אנו מתארים כאן שיטה לזיהוי חלבונים קושרי מולקולות קטנים באמצעות תיוג פוטו-אפיניטי. היתרון בטכניקה זו הוא שקישור ותיוג קוולנטי של חלבוני המטרה מתרחש בסביבה התאית החיה, ומסיר את הסיכון לשיבוש מבנה החלבון המקומי ותנאי הקישור עם ליזיס התאים.
Method Article
אנו מתארים כאן שיטה לזיהוי חלבונים קושרי מולקולות קטנים באמצעות תיוג פוטו-אפיניטי. היתרון בטכניקה זו הוא שקישור ותיוג קוולנטי של חלבוני המטרה מתרחש בסביבה התאית החיה, ומסיר את הסיכון לשיבוש מבנה החלבון המקומי ותנאי הקישור עם ליזיס התאים.
זיהוי המטרות המולקולריות של מולקולות קטנות הוא צעד מאתגר אך הכרחי להבנת מנגנון הפעולה שלהן. בעוד שמספר שיטות לזיהוי מטרה פותחו ושימשו כדי להבהיר בהצלחה את חלבוני הקישור של מגוון מולקולות קטנות, לטכניקות אלו יש חסרונות שהופכים אותן ללא מתאימות לזיהוי סוגים מסוימים של אינטראקציות קטנות בין מולקולות למטרה. בפרט, אינטראקציות לא קוולנטיות התלויות בתנאים תאיים טבעיים, כגון אלה של חלבוני ממברנה שהמבנים שלהם עלולים להיות מופרעים עם ליזה של תאים, לרוב אינן ניתנות לשיטות זיהוי מטרה מבוססות זיקה. כאן, אנו מדגימים שיטה שבה בדיקה המכילה קבוצה פוטו-לאבילית משמשת לקישור קוולנטי לחלבון קושר המולקולות הקטנות בסביבת התא החי, מה שמאפשר זיהוי ובידוד של חלבון המטרה ללא צורך בשמירה על האינטראקציה לאחר ליזה של תאים. טכניקה זו היא כלי רב ערך לחקר מולקולות קטנות מעניינות מבחינה ביולוגית עם מנגנונים לא ידועים, הן בהקשר של ביולוגיה בסיסית והן בהקשר של גילוי תרופות.
מולקולות קטנות ביו ביסודו לעבוד על ידי אינטראקציה עם ושינוי הפונקציה של אחד או יותר מולקולות "יעד", רוב החלבונים בדרך כלל, בתא. גילוי סמים, כאשר תרכובת פעילה מתגלה באמצעות הקרנת פנוטיפי, הזהות של הנפגע המולקולרי (ים) של המתחם כי הוא חיוני, לא רק להבנת מנגנון פעולה ואת תופעות לוואי אפשריות של המתחם, אלא גם עבור פוטנציאל גילוי ביולוגיה חדשה שבבסיס מודל המחלה ולסלול את הדרך לפיתוח של כיתות מכניסטית חדשות של הרפוי 1. למרות זיהוי המטרה אינו נדרש עבור תרופת לשמש טיפולית, בשנים האחרונות חלה הכרה גוברת כי מועמדי תרופה חדשניים סיכויים טובים יותר להצליח בניסויים קליניים, ולכן להניב תשואות טובות יותר על השקעה, אם יעד תוקף הוא ידוע 2. לפיכך, חלה התעניינות גוברת שיטות לזיהוי קטןחלבוני יעד מולקולה.
ניסוי זיהוי מטרות קלסי בדרך כלל מסתמך על טיהור זיקה, שבו המולקולה הקטנה של העניין היא משותקת על שרף וטופחה עם lysates התא כולו, שלאחריו חלבונים מאוגדים נשטפים והחלבונים הנותרים הם eluted וזיהו 3. בעוד טכניקה זו נעשה שימוש כדי לזהות את המטרות של מולקולות קטנות רבות 4, הוא אינו מתאים כשיטה מזהה היעד אוניברסלי מכמה סיבות. ראשית, חלבון המטרה חייב לשמור קונפורמציה המקורית שלו על תמוגה תא על מנת לשמר את יכולתה להיקשר המולקולה הקטנה. זה יכול להיות בעייתי במיוחד עבור חלבונים בממברנה, אשר לעתים קרובות לעבור שינויים מרחביים לאחר הוצאתו מסביבת מולדתם, או פשוט המצרפי משקע מתוך פתרון. שנית, המולקולה הקטנה חייבת להיות שינוי כימי בצורה כזו כי זה יכול להיות משותק על השרף תוך שמירהיכולתה לקשור את חלבון המטרה. כיסים מחייבים עמוקים עשויים אפוא להיות נגישים מולקולה קטנה ברגע שהוא מקובע השרף. שלישית, זיקת המחייב חייבת להיות גבוהה מספיק שהאינטראקציה נשמרת במהלך שלבי הכביסה, מה שהופך זיהוי של אינטראקציות זיקה נמוכות מאתגרות. תנאים רביעיים, סביבתיים כגון pH, ריכוז יון, או הנוכחות של מולקולות אנדוגני אחרות יכולים להשתנות מרחבית בתוך התא הם לפעמים תנאים מוקדמים תרופתי-יעד. לכן, מציאת התנאים הנכונים כדי לאפשר ולשמור המחייב החיצוני של התא יכול דורש כמות משמעותית של ניסוי וטעייה.
תיוג Photoaffinity עוקף בעיות אלה בכך שהוא מאפשר הקשר הקוולנטי של מולקולה קטנה היעד שלה בהקשר יליד תא. במקום לשתק המולקולה הקטנה כדי שרף מגושם גדול המולקולה במקום שינוי כימי להתקין שני גרם פונקציונלי קטןroups: א מחצית photoactivatable המאפשר crosslinking קוולנטיים חלבון המטרה כאשר מוקרנים עם אורך גל מסוים של אור, וקבוצת כתב המאפשרת חלבון המטרה כדי להתגלות ובהמשך מבודד. תאי חי מטופלים עם חללית photoaffinity, החללית נקשרה ו Crosslinks קוולנטית חלבון המטרה, והמתחם-החלבון החללי הוא אז מבודד ללא פגע. הספציפי של חללית מחייבת את היעד מודגם על ידי ביצוע ניסוי תחרות במקביל, שבו עודף של תרכובת האב משמש להתחרות במרחק מחייב של חללית חלבון המטרה.
העיצוב וסינתזה של בדיקות photoaffinity משתנה מאוד בין מולקולה קטנה אחת לאחרת, ולא יהיה מכוסה בפרוטוקול זה; עם זאת, מספר דיונים מעולים בנושא פורסמו 5-9. השיקול העיקרי הוא כי החללית שומרת לעצמה את הפעילות הביולוגית של תרכובת האב, ולכן presumably מחייב לאותו היעד (ים). מבנה-פעילות יחסים (SAR) מחקרים חייבים להתבצע כדי לקבוע אילו חלקים של המולקולה ניתן לשנות ללא הפסד של פעילות ביולוגית. מגוון של קבוצות כימיות שונות שמש crosslinkers photoactivatable, כולל diazirine, benzophenone, ו תזיד aryl, אשר לכל אחד מאתנו יש יתרונות וחסרונות 10. כמו כן, ישנם תגי הכתב מרובים שנוצלו לבודד חלבונים קושרי החללית. קבוצות Reporter עשויות להיות פונקציונליות בכוחות עצמם, כגון ביוטין נפוץ או תגי פלורסנט, או עשוי להיות מבשרים הדורשים functionalization נוסף לאחר צעד photocrosslinking, אשר יש את היתרון של להיות קטן יותר ולכן פחות סביר להתפשר פעילות ביולוגית 11.
בפרוטוקול זה, השתמשנו בדיקת photoaffinity המכילה קבוצת diazirine photocrosslinking, וכן אלקין מסוף הקובץ המצורף של קבוצת כתב באמצעות Cu (I) -catalyzed אזיד-אלקין cycloaddition שארפלס-Hüisgen (או לחץ) התגובה 12-15. מחקרי SAR, לחקור תכנון וסינתזה, ותוצאות המחקרים הללו פורסמו במקומות אחרים 16-18.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
הערה: פרוטוקול זה הותאם מ מקינון טאונטון 10 לשימוש בתאים חיים.
1. הכנת תאים בתרבית
2. טיפול תאי Photocrosslinking
3. צירוף תג פלורסנט ידי לכימיה לחץ על ויזואליזציה של חלבונים שכותרתו
4. צירוף תג ביוטין על ידי כימיה לחץ עבור טיהור זיקה של חלבונים שכותרתו
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
התוצאות המוצגות כאן התקבלו עם חללית צילום זיקה של itraconazole התרופה נגד הפטריות, השימוש אשר פורסם בעבר 16. תוצאות אלו מראות את השימוש בטכניקת תיוג לחיות תאי photoaffinity לזהות חלבון מחייב itraconazole גדול בהצלחה כמו חלבון הממברנה 35 kDa מתח-Dependent ערוץ 1 אניון (VDAC1).
בפרוטוקול לעיל בוצע בתאי HEK293T באמצעות החללית itraconazole ע...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
גישות שונות לזיהוי המטרות של מולקולות קטנות ניתן לקבץ באופן כללי לשתי קטגוריות: מלמעלה למטה, שם פנוטיפ הסלולר של התרופה משמש כדי לצמצם את המטרות הפוטנציאליות שלה המבוסס על הפונקציות הידועות שלהם, או מלמטה למעלה, כאשר היעד מזוהה ישירות באמצעים כימיים או גנטיים 3. מלמעלה למטה או מחקרים פנוטיפי יכול לזהות תהליכים תאיים מסוימים מושפעים התרופה (למשל, תעתיק / תרגום / סינתזה של DNA, בלוק מחזור התא, מאותת את הפעלת מסלול / עיכוב, וכו ') שעשוי ביסוד פנוטיפ ה...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
למחברים אין מה לחשוף.
אנו מודים לד"ר בן נצ'ב על הייעוץ בתכנון פרוטוקול תיוג הפוטו-אפיניטי, לד"ר וויי שי על סינתזה של בדיקת הפוטו-אפיניטיות של איטרקונזול, לד"ר יונגג'ון דאנג על ייעוץ לגבי ניסויי משיכה של זיקה, ולחברים אחרים במעבדת J.O.L. על הערות מועילות ותמיכה. עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי מלגת קרן PhRMA בפרמקולוגיה/טוקסיקולוגיה (ל-S.A.H.); מענק המכון הלאומי לסרטן R01CA184103; המכון למחקר רפואי לדיילים; הקרן לסרטן הערמונית (J.O.L.); ומכון ג'ונס הופקינס למחקר קליני ותרגומי, הממומן בחלקו על ידי מענק UL1 TR 001079 מהמרכז הלאומי לקידום מדעי התרגום (NCATS).
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Tris(2-carboxyethyl)phosphine (TCEP) | Life Technologies | 20490 | הפוך יום שימוש טרי. הכן מלאי של 100 מ"מ במים עם 4 eq NaOH. |
| טריס[(1-בנזיל-1H-1,2,3-טריאזול-4-יל)מתיל] אמין (TBTA) | AnaSpec | 63360-50 | הכן מלאי של 1.7 מ"מ ביחס של 4:1 של t-בוטנול ל-DMSO, אחסן ב-20 °C. |
| נחושת גופרתית (CuSO4• 5H2O) | LabChem, Inc. | LC13440-1 | מכינים מלאי של 50 מ"מ במים, מאחסנים בטמפרטורת החדר. |
| ביוטין-אזיד | קליק כלים לכימיה | AZ104-100 | הכן מלאי של 10 מ"מ ב-DMSO, אחסן ב-20 °C. |
| אלקסה פלואור 647-אזיד | Life Technologies | A10277 | הכן מלאי 1 מ"מ ב-DMSO, אחסן ב-20 °C. |
| מנורת UV 365 ננומטר | יש להרכיב משקפיים חוסמי UV | Spectroline | FC100 |
| טבליות מעכבי פרוטאז, | 11873580001 | Roche Life Science | יש להכין תמיסה 50x במים ולאחסן בטמפרטורה של -20 °C. |
| סוניקטור | ברנסון | סוניפייר 250 | מוגדר לתפוקה 1, חובה 30%. |
| סורק ג'ל פלואורסצנטי | GE Healthcare Life Sciences | FLA 9500 | השתמש בלייזר אדום כדי לזהות Alexa-fluor 647. |
| ערכת בדיקת חלבון DC תואמת חומר ניקוי | Bio-Rad | 5000112 | |
| חרוזי סטרפטווידין אגרוז בקיבולת גבוהה | Life Technologies | 20359 | |
| Dulbecco's Modified Eagles Medium, דל גלוקוז | ThermoFisher Scientific | 11885092 | |
| סרום בקר עוברי, מוסמך | ThermoFisher Scientific | 26140079 | |
| תמיסת פניצילין/סטרפטומיצין | ThermoFisher Scientific | 15140122 | |
| SDS מאגר דגימה (2x) | ThermoFisher Scientific | LC2676 |
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