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La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) est bien établie pour caractériser et surveiller les réactions enzymatiques1,2. Les différences dans les changements chimiques et les modèles d'accouplement sont utilisées pour distinguer les résonances du substrat et du produit, et des intensités de résonance relative sont utilisées pour quantifier le pourcentage de la réaction. La consommation de substrat et la création de produits sont directement observées dans le spectre de la RMN. Cela contraste avec la spectrophotométrie ou la spectroscopie fluorescence, dans laquelle le cours du temps de réaction est indiqué par un changement d'absorption attribuable à certaines espèces chimiques consommées ou créées. Tout comme avec les autres méthodes, la RMN peut être utilisée pour étudier les réactions enzymatiques en fonction de la température, du pH ou d'autres conditions de solution, et les effets des inhibiteurs peuvent être déterminés.
Plus récemment, des tests d'activité enzymatiques à base de RMN ont été démontrés pour le dépistage des fragments3,4. Les essais basés sur la RMN sont idéalement adaptés pour travailler aux concentrations plus élevées de composés d'essai (souvent aussi élevés que 1 mM) nécessaires pour détecter ces inhibiteurs plus faibles. La plage dynamique et la dispersion des décalages chimiques dans l'expérience rmnpeut peuvent facilement résoudre les résonances du substrat, du produit et des composés d'essai. Cela se compare favorablement aux essais spectrophotométriques où les problèmes d'interférence de lecture proviennent souvent de composés avec des profils d'absorption UV-vis qui se chevauchent. En outre, puisqu'ils manquent d'enzymes de journaliste, les essais de RMN à enzyme unique ne sont pas enclins à coupler-assay faux positifs. Cet avantage les rend utiles comme essais orthogonaux, complétant les essais traditionnels de dépistage à haut débit et les essais de triage de banc5.
Dans notre laboratoire de recherche, des essais d'activité basés sur la RMN sont utilisés pour identifier et évaluer les inhibiteurs des ribohydrolases nucléoside de Trichomonas vaginalis. Le parasite T. vaginalis cause la maladie sexuellement transmissible non virale la plus répandue6. L'augmentation de la résistance aux thérapies existantes7 est à l'origine de la nécessité de nouveaux traitements basés sur des mécanismes, avec des enzymes essentielles de voie de récupération nucléoside représentant des cibles de premier plan8. Des essais d'activité basés sur la RMN ont été développés pour les enzymes spécifiques à la pyrimidine et à la purine, la ribohydrolase nucléoside d'uridine (UNH)9, et l'adénosine/guanosine préférant la ribohydrolase nucléoside (AGNH)10. Les réactions catalysées par ces deux enzymes sont montrées dans la figure 1. Les essais de RMN sont utilisés pour dépister les bibliothèques de fragments à la recherche de points de départ chimiques, déterminer les valeurs de l'IC50 et éliminer les inhibiteurs de liaison à base d'agrégation ou covalents11. Les mêmes essais sont également traduits pour évaluer l'activité enzymatique dans les cellules entières12.
Des protocoles détaillés sont fournis pour les essais composés initiaux à 500 m et 250 M, des tests dose-réponse pour déterminer les valeurs IC50, des essais de contre-écran de détergent, des essais de contre-écran de dilution de saut, et des essais dans les cellules entières d'E. coli. Les protocoles sont généralement applicables à toute enzyme dans laquelle les résonances de substrat et de produit peuvent être observées et distinguées par la spectroscopie de RMN. Trois hypothèses ont été faites pour la simplicité. Tout d'abord, le substrat n'est pas spécifié. Pour que les essais d'activité basés sur la RMN soient utiles, la concentration finale du substrat ne devrait pas dépasser 2-3x la valeur Km 4. Dans les exemples montrés, les concentrations finales d'adénosine et defluorouridine 5 sont de 100 M (Km 54 'M) et de 50 'M (Km '15 'M), respectivement. Dans les protocoles, la réalisation de ces concentrations correspond à 12 l de 5 mM d'adénosine ou 12 à L de 2,5 mM 5-fluorouridine.
Deuxièmement, la quantité d'enzyme prévue dans les protocoles, 5 L, a été choisie pour correspondre à la quantité requise pour entraîner une conversion d'environ 75 % du substrat en produit en 30 min. Cette quantité représente généralement une dilution importante à partir d'un stock d'enzymes purifiées, et la dilution doit être déterminée à l'avance pour chaque enzyme. Les solutions de stock d'enzymes AGNH et UNH purifiées sont stockées à -80 oC dans des aliquots qui fournissent suffisamment d'enzymes pour plusieurs milliers de réactions. Ainsi, le facteur de dilution ne doit idéalement être déterminé ou validé que tous les quelques mois. Troisièmement, l'expérience spécifique 1D NMR n'est pas spécifiée. Dans les résultats représentatifs, 1H NMR est montré pour AGNH10 et 19F NMR est montré pour UNH9, avec l'expérience RmN décrite dans les références correspondantes. Le choix de l'expérience RMN dépend de la réaction enzymatique et des substrats disponibles ainsi que de l'instrumentation RMN disponible. Enfin, il convient de souligner que l'approche expérimentale décrite ne respecte pas les exigences strictes de la RMN quantitative (RMQ)13,14. Dans le protocole, une réaction en pourcentage est déterminée en utilisant les changements relatifs de l'intensité de la même résonance dans chaque spectre, plutôt qu'en déterminant les concentrations absolues. Cette approche élimine le besoin de modifications à l'acquisition et au traitement des données ainsi que des normes internes ou externes, qui sont requises pour le MRQ.