يقدم هذا البروتوكول منهجية فحص فلورومتري محسنة لتحديد مثبطات المنتجات/الجزيئات الصغيرة لتخليق البروتين. عملياته تجعلها مناسبة لكل من التعليم الجامعي في تقنيات اكتشاف الأدوية وتطبيقها في حملات الكيمياء الطبية.
Method Article
يقدم هذا البروتوكول منهجية فحص فلورومتري محسنة لتحديد مثبطات المنتجات/الجزيئات الصغيرة لتخليق البروتين. عملياته تجعلها مناسبة لكل من التعليم الجامعي في تقنيات اكتشاف الأدوية وتطبيقها في حملات الكيمياء الطبية.
تمثل المنتجات الطبيعية مصدرا غنيا للمركبات العلاجية التي تمتد لتطبيقات عبر أمراض متعددة، وخاصة السرطان. من خلال الاستفادة من هذه الجزيئات الحيوية كقوالب هيكلية في اكتشاف الأدوية، حقق الباحثون جداول تطوير أسرع وفعالية بيولوجية محسنة مقارنة بالمركبات الصناعية بالكامل. برز مسار تخليق البروتينات كهدف قوي للمنتجات الطبيعية، خاصة بالنظر إلى تورطه في السرطانات التي يصعب علاجها. يجسد مثبط تخليق البروتين القوي سيكلوهكسيمايد، المستمد من Streptomyces griseus، الإمكانات التي تنشأ فيها المركبات الطبيعية في هذا المجال. مع تطوير هذه المشتقات الطبيعية إلى جزيئات شبيهة بالدواء، يبقى تأكيد نشاطها المثبط لتخليق البروتين خطوة تحقق حاسمة. الهدف الأساسي هو توفير بروتوكول صديق لطلاب البكالوريوس لتقييم سريع لنشاط تثبيط المركبات. يستخدم البروتوكول ركيزة فلورية وتقنيات مجهر فلورية متقدمة للكشف وقياس القدرات المثبطة لهذه المنتجات الطبيعية بشكل منهجي. فحصت الدراسة مركبات مشتقة من نوعين من النباتات: صنوبر سيلفستريس وبسوراليا كوريليفوليا. باستخدام السيكلوهكسيميد كمثبط مرجعي، أظهر كلا المنتجين الطبيعيين مستويات متفاوتة من تثبيط تخليق البروتين.
يتضمن تخليق البروتينات عمليات منظمة للغاية: النسخ والترجمة. أثناء النسخ، يتم نسخ تسلسلات الحمض النووي للجينات، مما ينتج RNA رسول (mRNA). يعمل إنزيم بوليميراز RNA على فصل اللولب المزدوج للحمض النووي ويستخدم خيطا واحدا كدليل لبناء جزيء mRNA مطابق. بمجرد أن يتكون الرنا بالكامل، ينتقل من النواة إلى السيتوبلازم للترجمة. يحدث الترجمة في الريبوسوم، حيث يستخدم mRNA كقالب لتجميع الأحماض الأمينية في سلسلة بولي ببتيد. عند مغادرة نفق خروج الريبوسوم، يتم طي سلسلة البولي ببتيد إلى بروتين وظيفي. يتم تنظيم النسخ بشكل أساسي بواسطة عوامل النسخ، وتعديلات الكروماتين، والحمض النووي الريبي التنظيمي، بينما يتم تنظيم الترجمة بواسطة عوامل البدء ومسارات الإشارة، وآليات استقرار الحمض النووي الريبي. تسمح هذه الأنظمة التنظيمية للخلايا بالحفاظ على وظائف الخلايا والاستجابة للضغط أو الضرر بشكل فعال1.
الغالبية العظمى من سرطانات البشر — حوالي 85٪ — تظهر على شكل أورام صلبة2. بينما يمكن أن تختلف هذه الأورام بشكل كبير في خصائصها وسلوكياتها الخاصة، إلا أنها تميل إلى مشاركة بعض الصفات والأنماط الفسيولوجية المشتركة، مثل زيادة تصنيع البروتين بغض النظر عن سببها أو موقعها التشريحي3. خلايا السرطان تخلل في تنظيم تخليق البروتين عن طريق اختطاف الآليات الانتقالية لدعم احتياجاتها العالية من الطاقة ونموها غير المنضبط. هذه إعادة البرمجة هي نتيجة لاختلال في معظم مسارات الإشارات المسرطنة الرئيسية، مما يعزز بقاء الخلية وتكاثرها وانتشارها، مع كبح مسارات موت الخلايا4. في الخلايا الورمية، تعمل آلية صنع الريبوسومات بشكل مفرط، مما يمكن من زيادة إنتاج البروتين والانقسام السريع للخلايا. نظرا لأن هذا التخليق المعزز للبروتين ضروري للبقاء على قيد الحياة على السرطان، فإن العلاجات التي تستهدف وتمنع هذه العملية تظهر وعودا كعلاجات محتملة5. لذلك، فإن الأبحاث التي تركز على عوامل الترجمة الخاصة بالسرطان، أو التركيبات الريبوسومية الفريدة، أو مسارات الإشارات المتغيرة التي تنظم تخليق البروتينات قد تؤدي إلى مثبطات أكثر استهدافا مع تحسين نوافذ علاجية.
نظرا لأن المنتجات الطبيعية (NPs) معروفة بنشاطها البيولوجي الواسع، فإن تطوير مثبطات تخليق البروتين الانتقائي لعلاج السرطان باستخدام سقالاتها هو نهج واعد 6,7. يمكن للمواد غير القابلة للبروتينات استهداف مكونات مختلفة من آلية تخليق البروتين، من ارتباط الريبوسوم إلى التداخل مع عوامل البدء أو عمليات الاستطالة، مما يجعلها نقاط انطلاق لا تقدر بثمن في تطوير الأدوية لمثبطات تخليق البروتين في الأورام الصلبة6. تعد القدرة على فحص المركبات بسرعة للنشاط المطلوب نقطة دخول حاسمة لمنصات اكتشاف الأدوية التي تسعى لتحديد نتائج المرض بفعالية. عادة، يستخدم الفحص عالي الإنتاجية للمركبات اختبارات الفلورة لتضييق جزيئات الرصاص المرشحة بسرعة8.
يعتمد العلماء حول العالم على تقنيات الفلورة كأدوات أساسية لتحليل الأنظمة البيولوجية. تستخدم هذه الأساليب على نطاق واسع لدراسة العمليات الخلوية، مما يسمح للباحثين بتتبع التفاعلات الجزيئية الحيويةفي الوقت الحقيقي. عند دمجها مع تفاعلات النقر الكيميائي البيولوجي-المتعامدة، يمكن لهذه الطرق أن تتيح تصورا دقيقا لتخليق البروتين10. اختبار تخليق البروتين الفلوري المعروض هو تقنية غير مشعة لتقييم تخليق البروتين تستخدم O-بروبارجيل-بوروميسين (OPP)، وهو نظير يحتوي على ألكين نافر للخلايا. بعد العلاج الخلوي، يتم دمج OPP عند الطرف C لسلاسل البولي ببتيدات الممتدة، مما يسبب نهاية الترجمة. ثم يتم اكتشاف هذه البروتينات المقطوعة الموسومة بالألكين باستخدام كيمياء النقر المحفزة بالنحاس مع 5 FAM-أزيد.
يعد هذا الاختبار الفلورومتري أداة بحثية قيمة وطريقة سهلة الوصول في علم الأحياء الكيميائي لتدريب طلاب المرحلة الجامعية. من خلال توفير بروتوكول سهل الوصول وفعال مع معالجة بيانات قليلة، يوفر البرنامج للطلاب خبرة عملية في تقنيات اكتشاف الأدوية الحديثة ويسرع عملية اكتشاف الأدوية. مع تزايد الطلب على مثبطات تخليق البروتينات الجديدة، يزود هذا النهج طلاب البكالوريوس بفرص بحثية ذات معنى مع المساهمة في التقدم في علاجات السرطان.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. تحضير المواد من المجموعة
ملاحظة: قم بخلط المواد بشكل كاف، وقم بتدوير الأسفل، واحتفظ بجميع المواد المجمدة حتى الاستخدام.
2. ضوابط الوسم والخلايا التجريبية
ملاحظة: تم تطوير هذا البروتوكول باستخدام خلايا MDA-MB-231 المستقرة الملتصقة بسرطان الثدي الظهاري. يمكن استخدام أي خطوط خلية ملتصقة. جميع الخطوات المذكورة أدناه تستخدم صفيحة بسعة 96 بئر، وجميع الأحجام والتركيزات تحسب لمركبتي اختبار واثنين من أدوات التحكم بحجم عمل 100 ميكرولتر.
3. إضافة المركبات
4. إنهاء التجربة وغسل الخلايا
5. التثبيت والنفاذية
6. تفاعل البروتين والتلوين
7. تلوين الحمض النووي
8. التصوير
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
استخدم هذا الاختبار التألق لرؤية وقياس قدرة المنتجات الطبيعية المختلفة على تثبيط تخليق البروتينات. السيكلوهكسيمايد (CHX) هو مثبط معروف لتخليق البروتينات، حيث يتضمن طريقة عمله التدخل في عملية النقل أثناء الإطالة11. في هذه الدراسة، تم اكتشاف خلايا حية بصبغة نووية خضراء فلورية. OPP هو مشتق من البيوروميسين يرتبط تساهيميا بالبروتينات الناشئة12. خدم خط خلايا MDA-MB-231 كنموذج مناسب نظرا لسهولة الوصول الواسعة وأدائه التجريبي الموثوق
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
يوفر هذا البروتوكول منهجية فحص فلورومتري لاختبار المنتجات الطبيعية والجزيئات الصغيرة لتقييم قدرتها على تثبيط تخليق البروتين. بساطة هذا البروتوكول تمكن الباحثين الجامعيين من تطبيقه بشكل صحيح، مما يمكنهم من تقديم مساهمات جوهرية في المعرفة العلمية. يتطلب البروتوكول فهما أساسيا للطرق والتقنيات البيولوجية، مع خطوات تتطلب تنفيذا دقيقا لضمان نتائج دقيقة وموثوقة.
على سبيل المثال، تتطلب الخطوة 2.1 من البروتوكول توزيعا موحدا للخلايا وقياسا دقيقا عبر جميع الآبار لضمان قا...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
المؤلفون لا يفرضون أي تضارب مصالح.
وقد تم دعم هذا البحث من قبل منحة NIGMS رقم R15GM148983، ومجلس أمناء لويزيانا LEQSF(2021-25)-RD-A-05، وجزء من المؤسسة الوطنية للعلوم الأمريكية بموجب منحة رقم OIA-1946231 إلى F.R.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| قارئ تصوير خلية 1 Agilent Biotek متعدد الأنماط | أجيلينت | BTCYT1V | |
| المركب 1 (ديهيدروابيتيل أمين، CAS 1446-61-3) | إينامين | EN300-7409771 | |
| المركب 2 (باكوتشيول، CAS 10309-37-2) | كيمفيسز | CFN99047 | |
| هيرايوس ميغافوج 16R | ثيرمو ساينتيفيك | 75004271 | |
| صفيحة Ibidi Gmbh - شريحة 96 بئر | إيبيدي | 80826 | |
| خطوط الخلايا MDA-MB-231 | ATCC | ATCC HTB-26 | |
| درجة حموضة ملحية مخزفة بالفوسفات 7.4 | ATCC | ATCC 30-2200 | |
| مجموعة اختبار تخليق البروتين (خضراء) | أبكام | AB239725 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission