يصف هذا البروتوكول طريقة متوسطة إلى عالية الإنتاجية لفحص مكتبات الأجزاء باستخدام بعض الروبوتات الشائعة وأدوات القياس. شاشات مثل تلك الموصوفة في هذا البروتوكول يمكن أن يؤديها بشكل روتيني مرفق البروتين NKI في أمستردام، على سبيل المثال كخدمة iNEXT-ديسكفري، في كثير من الأحيان حتى مجانا للمستخدمين بعد تطبيق الاقتراح ومراجعة الأقران. وفي مثل هذه الحالات، يمكن للمرفق توفير مكتبة DSi-Poised، ولكن يمكن أيضا مناقشة استخدام المكتبات الأخرى في سياق كل تطبيق مستخدم مختلف واتفاق خدمة مختلف. ويمثل اختيار الصكوك في هذا البروتوكول حلولا عملية للعديد من المختبرات، ولكن لا ينبغي اعتباره معيارا ذهبيا. يوصى باستخدام طرق خالية من الملصقات لقياس الاستقرار الحراري للبروتين المستهدف لفحص الشظايا ، بدلا من الطرق التي تستخدم الملصقات الحساسة بيئيا للكشف عن التكشف في تفاعل البوليميراز المتسلسل العكسي.
أساليب خالية من التسمية، مثل تلك المعروضة هنا باستخدام أداة بروميثيوس، لها بعض المزايا: أنها تستخدم كميات منخفضة من البروتين، وغالبا ما بضعة أوامر من حجم أقل؛ ويمكن استخدامها لقياس تشتت العينة في وقت واحد وبالتالي التجميع؛ والتسميات المستخدمة للكشف تتكشف في نهج أخرى يمكن أن تتفاعل بشكل مختلف مع كل جزء، مما أدى إلى قياس القطع الأثرية. وقد وصف هذا البروتوكول في سياق الروبوت البعوض، والذي يسمح الأنابيب من حجم صغير جدا من العينة (0.3 ميكرولتر) التي لا يمكن القيام به يدويا. البعوض هو الروبوت شعبية، موجودة في العديد من المختبرات التي تعمل على البيولوجيا الهيكلية ومشاريع اكتشاف المخدرات. ومع ذلك، يمكن استخدام البروتوكول بوضوح نهج بديلة ل pipetting وحدة تخزين منخفضة.
تحتوي مكتبات الأجزاء على مركبات مذابة في DMSO. أحد التحديات الأولية هو العثور على تركيز DMSO الأمثل الذي يبقى فيه البروتين مستقرا ، وتظل المركبات قابلة للذوبان. وهذا ينطوي على إجراء القياسات بتركيزات DMSO المختلفة لتحديد الظروف المثلى للفحص. البروتين لتجزئة التخفيف المستخدمة هنا يؤدي إلى تركيزات DMSO من 0.2٪؛ معظم البروتينات مستقرة إلى حد ما في هذه الظروف. كمية البروتين المطلوبة لإجراء الفحص للمكتبة 768 مركب ~ 2-3 ملغ في المجموع، كما يتم إجراء القياسات عادة بتركيزات البروتين منخفضة (0.2 مل ملغ-1). العمل مع مثل هذه التركيزات البروتين منخفضة نسبيا ليس فقط يقلل من تكاليف إنتاج البروتين، ولكن أيضا يقلل من فرص هطول الأمطار البروتين. لا يؤثر تركيز البروتين المنخفض على اكتشاف ربط الشظايا ، حيث أن تركيز الشظايا في التجربة هو ~ 2 mM ، مما يسمح أيضا بتحديد الموثقات الضعيفة.
وبما أن الكشف عن انتقال الذوبان في هذه التجارب يستند إلى كثافة الفلورسينس، فإن الجانب الحاسم هو تحديد قوة الإثارة لليزر الذي يمكن من خلاله إجراء القياسات. التفاعل بين المركبات مع البروتين يمكن أن (1) ليس لها أي تأثير على مضانها الجوهري، (2) يؤدي إلى إخماد، أو (3) زيادة مضانها الجوهري. بالإضافة إلى ذلك، فإن العمل مع تركيزات البروتين المنخفض يعني أن عدد الفلورية للبروتين الأصلي سيكون منخفضا. وبالتالي يجب تعديل قوة الإثارة بطريقة يمكن قياس معظم العينات. يوفر ملف تعريف التشتت لكل تشغيل معلومات هامة حول تأثيرات التجميع التي قد يتم تشغيلها بواسطة إضافة أي جزء. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضا رؤية تأثير درجة الحرارة على قابلية الذوبان المركبة على ملف التشتت.
بشكل غير متوقع ، بالنسبة للعديد من المركبات لوحظ أن التشتت انخفض بالفعل مع ارتفاع درجة الحرارة(الشكل 6). ولذلك من المهم النظر في كل من منحنى الانتقال الذائب وملف التشتت المصاحب لاتخاذ قرار بشأن موثوقية كل تجربة ، خاصة بالنسبة لتلك الشظايا التي تعتبر مرشحة لقياسات أكثر تطلبا عن طريق التصوير البلوري بالأشعة السينية أو التحليل الطيفي NMR ، أو حتى تعتبر بمثابة ضربات لكيمياء المتابعة. أحد القيود المحددة للطريقة لأغراض فحص الشظايا هو أن العديد من الشظايا في مكتبة DSi-Poised لها مضان جوهري كبير ، في بعض الأحيان حتى خارج حد التشبع للكاشف ، وبالتالي لا يمكن فحصها بشكل صحيح لربط الهدف حتى في قوة الإثارة المنخفضة. نقطة أخرى أن نلاحظ لهذه الطريقة هو أنه لا يمكن إلا أن تستخدم مع البروتينات التي تحتوي على بقايا التربتوفان.

الشكل 6: تأثير درجة الحرارة على قابلية الذوبان المركب. ذوبان منحنى الانتقال وتشتت الملف الشخصي من Hec1 مع اثنين من مركبات مختلفة. (أ)يظهر ملف تعريف التشتت أنه بالنسبة لهذه العينة ، لا تتأثر الذوبان بدرجة الحرارة. (ب)يظهر ملف التشتت أن قابلية الذوبان في هذه العينة تزداد مع ارتفاع درجة الحرارة. وبالتالي فإن منحنى الانتقال الذائب في هذه الحالة غير موثوق به. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
والسؤال المفتوح هو ما الذي ينبغي اعتباره تغييرا كبيرا في Tm، ليس من منظور رياضي ، ولكن من وجهة النظر العملية: ما هو التغيير في Tm المهم اعتباره مؤشرا على ربط الليغند بالبروتين؟ في هذه الأمثلة ، وينظر إلى التحولات أقل من 1 درجة مئوية ل74 ٪ من شظايا ملزمة Hec1 ، 66 ٪ لMps1 ، و 53 ٪ لNsp5. النظر في 1 درجة مئوية باعتبارها "تغيير كبير" من شأنه أن يوفر بالكاد الزيارات التي تستحق متابعة الكيمياء المتابعة. في الرسوم البيانية نظرة عامة (الشكل 5)، صناديق من 1، 2، 5، أو أكثر من 5 درجات من التحول Tم، إما إيجابية أو سلبية، والنظر فيها. وهذا يتطلب تعديلا وفقا لكل حالة محددة لإعطاء نظرة عامة جيدة والسماح بصنع القرار المستنير، وتحديد الخطوة التالية. وتجدر الإشارة إلى أنه بالنسبة لبعض البروتينات، لوحظ استقرار الهدف وإزالة استقراره على حد سواء تبعا للشظايا التي تم النظر فيها. كلا الحدثين مثيرة للاهتمام، كما يمكن أن يكون كل من نتيجة لربط جزء، وكلاهما يمكن أن يؤدي إلى جزيء متابعة جيدة للتلاعب سلوك البروتين.
ويبقى السؤال الأخير، وهو "ما الذي يعرف الضربة المفيدة؟". في الواقع، الجواب يعتمد على الوضع المحدد. على سبيل المثال ، بالنسبة ل Hec1 ، تم إبلاغ جميع الشظايا التي تعمل على استقرار البروتين بأكثر من درجتين أو تزعزع استقراره بأكثر من 5 إلى المتعاونين مع الكيمياء لدينا ، الذين صمموا جزيئات جديدة استنادا إلى هذه الزيارات. بالنسبة ل Nsp5 ، ومع ذلك ، تم إبلاغ معظم الزيارات التي تعمل على إزالة الاستقرار إلى المتعاونين مع NMR لدينا لتأكيد الضربات المشتقة من nanoDSF مع تجارب NMR. وبعبارة أخرى، ينبغي تحليل نتائج الفرز التي تم الحصول عليها من هذا البروتوكول بحذر وبطريقة تعتمد على السياق، واتخاذ قرارات مستنيرة على أساس المسألة المحددة والمنهجية المحيطة بها. على أي حال، فإن الطريقة الموصوفة هنا هي نهج تكميلي للمنهجيات القائمة مثل الأشعة السينية والفحص القائم على NMR، والتي يمكن أن تهدف إلى تأكيد أو إعطاء الأولوية أو إعطاء أفكار جديدة لحملات الكيمياء.
الجدول التكميلي S1: قائمة المخازن المؤقتة المستخدمة لفحص البروتينات. الاختصارات: HEPES = 4-(2-هيدروكسي إيثيل)-1-حمض بيبرازينيثانسولفونيك; DTT = ديثيوثيريتول; MOBS = 4-(N-مورفولينو)حمض البوتانسولفونيك. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الجدول.
الجدول التكميلي S2: خصائص لوحة MRC 2-well للاستخدام مع الروبوت nanodispenser. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الجدول.
الجدول التكميلي S3: خصائص لوحة V-bottom 96-well للاستخدام مع الروبوت nanodispenser. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الجدول.
الجدول التكميلي S4: العازلة, تركيز البروتين, و Tم من البروتينات التي نوقشت في النتائج التمثيلية. الاختصارات: DTT = ديثيوثيريتول; Hec1 = أعرب للغاية في بروتين السرطان 1; Mps1 = الاحتكار المغزل كيناز 1؛ Nsp5 = السارس-CoV-2 3C مثل بروتياز. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الجدول.
الملف التكميلي 1: معلمات نظرة عامة-بيانات المثال. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف.
الملف التكميلي 2: قيم Tm و ΔTm ل 406 بيانات على سبيل المثال الأجزاء. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.