Name: El desarrollo de inhibidores de interacciones proteína-proteína a través REEMPLAZAR: Aplicación al Diseño y Desarrollo para no ATP inhibidores de CDK Competitiva (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-10-26T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 33 s
Description: Aprende la estrategia REPLACE para diseñar inhibidores de interacciones proteína-proteína mediante química computacional y síntesis de híbridos fragmento-péptido. Este método sistemático supera las limitaciones del cribado de alta producción.

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Agradecemos al Dr. Douglas Pittman y Michael Wyatt por su ayuda con el cultivo celular y al Dr. Wyatt y la Sra. Erin Anderson por su ayuda en el desarrollo de los ensayos de unión. Agradecemos a Mike Walla y Bill Cotham en el Departamento de Química y Bioquímica de la Universidad de Carolina del Sur por su ayuda con la espectrometría de masas, a Helga Cohen y al Dr. Perry Pellechia por la espectrometría de RMN. Este trabajo fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud a través de la subvención del proyecto de investigación, 5R01CA131368.

1. Computacional Identificación de Potenciales pequeños Molécula Tapado Grupos Nota: En principio, una variedad de atraque o farmacóforos métodos de búsqueda puede ser utilizado para predecir los grupos potenciales de tapado. El propósito principal de estudios computacionales en REPLACE es identificar pequeñas moléculas que conservan las características y las interacciones de los aminoácidos que están sustituidos. <ol><li> Validación del protocolo de acoplamiento 14 LigandFit </li></ol> Nota: En los estudios anteriores, el método de acoplamiento (LigandFit 15, un módulo en la suite de programa de modelado molecular, Descubrimiento Studio 3.0) fue validado para asegurarse de que este algoritmo es suficiente para reproducir los modos de unión de conocida NCAPs y para demostrar que los resultados obtenidos para compuestos desconocidos son predictivos 14. <ol style="margin-left: 40px;"><li> El uso de los siguientes pasos (1,2 - 1,5), identificar los parámetros óptimos para LigandFit de la siguiente manera: en PLP1rejilla para la generación de ener- pose, minimización de poses generados y la función de puntuación PLP1 para el análisis de poses. </li><li> Con el fin de limitar las conformaciones obtenidas y posicionar ligandos apropiadamente para la formación del enlace covalente en el péptido capsulado, establecer los átomos de nitrógeno de indol y nitrógeno de la amida de Trp217 y Gln254, respectivamente, como filtros de interacción para el enlace de hidrógeno. </li><li> Diseño y atracar una biblioteca de alternativas de fragmentos en el CDK2 / ciclina A del receptor (2UUE). Dar prioridad a los grupos de tapado potenciales para la síntesis y el abastecimiento comercial basado en la puntuación PLP1, interacciones con filtros de interacción y complementariedad con el CBG. Los diversos pasos requeridos para LigandFit de acoplamiento son los siguientes. </li></ol><ol start="2"><li> Preparación de receptor de sitio de unión 14 <ol><li> Importe el CDK2 / ciclina A estructura cristalina (id pdb: 2UUE) en una ventana de visualización en el software. Esta estructura contiene la FLIP previamente identificada 5-metil-1-fenil-1H-1, 2,4-triazol-3-carboxamido (3,5-DCPT) rliF unido a la ranura de ciclina (Figura 3). </li><li> Eliminar o mantener en su lugar los residuos rliF (C-terminal). Cuando se retiene la secuencia del péptido, utilizar el grupo amino N-terminal del péptido como un filtro de interacción para el ligando. De las &quot;interacciones receptor-ligando&quot; herramientas, crear una esfera alrededor de la N-cap 3,5 DCPT de Show / Hide sitio esfera. Se crea la esfera para definir la región activa en el sitio de unión donde se permiten las interacciones ligando-receptor que se produzca durante la unión. </li><li> Definir el sitio de unión más lejos de la &quot;encontrar sitio como volumen de ligando seleccionado&quot; y eliminar el ligando 3,5-DCPT de la proteína. Llevar a cabo este paso para definir el volumen de unión dentro de la esfera creada. </li><li> Establezca las indol átomos de nitrógeno y nitrógeno amida de los residuos Trp217 y Gln254 como filtros de interacción para el enlace de hidrógeno. Establezca los filtros de interacción de manera que sólo las poses que INTERACT con los átomos de residuos establecidos será filtrado durante el proceso de acoplamiento, por tanto, la preservación de las interacciones importantes en las poses atracados. </li></ol></li><li> Preparación de ligandos 14 <ol><li> Diseño de una biblioteca de 100 posibles grupos de tapado sobre la base de criterios incluyendo el peso molecular inferior a 500, la presencia de un grupo carboxilato para la ligación con el péptido truncado y la inclusión de grupos hidrófobos apropiados (grupo fenilo sustituido) para interacción de van der Waals en el bolsillo secundaria como muestra en la Tabla 1. </li><li> Seleccione anillos heterocíclicos para imitar las interacciones de unión de hidrógeno péptido con Trp217 y sustituyentes incluido para reemplazar las interacciones ion-emparejamiento de cadenas laterales básicas del HAKRRLIF. Acoplar los ligandos como las respectivas moléculas de aldehído de manera que el oxígeno del carbonilo puede interactuar con el átomo de nitrógeno de la amida de Gln254 similar al esqueleto peptídico en el péptido parental (Tabla 1). </li><li> Antes de docrey, minimizar ligandos diseñados para una conformación de baja energía y prepararse en un estado de ionización apropiado usando el protocolo &quot;Preparar ligandos&quot;. Dibujar y exportar estos potenciales tapas N en el formato de archivo .sdf en ChemDraw para una hoja de cálculo antes de ser importados en el software. Nota: Preparar protocolo ligandos se utiliza para minimizar todos los ligandos para acoplar a sus estados de energía más bajos y los cargos de ionización se aplicaron a los átomos aplicables. Los parámetros por defecto se utilizan para este paso. </li></ol></li><li> Docking de los ligandos en el Ciclina A Groove 14 <ol><li> Seleccione la rutina LigandFit de receptor-ligando conjunto protocolo interacciones del software. Utilice el receptor y los ligandos preparados como entrada para este protocolo. </li><li> Por estas carreras seleccione PLP1 como red de energía, especifican que plantea sea la energía minimizada y que el número de poses generados como 10. Deje todos los otros parámetros a los valores predeterminados. Nota: es LigandFitun método de acoplamiento que puede identificar y generar poses de alta complementariedad y la afinidad potencial con el sitio activo de una proteína utilizando un filtro de comparación de forma basada en que se combina con un algoritmo de búsqueda Monte Carlo conformacional. La rejilla de energía utilizada por el programa de acoplamiento es el campo de fuerza para generar interacciones ligando-receptor y poses potenciales. PLP1 potencial lineal por tramos que prioriza específicamente interacciones de enlace de hidrógeno y donde se le asigna el tipo de átomo de PLP para cada no hidrógeno átomo ligando o átomo receptor no hidrógeno. </li></ol></li><li> Analisis de resultados <ol><li> En el primer caso, la pantalla se plantea en el programa visualizador y luego ordenar por valores de la puntuación PLP1 descendente. Utilice funciones de puntuación tales como PLP1 para estimar la afinidad de unión de un ligando acoplado sobre la base de un ligando candidato pose de la geometría y la interacción no covalente con la estructura de receptor diana. Nota: En este caso, la función de puntuación PLP1 resultó give los mejores resultados ya que incluye una estimación de enlaces de hidrógeno. </li><li> Analizar visualmente el 25% superior de las poses anotados para 1) superimposability con el grupo tapado conocido (que tiene una desviación del cuadrado medio relativo (RMSD) valor inferior a 2 a), 2) cumplió filtros de interacción y 3) la complementariedad visual con la ranura de la ciclina . Se acepta en que un correctamente acoplado plantear (en comparación con una estructura experimental) tiene un valor de RMSD &lt;2 Å. </li><li> Examine poses para complementariedad visual, que se define como tener llenado eficiente del bolsillo de unión de una manera que sea consistente con las relaciones estructura-actividad conocidos. Filtros de interacción se establecen para incluir restricciones de átomos que requieren contactos intermoleculares se sabe que son críticos para la unión y / o son requeridos para posicionar el grupo de terminación potencial en la geometría correcta para la formación del enlace amida. Tres ejemplos de poses atracados de potenciales grupos N-tapado haciendo enlaces de hidrógeno con Interaction filtros se muestran en la Figura 4. </li></ol></li></ol> 2. Síntesis y Caracterización de los grupos potenciales N -capping <ol start="1"><li> Síntesis de grupos N-taponado. </li><li> Para la síntesis, utilice todos los comerciales materiales de partida, disolventes y reactivos como se obtiene. Sintetizar potenciales grupos N-tapado por la química orgánica sintética convencional (Figura 5 12,13 para un ejemplo). </li><li> Realizar la cromatografía en capa fina (TLC) sobre gel de sílice para monitorear reacciones. <ol><li> Se disuelve el material de partida y mezcla de reacción (1 mg) en la fase móvil y localizarlos en la placa de TLC usando tubos capilares. </li><li> Coloque la placa de TLC en la cámara que contiene la fase móvil (acetato de etilo y hexano en una proporción 35:65). Una vez que la fase móvil alcanza 90% de la placa de TLC, retirar y secar la placa. </li><li> Utilice la luz ultravioleta para detectar las mezclas de materiales de partida y de reacción en forma de manchas visibles. Californiacular el R f de todos los puntos (relación de la distancia recorrida por el lugar y la fase móvil). Nota: La reacción se completa cuando no hay mancha visto en el R f del material de partida. </li></ol></li><li> Después de la finalización de la reacción, la mezcla de reacción mediante la colocación en un embudo de decantación y lavado con ácido acuoso o solución de base según sea apropiado. Recoger el disolvente orgánico, se evapora en evaporador rotatorio y se seca el producto bruto obtenido a vacío. </li><li> Disolver 500 mg de producto en bruto en el 3-5 ml de disolvente adecuado y añadir a un 1 g de sílice o RP18 samplet y seco bajo aire. Coloque el samplet que contiene el producto bruto en los cartuchos Flash / RP SNAP de sílice y se purifica el material crudo mediante cromatografía flash de alto rendimiento automatizado (de acuerdo con el protocolo del fabricante) empleando un g columna SNAP 100 con una carrera de gradiente a partir de 6% de acetato de etilo: 94 % de hexanos a 50% de acetato de etilo y 50% de hexanos más de15 volúmenes de columna. </li><li> Secar el producto purificado recogido en el disolvente de cromatografía flash utilizando un evaporador rotativo por evaporación de todo el disolvente a sequedad y secar aún más el producto a vacío para eliminar todos los disolventes residuales. Realizar la caracterización del producto purificado por RMN, MS y HPLC analítica. <ol><li> Para 1 H RMN y 13 C NMR, pesar aproximadamente 10 mg de la muestra purificada, se disuelven en un disolvente deuterado apropiado, y transferir el contenido a un tubo de NMR seco para el registro de los espectros de RMN 2,14. </li><li> Registre el 1H RMN y 13 C espectros de RMN con un alto campo RMN Espectrómetro (mínimo 300 MHz). Adquirir los espectros de masas utilizando un QTOF (Tandem cuádruple 1 hora de vuelo espectrómetro de masas), ionización por electrospray (ESI) o unos 70S VG (doble centrándose espectrómetro de masas de sector magnético, EI) 2,14. </li><li> Analizar la pureza de los productos por HPLC con un detector de red de diodos y equipado conun C18 (2) 100 A, 250 x 4,6 mm, 5 micras en la columna para análisis. Utilice una corrida de gradiente a partir de 100% de agua (ácido trifluoroacético al 0,1%) a 60% de acetonitrilo (ácido trifluoroacético al 0,1%) durante 30 min y mantener el gradiente de 4 min. Extraer los cromatogramas a 226 y 254 nm 2,14. Nota: purezas analíticos de los compuestos evaluados fueron&gt; 95%. </li></ol></li></ol> 3. Síntesis en fase sólida para la Generación de lanza 2 <ol start="1"><li> Síntesis del voltea N-coronado <ol><li> Ensamble compuestos peptídicos N coronadas de a través de métodos estándar de síntesis en fase sólida utilizando los siguientes pasos. <ol><li> Activar 5 equivalentes de aminoácido C-terminal (Fmoc-Phe) en 4.4 equivalentes de O -Benzotriazole- N, N, N &#39;, N&#39; tetrametil-uronio-hexafluoro-fosfato (HBTU, 221,93 mg) en 2 ml de DMF durante 5 min. Cargar la mezcla HBTU Fmoc-Phe a la resina Rink utilizando 6 equivalentes de diisopropiletilamina (DIPEA, 103,13mg) durante 1 hora a RT. </li><li> Eliminar el grupo protector Fmoc del residuo C-terminal utilizando 20% de piperidina en 3 ml de DMF durante 10 min. Aminoácidos posteriores de los pares (por ejemplo, Fmoc-Ile, Fmoc-Leu, Fmoc-Arg-pmc) paso a paso. En cada paso, par 5 equiv del siguiente aminoácido usando 6 equivalentes de DIPEA (103,13 mg) y 4,4 equivalentes de HBTU (221,93 mg) en 2 ml de DMF durante 1 hora a RT. </li><li> Aplicar ciclos de lavado (5 x 10 ml de DMF + 5 x 10 ml de DCM) después de las etapas de acoplamiento de aminoácidos Fmoc y de desprotección descritos anteriormente. Después del montaje de péptidos, grupos usando 6 equivalentes de DIPEA (103,13 mg) y 4,4 equivalentes de HBTU (221,93 mg) par N-taponado en 2 ml de DMF durante 1 hora a RT. </li><li> Una vez finalizado el montaje de péptidos, el tratamiento de la mezcla de reacción con 2 ml de la mezcla de escisión (90: 5: 5 TFA / H 2 O / TIPS) O / N para eliminar los grupos protectores de cadena lateral, y pegue voltea de la resina. Se tritura el producto resultante con éter dietílico frío para precipitar y if concentrado necesario en un evaporador rotatorio. </li></ol></li></ol></li><li> Síntesis de Flips-C-coronadas de cubiertas N <ol><li> Pesar y disolver el péptido Arg-Leu N-terminal tapado y protegido (16,1 mg, 0,02 mmol) en diclorometano, y añadir [4- (3-clorofenoxi) piridin-2-il] metanamina (C-cap), junto con O - benzotriazol N, N, N &#39;, N&#39; tetrametiluronio (HBTU; 16,7 mg, 0,02 mmol) y N, N-diisopropiletilamina (DIPEA; 6,5 mg, 0,02 mmol). </li><li> Agitar y monitorear la reacción a temperatura ambiente hasta que la TLC / HPLC indica el consumo completo del material de partida. Después de la finalización de la reacción, se concentra la mezcla de reacción en bruto usando un evaporador rotatorio y luego partición entre acetato de etilo y agua. </li><li> Separar la fase acuosa y la capa orgánica; se lava la capa orgánica con NaOH 1 N, HCl 1 N, y salmuera. Se seca la capa orgánica con aproximadamente 1 g de sulfato de sodio y se concentra el producto en el evaporador rotatorio. Finally tratar el producto O / N con la mezcla de división (95: 2,5: 2,5 ácido trifluoroacético / H2O / TIPS) para la desprotección. </li><li> Se tritura el producto resultante con éter dietílico frío y si es necesario concentrado en el evaporador rotatorio a sequedad completa a fin de eliminar todo el disolvente. Secar aún más el producto al vacío para eliminar todos los disolventes residuales. </li></ol></li><li> Purificación y caracterización de volteretas <ol><li> Purificar voltea crudo usando métodos preparativos semi HPLC en fase inversa. Liofilizar las voltea purificadas y caracterizar su masa molecular mediante espectrometría de masas 2,14. </li><li> Determinar la pureza analítica de los voltea por HPLC con un detector de red de diodos y equipado con una C18 (2) 100 A, 250 x 4,6 mm, 5 micras columna. Utilice un método de gradiente partiendo de 95% H 2 O (0,1% de ácido trifluoroacético) / 5% de acetonitrilo (0,1% de ácido trifluoroacético) a 35% H 2 O (0,1% de ácido trifluoroacético) / 65% de acetonitrilo (0,1% trifluoroaceácido tic) durante 30 minutos y mantener el gradiente de 4 minutos. Extracto de cromatogramas a 226 y 254 nm. </li></ol></li></ol> 4. Ensayo de unión de polarización de fluorescencia para la determinación de unión competitiva 2,14 <ol start="1"><li> Realizar el ensayo en placas utilizando el siguiente procedimiento negro 384 pocillos (138 l). </li><li> Diluir las muestras, péptidos trazador (4 nM), y complejos de quinasa (CDK2 / ciclina A - 18 g / ml, CDK4 / ciclina D - 37 mg / ml) a las concentraciones requeridas en tampón de ensayo (25 mM HEPES pH 7, 10 mM NaCl, 0,01% de Nonidet P-40, ditiotreitol 1 mM (DTT). </li><li> A cada pocillo de la placa de 384 pocillos, añadir: 5 l de CDK4D1 o CDK2CA (0,3 mg / complejo bien purificada recombinante humana quinasa), la solución del compuesto 5 l, 5 l de 30 nM péptido trazador (fluoresceinilo-Ahx-Pro-Val Lys-Arg-Arg-Leu (3ClPhe) Gly o péptido trazador fluoresceinilo-Ahx-Pro-Val-Lys-Arg-Arg-Leu-Phe-Gly). Utilice 5 l de cada DMSO (6%), buffer, trazador y 5 l DMSO (6%), complejo quinasa, trazador como pocillos de control </li><li> Después de la adición de los todos los componentes, centrifugar la placa a 500 rpm durante 1 min (41,16 xg) a TA y luego se incuba la placa con agitación durante 45 min a TA. Usando un lector de placa multimodo y equipado con detector de 485 nm / 535 nm de excitación / emisión y filtros de un espejo dicroico leer la intensidad de fluoresceína de cada pocillo en la placa. </li><li> Calcular la media relativa de polarización (MP) para todas las muestras de ensayo utilizando la ecuación aparece más abajo. Determine los valores de IC50 por regresión logarítmica correlacionando mps relativos y probar concentraciones. </li></ol><img alt="Ecuación 1" src="/files/ftp_upload/52441/52441eq1.jpg" />

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<li>Cannon, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pharmaceutics+and+drug+delivery+aspects+of+heme+and+porphyrin+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Pharm+Sci%22%5BJournal%5D)">Pharmaceutics and drug delivery aspects of heme and porphyrin therapy.</a> J Pharm Sci. 82, 435-446 (1993).</li>
</ol>

Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.

Dirigirse a las interacciones proteína-proteína (IBP) en el descubrimiento de fármacos es muy difícil, ya que suelen implicar una gran interfaz de contacto poco profunda compuesta por numerosos contactos difusos19. Además, los compuestos peptídicos que inhiben los IBP que son susceptibles de descubrimiento de fármacos son problemáticos debido a su mayor masa molecular, inestabilidad metabólica y baja biodisponibilidad20. Las estrategias actuales que se han aplicado para el desarrollo de inhibidores ...

En este artículo, un estudio de caso de la aplicación de la (reemplazo por alternativas ligando parciales utilizando computacional enriquecimiento) SUSTITUIR estrategia para convertir inhibidores peptídicos de las interacciones proteína-proteína en más moléculas farmacéuticamente relevantes se describe 01.03. Mientras que los IBP son una fuente rica pero poco explotado de posibles objetivos de drogas, las metodologías existentes son claramente insuficientes para hacer estos ampliamente accesible. Las estrategias actuales incluyendo fragmento diseño basado en 4, cribado de alto rendimiento 5 y péptidos grapados 6 han proporcionadas avances, sin embargo, estos son, en muchos casos ineficaces. Como resultado, se requieren más progreso y enfoques más eficientes. REEMPLAZAR ha sido plenamente validado en el desarrollo de inhibidores de la quinasa que han mejorado las propiedades similares a las drogas y que tienen potencial de desarrollo como agentes terapéuticos antitumorales. Esta estrategia se ejemplifica en el desarrollo de inhibidores no de ATP de la célulaCDK ciclo e implica los siguientes: 1) la obtención de información estructural en 3D en las interacciones de HAKRRLIF / RRLIF con la unión de la ciclina ranura; 2) la determinación de los determinantes de unión importantes para la interacción de péptidos; 3) el truncamiento del péptido N-terminal que contiene uno o más determinantes de unión; 4) identificación computacional de potenciales de moléculas pequeñas alternativas (alternativas ligando parciales Plas) para la parte truncada del péptido y que retienen las interacciones clave del péptido parental; 5) la síntesis o el abastecimiento comercial de PLA predijeron para unirse ávidamente con el sitio sub previamente ocupado por el residuo (s) péptido borrado; 6) la síntesis de hojea la ligadura de las mejores PLA al péptido truncado mediante síntesis en fase sólida; 7) las pruebas de lanzamientos en una unión in vitro o ensayo funcional (polarización de la fluorescencia en el contexto / ciclina CDK), seguido de una caracterización adicional en un ensayo de viabilidad celular. Una representación esquemática de REEMPLAZAR strategy se muestra en la Figura 1. En este artículo, se discuten las iteraciones de la estrategia REPLACE y la aplicación de CDK2 / ciclina A se describe en detalle. CDK se cree que están desregulado directamente o indirectamente en la mayoría de los tumores y por lo tanto se consideran objetivos farmacológicos de cáncer apropiada 7. CDK requieren asociación con ciclinas para la activación completa y posteriormente fosforilan proteínas clave que intervienen en la regulación del ciclo celular 8. Los dos grupos principales de CDK son los isotipos que controlan los puntos de control del ciclo celular [G1 / S (CDK4 / ciclina D, CDK6 / ciclina D y CDK4 / ciclina E), fase S (CDK2 / ciclina A) y G2 / M (CDK1 / ciclina B)] y los reguladores de la ARN polimerasa a través de la fosforilación (CDK7 / ciclina H, CDK8 / ciclina C, CDK9 / ciclina T). Un paso clave en la progresión de la fase S se produce cuando el factor de transcripción E2F1 forma un complejo con la proteína DP que luego se une al ADN e inicia la transcripción génica. CDK2 / ciclina A se requiere para neutralizar la transcripción E2F1actividad a través de la fosforilación lo que conduce a la liberación del complejo E2F1-DP y su posterior degradación. Se cree que la inhibición de CDK2 / ciclina A para mantener E2F1 en su estado unido de ADN conduce a la activación persistente. El nivel resultante de E2F-1 actividad superará el umbral requerido para inducir la apoptosis independiente de p53, por tanto, lo que sugiere una estrategia terapéutica. Debido a p53 desregulado y las vías de pRb, los altos niveles de E2F-1 se producen con frecuencia en las células cancerosas y la inhibición de CDK2 / ciclina A debería conducir a la apoptosis selectiva en tumores y puede ser considerado como un objetivo de cáncer validado 7. Clínicamente inhibidores de CDK investigados se dirigen al sitio de unión ATP altamente conservado que conduce a cruzar la reactividad entre las proteínas superior a 500 quinasas en la kinome humana y potencialmente dando lugar a los efectos secundarios y la toxicidad 9. Un enfoque alternativo es-ATP no inhibición competitiva apuntando contratación sustrato a través de la CBGpresentes en la subunidad reguladora positiva ciclina y que es por lo tanto distinta y distante de ATP sitio de unión a 10,11. El CBG es principalmente un surco hidrófobo presente en la ciclina A, ciclina D y ciclina E y se ha demostrado para reconocer una secuencia de consenso que se encuentra en sustratos y supresores de tumores. Como un péptido aislado, el motivo de unión de ciclina (CBM) se une a la CBG y se ha demostrado que inhiben la actividad quinasa de las CDK del ciclo celular. El CBM ha sido optimizado para un octapéptido (HAKRRLIF, CDK2 / ciclina A IC 50 0,07 ± 0,02 mM, CDK4 / ciclina D, IC 50 0,88 ± 0,34 mM) y además truncada a un pentapéptido que representa un buen compromiso entre el peso molecular para las drogas semejanza y la potencia (RRLIF, CDK2 / ciclina A IC 50 1,01 ± 0,17 mM, CDK4 / ciclina D, IC 50 25,12 ± 2,97 M) 12,13. Los CBGS consisten en una gran primaria y secundaria más pequeño bolsillo hidrofóbico que están puenteados por un acidiregión c (incluye Glu220, Glu224 y Asp283). Los determinantes de unión clave de HAKRRLIF incluyen la interacción de Ala2 con el bolsillo hidrofóbico secundaria, el emparejamiento de iones de hidrógeno y lazos de Lys3, Arg 4 y Arg5 con la región ácida y un alto grado de complementariedad de Leu6 y Phe8 con el sitio lipófilo primaria. Además, numerosos enlaces de hidrógeno son aportados desde el esqueleto del péptido, mientras que Ile7 actúa como un residuo espaciador permitir el contacto óptimo con el bolsillo primaria. El modo de unión y las interacciones de HAKRRLIF con CBG se muestra en la Figura 2. Focalización de la interacción proteína-proteína CBM / CBG inhibe la actividad quinasa de CDK2 / ciclina A, CDK2 / ciclina E &amp; CDK4 / ciclina D y esto debe dar lugar a E2F1 apoptosis mediada de las células cancerosas sin afectar a las células normales 7. Aunque CBM péptidos derivados son inhibidores eficaces de las CDK del ciclo celular, es poco probable que sean útiles como fármacos debido a su metabólicala inestabilidad y la falta general de la permeabilidad celular. Con este fin, hemos aplicado la estrategia REEMPLAZAR el fin de convertir estos inhibidores peptídicos potentes en más compuestos similares a las drogas para un mayor desarrollo de terapias antitumorales que explotan E2F1 desregulado través de CDK2 / ciclina A inhibición. El siguiente protocolo se resume el trabajo que se ha completado en la aplicación de REEMPLAZAR a la ranura de ciclina. En el primer caso, se identificaron reemplazos grupo de terminación similares a las drogas para el tetrapéptido N-terminal de HAKRRLIF. Además las mejoras en estos grupos fueron investigados en un estudio de validación adicional para REEMPLAZAR. También se presentan los resultados representativos de estos estudios.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Química Computacional</td></tr><tr><td>Accelyrs Discovery studio 3.0</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dell Optiplex Workstations</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Química Orgánica Sintética</td></tr><tr><td colspan="4">Gel de sílice (placas GF-254) para TLC, Biotage (Uppsala, Suecia) para cromatografía flash, Waters Alliance 2695 HPLC con un 2996 detector de matriz de diodos y equipado con un C18 (2) 100 A, 250 x 4.6&nbsp; milímetros, 5 pulgadas; &mu; m (Phenomenox Luna) para la determinación de la pureza, se registraron los espectros de RMN 1H y 13C con un espectrómetro Varian Mercury 300 y 400, respectivamente. Los espectros de masas se midieron con un QTOF de micromasa (espectrómetro de masas de tiempo de vuelo cuádruple 1 en tándem), ionización por electrospray (ESI) y VG 70S (espectrómetro de masas de sector magnético de doble enfoque, EI).</td></tr><tr><td colspan="4">Flourescence Polarization Assay</td></tr><tr><td>384 micro placas de pocillos, Micro pipetas</td><td>Grenier Bio-one</td><td>110256602</td><td></td></tr><tr><td>CDK4D1 y CDK2CA (complejo de quinasa humana recombinante bien purificado)</td><td>BPS Bio Sciences</td><td>40094(CDK4/Cyclin D), 41101(CDK2/Cyclin A)</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">tampón de ensayo (25 nM HEPES pH 7, 10 mM NaCl, 0.01% Nonidet P-40, 1&nbsp; mM ditiothretiol (DTT))</td></tr><tr><td>25 nM HEPES</td><td>CALBIOCHEM</td><td></td><td></td></tr> 375368 <tr><td>NaCl</td><td>Fisher</td><td>127838</td><td></td></tr><tr><td>Nonidet P-40</td><td>US Biológico</td><td>N3500</td><td></td></tr><tr><td>DTT</td><td>Aldrich-70</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>&#176; Congelador C</td><td>Revco (Ultima II)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DTX880 detector multimodo equipado con 485&nbsp; NM/535 y nbsp; Filtros de excitación/emisión de nm y un espejo dicroico adecuado para fluoresceína</td><td>Beckman Coulter, Brea, CA</td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Cell Culture</td></tr><tr><td>96 placas de pocillos</td><td>Fisher</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Frozen stocks de líneas celulares U2OS (osteosarcoma) y DU145 (cáncer de próstata)</td><td>Suero ATCC</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NU, medios DMEM, tripsina, PEN/STRIP, reactivo</td> <td>MTTFisher, Tecnología de la vida, Heamocitómetro Alfa Aesar</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>VWR-70</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>&#176; C congelador</td><td>Revco (Ultima II)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Incubadora</td><td>Thermo electron corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Centrífuga</td><td>Eppendorf</td><td>5804 R</td><td></td></tr><tr><td>Refrigerador 4-8 &#176; C</td> Detector multimodo <td>Isotemp Fisher</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DTX880 equipado con 595&nbsp; Filtro nm</td><td>Beckman Coulter, Brea, CA</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

el desarrollo de inhibidores de interacciones proteína-proteína a través reemplazar: aplicación al diseño y desarrollo para no atp inhibidores de cdk competitiva

Development of Inhibitors of Protein-protein Interactions through REPLACE: Application to the Design and Development Non-ATP Competitive CDK Inhibitors

REPLACE es una estrategia única desarrollada para orientar con mayor eficacia las interacciones proteína-proteína (IBP). Su objetivo es ampliar el espacio disponible objetivo de drogas, proporcionando una mejor metodología para la identificación de inhibidores para estos sitios de unión y que representan la mayoría de los posibles objetivos farmacológicos. El objetivo principal de este trabajo es proporcionar una visión metodológica de la utilización y aplicación de la estrategia REEMPLAZAR que implica enfoques de química computacional y sintéticos. Replace es ejemplificado a través de su aplicación al desarrollo de quinasas no competitivo de ATP de ciclina (CDK) dependientes inhibidores como agentes terapéuticos anti-tumorales. CDK están desreguladas frecuencia en el cáncer y por lo tanto se consideran como objetivos importantes para el desarrollo de fármacos. La inhibición de CDK2 / ciclina A en la fase S se ha informado de promover la apoptosis selectiva de las células cancerosas de una manera independiente de p53 a través de la vía de E2F1. Focalización de la interacción proteína-proteína en la bindin ciclinag ranura (CBG) es un enfoque que permitirá a la inhibición específica de ciclo celular sobre las CDK transcripcionales. El CBG es reconocido por una secuencia de consenso derivada de CDK sustratos y proteínas supresoras de tumores denominado el motivo de unión (CBM) de ciclina. El CBM previamente ha sido optimizado para un octapéptido de p21Waf (HAKRRIF) y luego más truncado para un pentapéptido retener suficiente actividad (RRLIF). Los péptidos en general no están celular permeable, son metabólicamente inestable y por lo tanto el (reemplazo parcial con el ligando Alternativas a través Computacional Enriquecimiento) SUSTITUIR estrategia se ha aplicado con el fin de generar los inhibidores más similares a las drogas. La estrategia comienza con el diseño de péptidos inhibidores fragmento ligado (vueltas) que inhiben selectivamente ciclo celular complejos CDK / ciclina. Voltea se generaron mediante la sustitución de los residuos de forma iterativa HAKRRLIF / RRLIF con el fragmento como pequeñas moléculas (grupos de tapado), a partir de la N-terminal (NCAPs), seguidos de reemplazo enel C-terminal. Estos compuestos son puntos de partida para la generación de inhibidores de CDK no competitivos de ATP como agentes terapéuticos anti-tumorales.

Las interacciones de HAKRRLIF con la ranura de la ciclina se muestran en la Figura 2. Los residuos de péptidos que representan los determinantes de unión clave incluyen Ala2, Arg4, Leu6 y Phe8 con otros residuos de aportar contribuciones más pequeños 12,13,18. En este estudio de caso la estrategia REPLACE se ha utilizado con el fin de encontrar alternativas de fragmentos para los residuos en el tetrapéptido N-terminal de HAKRRLIF, imitando principalmente las interacciones de Ala2 y Arg4. Una ...

Describimos la implementación de la estrategia REPLACE para dirigirse a las interacciones proteína-proteína. REPLACE es una estrategia iterativa que involucra enfoques sintéticos y computacionales para la conversión de inhibidores peptídicos optimizados en moléculas similares a fármacos.

El desarrollo de inhibidores de interacciones proteína-proteína a través REEMPLAZAR: Aplicación al Diseño y Desarrollo para no ATP inhibidores de CDK Competitiva

REPLACE is a unique strategy developed to more effectively target protein-protein interactions (PPIs). It aims to expand available drug target space by ...

El objetivo general de la estrategia es generar una molécula pequeña terapéutica eficaz similar a un fármaco mediante la conversión de un péptido inhibidor de la interacción de una proteína-proteína. Esto se logra estableciendo una relación estructura-actividad para la interacción peptídica-proteína deseada para comprender qué partes se pueden reemplazar de manera efectiva como segundo paso. La química computacional se utiliza para identificar alternativas viables de fragmentos para los determinantes peptídicos conocidos, que luego se pueden usar para sintetizar una biblioteca de híbridos de péptidos fragmentados.A continuación, se sintetiza una biblioteca de híbridos entre estos fragmentos y el péptido truncado con el fin de generar moléculas que se pueden probar en un ensayo in vitro para identificar moléculas que sean más parecidas a un fármaco y que recapitulen la actividad del péptido nativo. Los resultados muestran que se pueden identificar más compuestos similares a fármacos utilizando la metodología, y estos representan puntos de partida efectivos para el descubrimiento de fármacos inhibidores de las interacciones proteína-proteína. Por lo tanto, la principal ventaja de esta técnica sobre los métodos existentes, como el cribado de alto rendimiento, es que la tracción de proteínas es extremadamente difícil desde el punto de vista del descubrimiento de fármacos, y los métodos convencionales no funcionan bien.La estrategia de reemplazo implica el enfoque iterativo escalonado y, por lo tanto, puede llevar más tiempo o es más probable que sea eficaz a largo plazo. Hoy demostraré la mayoría de los procedimientos yo misma con la ayuda de mi asociada, la Dra. Sandra Craig, quien establecerá algunas de las reacciones y procedimientos. Comience este procedimiento con la validación del protocolo de acoplamiento, seguido de la preparación del sitio de unión al receptor y los ligandos como se describe en el protocolo de texto para acoplar los ligandos en el surco de ciclina.Primero, seleccione la rutina de ajuste del ligando del protocolo de interacciones de ligando del receptor establecido en el software, use el receptor y los ligandos preparados como entrada para este protocolo. Para estos recorridos, seleccione PLP one como red de energía. La rejilla de energía utilizada por el programa de acoplamiento es el campo de fuerza para generar las interacciones del receptor del ligando y las poses potenciales.El primer es el potencial lineal de paz, que prioriza específicamente las interacciones de enlace de hidrógeno. Especifique que las poses se minimicen al mínimo y que el número de poses generadas sea 10. Deje todos los demás parámetros en los valores predeterminados en primera instancia.Visualice las poses en el programa visualizador y, a continuación, clasifíquelas por valores descendentes de la puntuación PLP uno. Utilice funciones de puntuación como plp, una para estimar la afinidad de unión de un ligando acoplado en función de la posición del ligando candidato, la geometría y la interacción no covalente con la estructura del receptor objetivo. Analice visualmente el 25% superior de las poses puntuadas para ver si hay superimposibilidad con el grupo de limitación conocido.Observe también si la pose ha cumplido con los filtros de interacción, que están configurados para incluir restricciones de átomos que requieren contactos intermoleculares que se sabe que son críticos para la unión y o son necesarios para posicionar el grupo de recubrimiento potencial en la geometría correcta para la formación de enlaces amida. Finalmente, examine las poses para la complementariedad visual, que se define como tener un llenado eficiente del bolsillo de unión de una manera que sea consistente con la actividad de la estructura conocida. Relaciones para la síntesis de grupos de recubrimiento de extremos, utilice todos los materiales de partida comerciales, solventes y reactivos y sintetice mediante química orgánica sintética convencional.Realice cromatografía en capa fina o TLC en gel de sílice para monitorear las reacciones disolviendo primero el material de partida y la mezcla de reacción en la fase móvil. A continuación, localice el material de partida disuelto y la mezcla de reacción en la placa TLC utilizando tubos capilares. Coloque la placa TLC en la cámara que contiene la fase móvil.Una vez que la fase móvil alcance el 90% de la placa TLC, retire y seque la placa al aire. Utilice la luz ultravioleta para detectar el material de partida y las mezclas de reacción como puntos visibles. A continuación, calcule la RF de cada punto, que es la relación entre la distancia recorrida por el punto y la fase móvil.A continuación, coloque la mezcla de reacción en un embudo separador y lávela con ácido acuoso o solución base, según corresponda. Recoja el solvente orgánico y evapore en un evaporador rotativo antes de secarlo. El producto bruto obtenido al vacío disuelve 500 miligramos de producto bruto en tres a cinco mililitros de disolvente adecuado y se añade a una muestra de sílice o RP 18 antes de secarse al aire, se coloca una muestra que contiene el producto bruto en sílice, cartuchos de fase reversa.Purifique el material bruto mediante cromatografía flash automatizada de alta resolución. Empleando una columna de 100 gramos con un degradado. Ejecute más de 15 volúmenes de columnas.Seque el producto purificado recogido en el disolvente de la cromatografía flash utilizando un evaporador rotativo evaporando todo el disolvente hasta la sequedad. A continuación, seque el producto al vacío para eliminar todos los disolventes residuales. Realice la caracterización del producto purificado mediante RMN, MS y HPLC analítica como se describe en el protocolo de texto para sintetizar fragmentos con capa final, péptidos inhibidores ligados o ensamblajes de volteos.Compuestos pépticos de fin de obra mediante métodos estándar de síntesis en fase sólida. Activar cinco equivalentes del aminoácido terminal C en 4,4 equivalentes de HBTU en dos mililitros de DIMETILFORMAMIDA o DMF durante cinco minutos. Cargue la mezcla en resina de pista usando seis equivalentes de diisopropiletil amina durante una hora a temperatura ambiente.Retire el grupo protector FM del residuo terminal C utilizando 20%INE en tres mililitros de DMF durante 10 minutos. Acopla los aminoácidos subsiguientes paso a paso en cada paso. Acople cinco equivalentes del siguiente aminoácido utilizando seis equivalentes de isopropilo DI, etilamina y 4,4 equivalentes de HBTU en dos mililitros de DMF durante una hora.A temperatura ambiente, aplique ciclos de lavado después del acoplamiento de aminoácidos y pasos de protección FM D después del ensamblaje de péptidos. Acople grupos de recubrimiento de N utilizando seis equivalentes de isopropilo DI, amina de etilo y 4,4 equivalentes de HBTU en dos mililitros de DMF durante una hora a temperatura ambiente al finalizar el ensamblaje del péptido. Tratar la mezcla de reacción con dos mililitros de la mezcla de escisión durante la noche para eliminar los grupos protectores de la cadena lateral y Cleve voltea de la resina tritratar el producto resultante con éter datílico frío para precipitar y, si es necesario, concentrar en un evaporador rotativo filtrar el sólido resultante y secar al vacío o liofilizar con un liofilizador.En este punto, proceda con el ensayo de unión a la polarización de fluorescencia como se describe en el protocolo de texto para la determinación de la unión competitiva. Se muestra la estructura del modelo de H-A-K-R-R-L-I-F unido a la ranura de unión ciclónica. El surco de ciclismo consta de dos bolsas hidrofóbicas, una bolsa primaria más grande y una bolsa secundaria más pequeña, que están unidas por residuos ácidos representados en rojo.Otras interacciones importantes incluyen los contactos de enlace de hidrógeno de la columna vertebral del péptido y las interacciones de emparejamiento de iones de los tres residuos básicos del péptido aquí, se muestra el modo de unión de tres cinco D-C-P-T-R-L-I-F, mostrado con interacciones de enlace de hidrógeno con átomos de cadena lateral de triptófano dos 17 y glutamina 2 54 acoplados. Se muestran las posturas de tres grupos representativos y de tapón, con cada uno de estos compuestos poseyendo enlaces de hidrógeno con los átomos de filtro de interacción de triptófano dos 17 y glutamina 2 54. Como se representa en las líneas discontinuas verdes, el hinojo subsiste haciendo que las interacciones de la pared de Vander con la bolsa hidrofóbica secundaria.Después de ver este video, tendrá una mejor comprensión de cómo realizar y aplicar la estrategia de reemplazo, convirtiendo un inhibidor de péptidos conocido en una molécula más parecida a un medicamento, que inhibe la tracción de una proteína y es un punto de partida para el desarrollo terapéutico.

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El desarrollo de inhibidores de interacciones proteína-proteína a través REEMPLAZAR: Aplicación al Diseño y Desarrollo para no ATP inhibidores de CDK Competitiva

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