتطلب، في أسوأ الحالات، تكرار التجربة بأكملها.

يحدد البروتوكول المذكور أعلاه الإجراءات التي يتم اتباعها أثناء حملة CFS القياسية. إذا تم استيفاء جميع الشروط الأساسية، يجب أن يعرض ما لا يقل عن 90٪ من جميع البلورات المنقوعة الحيود بدقة عالية في تجربة الحيود. إذا لم يكن الأمر كذلك، يمكن تقصير أوقات النقع إلى بضع ساعات أو حتى دقائق. نظرا للذوبان الجيد لمعظم الشظايا ، يجب أن يكون هذا كافيا للحصول على قيم إشغال لائقة. كما أن حملة CFS النموذجية ستؤدي إلى معدل إصابة يبلغ حوالي 10٪ أو أكثر. بالنسبة لحملات التحقق من صحة شاشة F2X-Entry، تمت ملاحظة11 وحملات المستخدمين المستمرة ذات نفس المكتبة بمعدلات أعلى من ذلك (20٪ وما فوق، البيانات غير موضحة).

ومن المحاذير العامة لفحص الأجزاء البلورية وجود مواقع اتصال بلورية. ويمكن أن تؤدي هذه إما إلى انسداد مواقع نشطة معروفة مسبقا (يتم فحصها قبل الفحص، انظر أعلاه)، أو أن مواقع الاتصال هذه غالبا ما توفر أيضا جيوبا وبقعا ساخنة يمكن أن ترتبط فيها الشظايا. مثل هذه الزيارات جزء سيكون القطع الأثرية من شعرية تبلور، ومن المرجح أن لا ترتبط البروتين في الحل. وتميل هذه الأحداث إلى أن تحدث في كثير من الأحيان في تجارب النقع أكثر مما تحدث في تجارب التبلور المشترك (ربما بسبب تركيزات الشظايا الأعلى المستخدمة في تجارب النقع). ومع ذلك، وفقا للتجربة السابقة، فإنها تشكل عموما سوى جزء صغير من الزيارات التي تم الحصول عليها. على سبيل المثال ، في حملة التحقق من صحة شاشة F2X-Entry باستخدام endothiapepsin (EP) ومجمع البروتين البروتيني اللصقي ل Prp8RNaseH و Aar2 (AR) ، حدثت معظم الزيارات في المواقع الواعدة11. بالنسبة إلى EP ، تم تحديد موقع 27 من أصل 37 حدثا ملزما لوحظ في الموقع النشط (أي شق الببتيد لهذا البروتيز). وتشمل الأحداث الربط عن بعد 10 اثنين من المذيبات كشف أحداث ملزمة وثمانية أحداث الربط الاتصال الكريستال (المقابلة لخمس مرات فريدة من نوعها). باستثناء تلك الزيارات الاتصال الكريستال لا تزال تعكس معدلا إجماليا قدره 24 ٪ يضرب فريدة من نوعها لحملة الجيش الشعبي. من المهم أيضا ملاحظة أن الأحداث الملزمة البعيدة عن موقع نشط معروف (باستثناء روابط الاتصال البلورية) يمكن أن تكون مثيرة للاهتمام أيضا (على سبيل المثال ، الكشف عن نقاط ساخنة جديدة أو مواقع التستوستيرون للبروتين). لحملة AR (في نفس المنشور) ، من بين 23 حدثا ملزما لوحظ ، تم تحديد موقع سبعة في جهات اتصال بلورية ، وكان أحدها موجودا في الواجهة المباشرة للبروتينين ، وسبعة في مواقع تفاعلات البروتين البروتين المعروفة مع شركاء ملزمين آخرين للسياق البيولوجي الأكبر (وبالتالي مراحل تجميع مختلفة من اللصق) ، وكشفت ثمانية أحداث ملزمة عن نقطتين ساخنتين على AR ذات وظيفة غير معروفة بعد وواحدة على سطح مذيب مكشوف من Prp8RnaseH. لذلك ، باستثناء الأحداث في جهات الاتصال البلورية وPrp8RnaseH سينغلتون ، فإن عدد الأحداث الملزمة المفيدة المحتملة هو 15 (مقابل 14 زيارة فريدة) وبالتالي معدل ضرب 15.6٪. يمكن أن تكون هذه الزيارات نقاط انطلاق لتصميم تحوير التفاعل بين البروتين والبروتين أو لمركبات الأدوات التي تهدف إلى استكشاف النقطتين الساخنتين Aar2 المكتشفتين. إذا ما أخذت معا، وتمشيا أيضا مع حملات المستخدمين التي أجريت، في كثير من الأحيان يجب تجاهل جزء صغير فقط من الزيارات في فحص جزء كريستالي كقطع أثرية. ومع ذلك، فإن هذا سيكون أيضا إلى حد كبير تعتمد على الهدف.

إذا كان معدل الإصابة أقل بكثير، فقد يشير ذلك إلى إحدى المشاكل التالية المتعلقة بالبروتين المستهدف. على سبيل المثال ، في حملة لجنة الأمن الغذائي العالمي ضد بروتياز السيستين الفيروسي لوحظ معدل ضرب 3 ٪ فقط (البيانات غير مبينة). وتبين أن البروتين المستخدم كان على الأرجح معدلا كيميائيا في موقعه النشط. في مثل هذه الحالة، قد يؤدي إعداد بروتين مختلف إلى حل المشكلة. إذا بلورات جدا DMSO التعصب، يمكن أيضا أن تستخدم الشاشة F2X-الدخول دون DMSO، على الرغم من أن النتائج قد تختلف إلى حد ما. معظم الزيارات التي تم الحصول عليها في وجود DMSO سوف تظهر أيضا في غيابها. كما ستكون هناك بعض الزيارات التي لا يمكن ملاحظتها في غياب DMSO ، على الرغم من أنه يمكن ملاحظتها في وجودها. وأخيرا ، سيكون هناك بعض التي تظهر فقط في غياب DMSO.

تحدث أشد صعوبة إذا خضع البروتين لحركة مستحثة عند ربط المادة. على الأرجح، فإن شعرية الكريستال لا تتسامح مع حركة البروتين والبلورات سوف تتفكك. في مثل هذه الحالة ، فإن الخيار الوحيد هو اللجوء إلى التبلور المشترك للبروتين والشظايا. غير أن ذلك قد يؤدي إلى أشكال بلورية جديدة. لذلك، فإن الكثير من التشغيل الآلي للعملية بأكملها لن تعمل بكفاءة بعد الآن. لحسن الحظ ، في معظم حملات لجنة الأمن الغذائي العالمي التي أجريت في HZB حتى الآن ، لم يتم مواجهة هذا النوع من المشاكل. قد يكون، أن الربط الضعيف للجزأة، لا يوفر ما يكفي من الطاقة للحث على حركة البروتين، ولا سيما إذا استقرت تشكيل تبلور من قبل قوى التعبئة الكريستال.

وهناك قيد خطير آخر على الطريقة التي واجهها المؤلفون حتى الآن عندما يحتوي كوكتيل التبلور (وبالتالي محلول النقع) على مركبات متقلبة. ثم يصبح من المستحيل على مقربة من أداء جميع التعامل مع الكريستال بطريقة ذات مغزى.

قد تحتوي البروتينات المختلفة على مواقع قابلة للتخدير إلى حد كبير أو أقل. على سبيل المثال، عادة ما يتم التوسط في التفاعلات البروتينية البروتينية عن طريق الأسطح المسطحة الممتدة التي يصعب استهدافها. وبالتالي فإن معدل ضرب الربط جزء من المرجح أن تعتمد على هيكل السطح الجزيئي للبروتين. في الحالة القصوى، قد لا يحتوي البروتين على أي بقع ساخنة سطحية مناسبة تعمل كمواقع مستهدفة لربط الشظايا. وهكذا ، على الرغم من تجربة أجريت بدقة ، لن ينتج عن الفحص أي ضربة جزء. غير أن أصحاب البلاغ لم يواجهوا حتى الآن مثل هذا الوضع.

من حيث المبدأ، باستخدام البروتوكول المبين أعلاه، يمكن إجراء جزء نقع الكريستال وحصاده من حملة CFS في أي مختبر مجهز للتعامل مع الكريستال. وهذا يميز المنهجية في HZB عن غيرها من مرافق لجنة الأمن الغذائي العالمي ويمكن أن يكون ميزة في بعض الحالات. على سبيل المثال، إذا كان من السهل إعادة إنتاج البلورات في موقع آخر أو إذا كان سفر المجربين محدودا (على سبيل المثال، في حالة جائحة عالمية)، يتم تزويد المستخدمين في HZB بمعدات كاملة (كرات الصولجان، الأدوات، EasyAccess Frame، أصحاب العينات، إلخ) كجهاز محمول.

ومع ذلك، فإن الاحتياجات اللازمة لأعداد كبيرة من أصحاب العينات وقدرات التخزين المبردة لا تزال أكثر ملاءمة في مرافق مخصصة ل CFS. وعلاوة على ذلك، تدعو الحاجة إلى جمع العديد من مجموعات بيانات الحيود بقوة إلى توطين هذه المرافق القريبة من خطوط الحزم الموجهة نحو إنتاجية عالية للعينة. ومن الأمثلة على ذلك خطوط الحزم I04-1 في مصدر ضوء الماس ومرفق XChem المرتبط به في المملكة المتحدة8،25، وخطوط الحزم MASSIF في ESRF في فرنسا26 أو منشأة FragMAX في خط الحزم BioMAX في MAX IV في السويد18.

وفي المستقبل، يمكن تصور تصميم تجارب لجنة الأمن الغذائي العالمي دون الحاجة إلى التعامل مع الكريستال تماما. وقد أبلغ عن إحراز أول تقدم في هذا الاتجاه. على سبيل المثال، عن طريق نقل السائل الصوتية السماح لخلط كل من الحلول التي تحتوي على الكريستال وحلول جزء مباشرة على أصحاب عينة من نوع شبكة27. واستخدم نهج آخر لفحص الليغند القائم على XFEL. في تجربة إثبات المبدأ ، تم إعداد الطين الكريستالي على دفعات ، وتم إجراء جمع بيانات النقع والحيود على رقاقة هدف ثابت السيليكون28. ومع ذلك، لا تزال هذه النهج قيد التطوير وبعيدة عن أن تكون قابلة للتطبيق على مجموعة واسعة من أهداف البروتين أو ممكنة لمرافق لجنة الأمن الغذائي العالمي كروتين.

مع البروتوكول في هذا العمل تعليمات مفصلة لتنفيذ بنجاح حملات لجنة الأمن الغذائي العالمي مباشرة إلى الأمام في HZB (وأماكن أخرى) وقد تم تحديد التوجيه العام ومفيدة التدريب العملي على نصائح في إعداد وإجراء مثل هذه التجارب مع فرص أعلى للنجاح قد أعطيت. وفي نهاية المطاف، تسهم احتمالات أفضل ومعدلات نجاح أفضل في فحص لجنة الأمن الغذائي العالمي إلى حد كبير في توفير نقاط انطلاق فعالة لتطوير مركبات الأدوات أو المرشحين للأدوية.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم إيداع طلب براءة اختراع بشأن إطار EasyAccess من قبل هيلمهولتز-زينتروم برلين لدى مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الألماني مع رقم التسجيل DE 10 2018 111 478.8. وبالإضافة إلى ذلك، تم إيداع طلب براءة اختراع دولي عبر مسار معاهدة التعاون بشأن البراءات، باستخدام أولوية البراءة الألمانية.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نشكر العديد من مجموعات المستخدمين التي قامت بحملات CFS في HZB. أدت ملاحظاتهم إلى التحسين التدريجي لسير العمل لدينا. نريد أن نشكر مجموعة تصميم الأدوية في جامعة ماربورغ ومجموعة FragMAX في MAX IV ، حيث كان التعاون الوثيق هو الأساس للعديد من القفزات التنموية لتحسين CFS. نحن ممتنون للدعم الذي تقدمه وزارة التعليم والعلوم الاتحادية الألمانية (BMBF)، من خلال مشروعي Frag2Xtal و Frag4Lead (الرقمان 05K13M1 و 05K16M1). كما أننا ممتنون للدعم من خلال iNEXT-Discovery، رقم المشروع 871037، الممول من برنامج أفق 2020 للمفوضية الأوروبية.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
1 وميكرو ؛ L ماصةEppendorfEP3123000012
12 قناة ماصة ، 100 وميكرو ؛ LEppendorfEP4861000791
مجفف النفخTH-Geyer9.106 788
الكريستال يحتوي على ألواحيحتوي على بلورات ليتم نقعها
حاضنةتوفير درجة حرارة ثابتة لتجربة التبلور ، عند HZB: 20 & deg ؛ C
حلقات MicroLoops مزدوجة السماكة (LD) بأحجام فتحة مختلفةMiTeGenمختلفة ، على سبيل المثال
M5-L18SP-75LD		250 حلقات في الحجم المناسب اللازم للبروتوكول ، يمكن توفيرها بواسطة HZB & nbsp ؛
إطار EasyAccessHZBإطار EasyAccess هو جهاز خاص للتعامل مع بلورات متعددة ، تم تطويره في HZB (Barthel et al. ، 2021).
لوحة شاشة F2X-EntryHZBطورت شاشة F2X-Entry (Wollenhaupt et al. ، 2020)
لوحة بقعة GlasVWRMARI1406506
النيتروجينيمكن أن يمتلئ تخزين
النيتروجين السائل
المجنطةMiTeGenM-R-1013198
المجاهرLeican.a.MRC
3 عدسات 96 بئر لوحة بلورة منخفضة الارتفاعSwissCI3W96TLP-UVPللبلورات المنقعة الوهمية (اختياري)
خزان الكاشفCarl RothEKT6.1حجم 25 مل
قالب تتبعالعينة https://www.jove.com/files/ftp_upload/62208/TemplateCFSHZBSampleTracking.
xlsx
مشرطB. BraunBA825SU
رقائق مانعة للتسرب لألواح ميكروتيترGreinerBioOne676070
عصي شحن عفريت على الرفوف (ل Unipucks)MiTeGenM-CP-111-0652 عصي مصنوعة من الألومنيوم ؛ يمكن توفيرها بواسطة
حل HZB Soaking   ؛هناك حاجة إلى ما لا يقل عن 5 مل
محلول نقع بما في ذلك واقي من التبريد ، 150 وميكرو ؛ Lمطلوب فقط إذا لم يكن محلول
الأنسجة   ؛روث (كيمبرلي كلارك بروفيشنال)AA64.1
نقل ديوار (شاحن وارتنغتون الجاف)MiTeGenTW-CX1002 السفر dewars لتخزين 2 عصي unipuck ، بدلا من ذلك يمكن استخدام ديوار تخزين من النوع VHC35 أو ما شابه ذلك.
فوم Unipuck dewars مع غطاءMiTeGenM-CP-111-022اثنين من dewars الرغوة مناسبة بشكل خاص للتعامل مع unipuck الموصوفة في البروتوكول
إذا تم استخدام كرات الصولجان SPINE ، فقد يتعين تطبيق أنواع مختلفة من الرغوة.
مجموعة بدء التشغيل UnipuckMiTeGenM-CP-UPSK001يمكن توفيرها بواسطة HZB
UnipucksMiTeGenM-CP-111-02114 unipucks ؛ يمكن توفيرها بواسطة HZB
بلورة التبلور السائل بعصا الكريستال النقع واقيا من التبريد بالفعل

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Erlanson, D. A., Fesik, S. W., Hubbard, R. E., Jahnke, W., Jhoti, H. Twenty years on: the impact of fragments on drug discovery. Nature Reviews Drug Discovery. 15 (9), 605-619 (2016).
  2. Hall, R. J., Mortenson, P. N., Murray, C. W. Efficient exploration of chemical space by fragment-based screening. Progress in Biophysics and Molecular Biology. 116 (2-3), 82-91 (2014).
  3. Erlanson, D. A. Introduction to fragment-based drug discovery. Topics in Current Chemistry. 317, 1-32 (2012).
  4. Scott, D. E., Coyne, A. G., Hudson, S. A., Abell, C. Fragment-based approaches in drug discovery and chemical biology. Biochemistry. 51 (25), 4990-5003 (2012).
  5. Lamoree, B., Hubbard, R. E. Current perspectives in fragment-based lead discovery (FBLD). Essays in Biochemistry. 61 (5), 453-464 (2017).
  6. Schiebel, J., et al. Six Biophysical Screening Methods Miss a Large Proportion of Crystallographically Discovered Fragment Hits: A Case Study. ACS Chemical Biology. 11 (6), 1693-1701 (2016).
  7. Schiebel, J., et al. High-Throughput Crystallography: Reliable and Efficient Identification of Fragment Hits. Structure. 24 (8), 1398-1409 (2016).
  8. Krojer, T., et al. The XChemExplorer graphical workflow tool for routine or large-scale protein-ligand structure determination. Acta Crystallographica Section D: Structural Biology. 73 (3), 267-278 (2017).
  9. Radeva, N., et al. Active Site Mapping of an Aspartic Protease by Multiple Fragment Crystal Structures: Versatile Warheads to Address a Catalytic Dyad. Journal of Medicinal Chemistry. 59 (21), 9743-9759 (2016).
  10. Cox, O. B. A poised fragment library enables rapid synthetic expansion yielding the first reported inhibitors of PHIP(2), an atypical bromodomain. Chemical Science. 7 (3), 2322-2330 (2016).
  11. Wollenhaupt, J., et al. F2X-Universal and F2X-Entry: Structurally Diverse Compound Libraries for Crystallographic Fragment Screening. Structure. 28 (6), 694-706 (2020).
  12. EU OPENSCREEN fragment library. , Available from: https://www.eu-openscreen.eu/services/compound-collection/fragment-library.html (2020).
  13. Pearce, N. M., et al. A multi-crystal method for extracting obscured crystallographic states from conventionally uninterpretable electron density. Nature Communications. 8, 15123(2017).
  14. Barthel, T., Huschmann, F. U., Wallacher, D., Klebe, G., Weiss, M. S., Wollenhaupt, J. Facilitated crystal handling using a simple device for evaporation reduction in microtiter plates. Journal of Applied Crystallography. 54, (2021).
  15. Mueller, U., et al. The macromolecular crystallography beamlines at BESSY II of the Helmholtz-Zentrum Berlin: Current status and perspectives. The European Physical Journal Plus. 130 (7), 141(2015).
  16. Oscarsson, M., et al. MXCuBE2: The dawn of MXCuBE collaboration. Journal of Synchrotron Radiation. 26 (2), 393-405 (2019).
  17. Mueller, M., Wang, M., Schulze-Briese, C. Optimal fine φ-slicing for single-photon-counting pixel detectors. Acta Crystallographica Section D: Biological Crystallography. 68 (1), 42-56 (2012).
  18. Lima, G. M. A., et al. FragMAX: The fragment-screening platform at the MAX IV Laboratory. Acta Crystallographica Section D Structural Biology. 76 (8), 771-777 (2020).
  19. Sparta, K. M., Krug, M., Heinemann, U., Mueller, U., Weiss, M. S. XDSAPP2.0. Journal of Applied Crystallography. 49 (3), 1085-1092 (2016).
  20. Winter, G. xia2: an expert system for macromolecular crystallography data reduction. Journal of Applied Crystallography. 43 (1), 186-190 (2010).
  21. Winn, M. D., et al. Overview of the CCP4 suite and current developments. Acta Crystallographica Section D: Biological Crystallography. 67 (4), 235-242 (2011).
  22. Terwilliger, T. C., Klei, H., Adams, P. D., Moriarty, N. W., Cohn, J. D. Automated ligand fitting by core-fragment fitting and extension into density. Acta Crystallographica Section D: Biological Crystallography. 62 (8), 915-922 (2006).
  23. Pearce, N. M., Krojer, T., Von Delft, F. Proper modelling of ligand binding requires an ensemble of bound and unbound states. Acta Crystallographica Section D Structural Biology. 73 (3), 256-266 (2017).
  24. Emsley, P., Lohkamp, B., Scott, W. G., Cowtan, K. Features and development of Coot. Acta Crystallographica Section D: Biological Crystallography. 66 (4), 486-501 (2010).
  25. Collins, P. M., et al. Chapter Eleven - Achieving a Good Crystal System for Crystallographic X-Ray Fragment Screening. Methods in Enzymology. 610, 251-264 (2018).
  26. Bowler, M. W., et al. MASSIF-1: a beamline dedicated to the fully automatic characterization and data collection from crystals of biological macromolecules. Journal of Synchrotron Radiation. 22 (6), 1540-1547 (2015).
  27. Cuttitta, C. M., et al. Acoustic transfer of protein crystals from agarose pedestals to micromeshes for high-throughput screening. Acta Crystallographica Section D Biological Crystallography. 71 (1), 94-103 (2015).
  28. Moreno-Chicano, T., et al. High-throughput structures of protein-ligand complexes at room temperature using serial femtosecond crystallography. IUCrJ. 6 (6), 1074-1085 (2019).

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة