פרוטוקול זה מציג מתודולוגיית סקר פלואורומטרית המותאמת לזיהוי מעכבי מוצר טבעי/מולקולות קטנות של סינתזת חלבונים. הפרקטיות שלו הופכת אותה למתאימה הן להוראה לתואר ראשון בטכניקות גילוי תרופות והן ליישום בקמפיינים של כימיה רפואית.
Method Article
פרוטוקול זה מציג מתודולוגיית סקר פלואורומטרית המותאמת לזיהוי מעכבי מוצר טבעי/מולקולות קטנות של סינתזת חלבונים. הפרקטיות שלו הופכת אותה למתאימה הן להוראה לתואר ראשון בטכניקות גילוי תרופות והן ליישום בקמפיינים של כימיה רפואית.
מוצרים טבעיים מהווים מקור עשיר לתרכובות טיפוליות עם יישומים במגוון מחלות, במיוחד סרטן. באמצעות שימוש בביומולקולות אלו כתבניות מבניות בגילוי תרופות, החוקרים השיגו הן לוחות זמן פיתוח מהירים יותר והן יעילות ביולוגית משופרת בהשוואה לתרכובות סינתטיות מלאות. מסלול סינתזת החלבונים הפך למטרה משכנעת למוצרים טבעיים, במיוחד לאור מעורבותו בסרטן שקשה לטיפול. מעכב סינתזת החלבון החזק ציקלוהקסמיד, שמקורו ב-Streptomyces griseus, מדגים את הפוטנציאל של תרכובות טבעיות בתחום זה. כאשר נגזרות טבעיות אלו מפותחות למולקולות דמויות תרופה, אישור הפעילות המעכבת של סינתזת החלבונים שלהן נותר שלב אימות קריטי. המטרה העיקרית היא לספק פרוטוקול ידידותי לסטודנטים לתואר ראשון להערכה מהירה של פעילות עיכוב תרכובות. הפרוטוקול עושה שימוש במצע פלואורסצנטי ובטכניקות מיקרוסקופיה פלואורסצנטיות מתקדמות לזיהוי ומדידה שיטתית של יכולות העיכוב של מוצרים טבעיים אלו. המחקר בחן תרכובות שמקורן בשני מיני צמחים: Pinus sylvestris ו-Psoralea corylifolia. באמצעות ציקלוהקסמיד כמעכב ייחוס, שני המוצרים הטבעיים הראו רמות שונות של עיכוב סינתזת חלבונים.
סינתזת חלבונים כוללת תהליכים מפוקחים מאוד: שעתוק ותרגום. במהלך השעתוק, רצפי DNA של גנים מועתקים ומייצרים RNA שליח (mRNA). האנזים RNA פולימראז פועל להפריד את סליל ה-DNA הכפול ומשתמש בגדיל אחד כמדריך לבניית מולקולת mRNA תואמת. כאשר ה-mRNA נוצר במלואו, הוא עובר מהגרעין אל הציטופלזמה לתרגום. התרגום מתרחש בריבוזום, שבו mRNA משמש כתבנית להרכבת חומצות אמינו לשרשרת פוליפפטידים. שרשרת פוליפפטידית זו, ביציאה ממנהרת היציאה של הריבוזום, מקופלת לחלבון פונקציונלי. שעתוק מוסדר בעיקר על ידי גורמי שעתוק, שינויים בכרומטין ו-RNA רגולטורי, בעוד שהתרגום מוסדר על ידי גורמי התחלה, מסלולי איתות ומנגנוני יציבות RNA. מערכות רגולציה אלו מאפשרות לתאים לשמור על תפקודי התאים ולהגיב ללחץ או נזק ביעילות1.
רוב מוחלט של סוגי הסרטן בבני אדם—כ-85%—מתבטאים כגידולים מוצקים2. למרות שגידולים אלו יכולים להשתנות באופן דרמטי בתכונות ובהתנהגות הספציפיות שלהם, הם נוטים לחלוק תכונות ודפוסים פיזיולוגיים משותפים, כמו סינתזת חלבונים מופרזת ללא קשר לאטיולוגיה או למיקום אנטומי3. תאי הסרטן מפריעים לסינתזת חלבונים על ידי השתלטות על מנגנון תרגומי כדי לתמוך בדרישות האנרגיה הגבוהות שלהם ובצמיחה בלתי מבוקרת. תכנות מחדש זה הוא תוצאה של חוסר ויסות כמעט בכל מסלולי האיתות האונקוגניים העיקריים, המקדם הישרדות תאים, התרבות וגרורות, תוך דיכוי מסלולי מוות תאים4. בתאי גידול, המנגנון לייצור ריבוזומים נכנס למצב של דחף יתר, מה שמאפשר ייצור חלבון מוגבר וחלוקה מהירה של תאים. מכיוון שסינתזת החלבון המוגברת הזו חיונית להישרדות סרטן, טיפולים שמכוונים וחוסמים תהליך זה מראים פוטנציאל לטיפולים5. לכן, מחקר המתמקד בגורמי תרגום ספציפיים לסרטן, בהרכבים ריבוזומליים ייחודיים או במסלולי איתות משתנים שמווסתים את סינתזת החלבונים עשוי להניב מעכבים ממוקדים יותר עם חלונות טיפולים משופרים.
מכיוון שמוצרים טבעיים (NPs) ידועים במגוון הרחב של פעילות ביולוגית, פיתוח מעכבי סינתזת חלבונים סלקטיביים לטיפול בסרטן באמצעות הפיגומים שלהם הוא גישה מבטיחה 6,7. NPs יכולים למקד רכיבים שונים במנגנון סינתזת החלבונים, החל מקישור ריבוזומים ועד הפרעה לגורמי התחלה או תהליכי הארכה, מה שהופך אותם לנקודות התחלה יקרות ערך בפיתוח תרופות למעכבי סינתזת חלבונים בגידולים מוצקים6. היכולת לסרוק במהירות תרכובות לפעילות רצויה משמשת נקודת כניסה קריטית לפלטפורמות גילוי תרופות השואפות לזהות ביעילות פגיעות NP. בדרך כלל, סקר בתפוקה גבוהה של תרכובות משתמש בבדיקות פלואורסצנציה לצמצום מהיר של מולקולות מועמדות עופרת8.
מדענים ברחבי העולם מסתמכים על טכניקות מבוססות פלואורסצנציה ככלים חיוניים לניתוח מערכות ביולוגיות. גישות אלו משמשות באופן נרחב לחקר תהליכים תאיים, ומאפשרות לחוקרים לעקוב אחר אינטראקציות ביומולקולריותבזמן אמת. כאשר משלבים אותן עם תגובות כימיה ביואורתוגונליות של קליק, שיטות אלו יכולות לאפשר הדמיה מדויקת של סינתזת חלבונים10. בדיקת סינתזת חלבון פלואורסצנטי שהוצגה היא טכניקה לא רדיואקטיבית להערכת סינתזת חלבונים, המשתמשת ב-O-פרופרגיל-פורומיצין (OPP), אנלוג פורומיצין המכיל אלקין חדיר לתאית. לאחר טיפול תאי, OPP משתלב בקצה C של שרשראות פוליפפטידיות מוארכות, וגורם לסיום התרגום. חלבונים מקוצרים מסומנים באלקין מזוהים באמצעות כימיה של קליק מזורזת בנחושת בשילוב עם 5 FAM-אזיד.
מבחן פלואורומטרי זה הוא כלי מחקר יקר ערך ושיטה נגישה בביולוגיה כימית להכשרת סטודנטים לתואר ראשון. על ידי מתן פרוטוקול נגיש ויעיל עם עיבוד נתונים מינימלי, הוא מעניק לסטודנטים ניסיון מעשי בטכניקות גילוי תרופות מודרניות ומאיץ את תהליך גילוי התרופות. ככל שהביקוש למעכבי סינתזת חלבונים חדשים גובר, גישה זו מציידת סטודנטים לתואר ראשון הזדמנויות מחקר משמעותיות תוך תרומה להתקדמות בתרופות בסרטן.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. הכנת תגובות מהערכה
הערה: ערבב כראוי, סובב למטה, ושמור את כל החומרים על הקרח עד השימוש.
2. בקרות תיוג ותאים ניסיוניים
הערה: פרוטוקול זה פותח באמצעות תאי MDA-MB-231 של סרטן השד האפיתל היציב. ניתן להשתמש בכל קווי תאים דבקים. כל השלבים המפורטים להלן משתמשים בלוח של 96 בארות, וכל הנפחים והריכוזים מחושבים עבור שתי תרכובות בדיקה ושני בקרות בנפח עבודה של 100 מיקרוליטר.
3. הוספת תרכובות
4. סיום הניסוי ושטיפת התאים
5. קיבוע וחדירות
6. תגובת חלבון וצביעה
7. צביעת DNA
8. דימות
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
בדיקה זו השתמשה בפלואורסצנציה כדי להמחיש ולכמת את יכולת המוצרים הטבעיים השונים לעכב סינתזת חלבונים. ציקלוקסימיד (CHX) הוא מעכב סינתזת חלבונים ידוע שאופן פעולתו כולל הפרעה לתהליך הטרנסלוקציה במהלך הארכה11. במחקר זה, תאים חיים זוהו עם צבע גרעיני ירוק פלואורסצנטי. OPP הוא נגזרת של פורומיצין שנקשר באופן קוולנטי לחלבונים מתפתחים12. קו התאים MDA-MB-231 שימש כמודל מתאים לאור הנגישות הרחבה שלו וביצועי הניסוי האמינים13. בנוכח...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
פרוטוקול זה מספק מתודולוגיית סקר פלואורומטרית לבדיקת מוצרים טבעיים ומולקולות קטנות להערכת יכולתם לעכב סינתזת חלבונים. הפשטות של פרוטוקול זה מאפשרת לחוקרים לתואר ראשון ליישם אותו בצורה נכונה, ומאפשרת להם לתרום תרומות משמעותיות לידע המדעי. הפרוטוקול דורש הבנה בסיסית של שיטות וטכניקות ביולוגיות, כאשר השלבים דורשים ביצוע מדויק כדי להבטיח תוצאות מדויקות ואמינות.
לדוגמה, שלב הפרוטוקול 2.1 דורש התפלגות תאים אחידה וכימות מדויק בכל הבארות כדי להבטיח שחזוריות. ספירת תאי...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
למחברים אין ניגודי עניינים להצהיר עליהם.
מחקר זה נתמך במענק מספר R15GM148983 של NIGMS, מועצת המנהלים של לואיזיאנה LEQSF(2021-25)-RD-A-05, וחלק מקרן המדע הלאומית של ארה"ב תחת מענק מספר OIA-1946231 ל-F.R.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| קורא רב-מצבי של Agilent Biotek Cytation 1 Cell Imaging | Agilent | BTCYT1V | |
| תרכובת 1 (דהידרביאטילאמין, CAS 1446-61-3) | אנאמין | EN300-7409771 | |
| קומפאונד 2 (בקוצ'יול, CAS 10309-37-2) | ChemFaces | CFN99047 | |
| הראוס מגאפוג' 16R | תרמו סיינטיפיק | 75004271 | |
| לוחית Ibidi Gmbh-שקופית עם 96 בארות | איבידי | 80826 | |
| קווי תאים MDA-MB-231 | ATCC | ATCC HTB-26 | |
| pH 7.4 במי מלח מפושט בפוספט | ATCC | ATCC 30-2200 | |
| ערכת בדיקת סינתזת חלבונים (ירוקה) | אבקאם | 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