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Los ligandos covalentes dirigidos reactivos a la cisteína (moléculas que ejercen un efecto biológico al reaccionar con un residuo de cisteína seleccionado sobre una proteína específica) se han vuelto cada vez más populares como herramientas químicas y terapéuticas en las últimas décadas1. Por lo general, consisten en un electrófilo ligeramente reactivo (como una acrilamida, cloroacetamida o vinil sulfona) agregado a un ligando con una alta afinidad por una proteína objetivo2. Idealmente, la interacción ligando-proteína se produce a través de un mecanismo de dos pasos que involucra la unión inicial del ligando no covalente, seguida de la formación irreversible de enlaces covalentes entre la cisteína objetivo y el electrófilo3.
Varios ligandos covalentes dirigidos tempranos, incluido el inhibidor de la tirosina quinasa de Bruton, Ibrutinib, se desarrollaron proporcionando un ligando reversible previamente identificado con un mango electrofílico4. Sin embargo, este enfoque no siempre es exitoso, y otros intentos han encontrado que la instalación de electrófilos requiere una optimización significativa5. En cambio, los enfoques electrófilos primero, particularmente el uso de fragmentos electrofílicos, se han vuelto más populares en los últimos años. Por lo general, estos implican incubar una biblioteca de electrófilos con una proteína y luego seleccionar compuestos con una tasa mejorada de reacción hacia una cisteína, que se supone que es inducida por interacciones productivas no covalentes entre el ligando y el bolsillo de unión6. En particular, estos métodos se aplicaron con éxito durante el desarrollo del inhibidor de KRAS (G12C) Sotorasib1.
El cribado electrófilo plantea varios desafíos únicos en comparación con el cribado tradicional de ligandos no covalentes, principalmente debido a la alta variabilidad en la reactividad dentro y entre las clases de ojivas7. La mayoría de los electrófilos reactivos a la cisteína, con el tiempo, reaccionarán con todos los residuos de cisteína expuestos al solvente, independientemente de cualquier interacción selectiva para la proteína objetivo. Por lo tanto, la ocupación del ligando aumentará con el tiempo para casi todos los electrófilos, y sin controlar la reactividad, la selección de impactos a menudo estará sesgada hacia fragmentos más reactivos que se acoplan a un objetivomás rápidamente.
Además, los métodos de cribado electrófilos suelen utilizar la espectrometría de masas para detectar la formación de aductos proteína-ligando, cuyo rendimiento es limitado9. Se requiere un muestreo regular de la reacción durante un período de tiempo prolongado (horas a días) para caracterizar adecuadamente la cinética de reacción de una biblioteca de compuestos con electrofilicidad variada10. Por lo tanto, una pantalla de 300 fragmentos muestreados en 10 puntos de tiempo requerirá la realización de 3000 espectros de masas, superando el rendimiento de la mayoría de los sistemas de espectrometría de masas de proteínas. Por lo tanto, son deseables métodos de mayor rendimiento para monitorear la formación de aductos proteína-ligando.
El enfoque descrito aquí, el ensayo de anclaje cuantitativo irreversible (qIT), es un método de cribado electrófilo que controla la reactividad intrínseca y utiliza una lectura de fluorescencia simple7. La proteína, o glutatión (un tripéptido no estructurado que contiene tiol utilizado como control de la reactividad intrínseca) se incuba con una biblioteca de fragmentos electrofílicos, y se toman muestras regulares para su enfriamiento en una solución de CPM (7-dietilamino-3-(4'-maleimidilfenil)-4-metilcumarina, un agente fluorogénico de cuantificación de tiol). La formación de aductos entre la cisteína y el fragmento electrofílico reduce la cantidad de tiol disponible para la reacción con CPM, reduciendo la fluorescencia resultante en el enfriamiento. Por lo tanto, la fluorescencia CPM actúa como un proxy del tiol no reaccionado, lo que permite determinar la cinética de la reacción del tiol con cada fragmento electrofílico. Los fragmentos electrofílicos con una reactividad proteica significativamente mejorada sobre el glutatión se seleccionan como aciertos y se priorizan para un mayor desarrollo (Figura 1).

Figura 1: Esquema de qIT. Una visión general esquemática del ensayo qIT. (creado con BioRender). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
La selección de aciertos mediante valores REF controla la reactividad intrínseca y garantiza que los fragmentos solo se seleccionen como aciertos si forman interacciones productivas no covalentes con una proteína diana. La simple lectura de fluorescencia también significa que el ensayo qIT es altamente escalable y no requiere métodos de monitoreo de reacción basados en espectrometría de masas.
Aquí, se describe un procedimiento completo para el ensayo qIT, con resultados de ejemplo incluidos para ilustrar el rendimiento del ensayo y la selección de aciertos.