ביטוי וטיהור בתפוקה גבוהה של נשאי מומסים אנושיים למחקרים מבניים וביוכימיים
29 בספטמבר 2023
מחקרים מבניים וביוכימיים של מובילי ממברנות אנושיים דורשים כמויות מיליגרם של חלבון יציב, שלם והומוגני. כאן אנו מתארים שיטות ניתנות להרחבה לסינון, ביטוי וטיהור מובילי מומסים אנושיים באמצעות גנים ממוטבים לקודון.
נשאי מומסים, או SLCs, אחראים לספיגת חומרים מזינים ומעורבים במחלות אנושיות. עם זאת, יש מעט תרופות המכוונות SLCs כי הם נחקרו בצורה גרועה. פיתחנו גישות יעילות לשכפול, ביטוי וטיהור SLC.
זרימת העבודה שלנו מניבה חלבונים טהורים, מאפשרת מחקרים ביוכימיים ומבניים, ובסופו של דבר מספקת תובנות לקמפיינים לגילוי תרופות. עם התפקידים הרבים בתהליכים ביולוגיים, מחלות ואספקת תרופות, SLCs קיבלו יותר ויותר את תשומת הלב והפכו למטרות טיפוליות אטרקטיביות. הפרויקטים הפרטיים והציבוריים של ReSOLUTE IMI יצרו משאבים ונתונים בגישה פתוחה כדי לאפשר תגליות חדשות בתפקוד SLC, פיזיולוגיה, פתולוגיה ומיקוד טיפולי.
באופן מסורתי, SLCs היו מאתגרים למחקר מכיוון שהם חלבוני ממברנה אינטגרליים עם מצעים שונים ומנגנוני הובלה מגוונים. לאחרונה, Cryo-EM, מערכת הביטוי BacMam וריאגנטים חדשים למסיסות הובילו לשינוי הדרגתי באפיון שלהם. דגימות חלבון טהור נחוצות למחקרים ביוכימיים ומבניים.
אצל בני אדם, לנשאים יש לעתים קרובות תפוקה ירודה כאשר הם באים לידי ביטוי יתר על המידה ולא יציבים כאשר הם מטוהרים. לכן, בעבר, כל יעד דרש שנים כדי לפתח מבנים בודדים כדי לייצר את דגימת החלבון עבור יישומים במורד הזרם. השיטה שלנו מותאמת למחקר מקביל וחסכוני של מספר מטרות או מבנים של מטרה אחת.
לכן, הוא מאזן בזהירות את גמישות הניסוי, עלות, זמן ומשאבי מעבדה. בנוסף, אנו מציעים גישה פתוחה לכל הפרוטוקולים והמשאבים שלנו במאמר זה ובפורטל האינטרנט ReSOLUTE.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מתמקד בנשאי מומסים (SLCs), החיוניים לספיגת רכיבי תזונה וקושרים למגוון מחלות אנושיות. החוקרים פיתחו שיטות יעילות לשבט, ביטוי וניקוי של SLCs, המאפשרות מחקרים ביוכימיים ומבניים נוספים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- ביוכימיה
- פרמקולוגיה
רקע
- נשאי מומסים (Solute carriers) ממלאים תפקיד חיוני בהובלת רכיבי תזונה.
- הם מעורבים במספר מחלות אנושיות.
- למרות חשיבותם, תרופות מעטות פועלות על SLCs בשל מחקר מוגבל.
- יוזמות אחרונות נועדו להגביר את ההבנה של תפקודי ה-SLC.
מטרת המחקר
- פיתוח שיטות ניתנות להרחבה (scalable) לחקר SLCs אנושיים.
- הפקת חלבונים טהורים לצורך ניתוח ביוכימי ומבני.
- סיוע במאמצי גילוי תרופות המכוונים ל-SLCs.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- שבטיג של גנים שעברו אופטימיזציית קודונים עבור SLCs.
- ביטוי של חלבוני SLC במערכות מתאימות.
- טיהור חלבונים להשגת דגימות הומוגניות.
- ניצול משאבים פתוחים מפרויקטים של IMI לצורך גישה לנתונים.
תוצאות עיקריות
- בוססו שיטות יעילות לשבוט וביטוי.
- התקבלו חלבוני SLC בדרגת טוהר גבוהה למחקרים המשך.
- המחקר מספק תובנות לגבי תפקודי SLC ופוטנציאל טיפולי.
- הנתונים שהופקו תומכים במחקרים שוטפים בפיזיולוגיה ובפתולוגיה של SLC.
מסקנות
- השיטות שפותחו משפרות משמעותית את חקר ה-SLCs.
- התובנות שהתגלו עשויות להוביל לאסטרטגיות חדשניות לגילוי תרופות.
- הבנה מעמיקה יותר של SLCs עשויה לשפר את הטיפול המכוון.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
נשאי מומסים אנושיים (SLCs) מהווים מחלקה גדולה ולא מנוצלת של נשאי ממברנה בעלי פוטנציאל טיפולי משמעותי, אך האפיון המבני והביוכימי שלהם anחור מאחור בשל אתגרים בביטוי ובטיהור. תהליך עבודה זה בעל תפוקה גבוהה מאפשר ייצור מקבילי וניתן להרחבה של חלבוני SLC טהורים ופעילים תפקודית, ובכך נותן מענה ישיר לצוואר בקבוק מרכזי בשלבי גילוי תרופות מוקדמים ובתיקוף מטרות. על ידי הקלת הגישה לדגימות SLC באיכות גבוהה, השיטה תומכת בהפחתת סיכונים ברחבי פורטפוליו הפיתוח ומאיצה את הערכת המטרות הללו להתערבויות פרמצבטיות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח ביו-פרמצבטיקה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בדיקה שיטתית של תפקוד נשאי SLC ושל ספציפיות התסריף שלהם.
- תומך בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי אספקת חלבון פעיל ביוכימית ושלם מבחינה מבנית לבדיקת השערות.
- מקל על תיקוף המטרה באמצעות ייצור הדיר בנסיבות דומות של מספר מבני SLC במקביל.
סריקה ופיתוח בדיקות
- מספק חלבוני SLC בדרגת טיהור גבוהה המתאימה לבדיקות ביוכימיות ובדיקות תeעברה כמותיות.
- מנstandardיז את כמות החלבון להמשך סריקות בסריקה רחבה (high-throughput screening) ומחקרי קישור (engagement studies).
- משפר את השחזוריות והיכולת להרחבה של הבדיקה על ידי הבטחת איכות ותוצר חלבון עקביים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מאפשר מחקרים מבניים המספקים מידע על מנגנוני נשאים הרלוונטיים למחלה ועל פוטנציאל טיפולי תרופתי.
- מספק תכשירי חלבון יציבים למחקרי קישור של מולקולות קטנות ומחקרי הובלה התואמים פיתוח של סמנים ביולוגיים תרגומיים.
- תומך ברצף מהשלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני באמצעות הפקת נתונים על יציבות ופעילות חלבונים.
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד
סבב עבודה זה משלב את הממשק שבין שלב הגילוי המוקדם לזיהוי מובילים (lead identification), ומספק ריאגנטים בסיסיים הן למחקרים מכניסטיים והן למסעות סריקה.
- ביולוגיה של גילוי: מספקת חלבוני SLC באיכות גבוהה לצורך ניתוח פונקציונלי ומבני מבוסס השערות.
- סריקה: מאפשרת פיתוח בדיקות (assays) חסון וסריקת תרכובות עם קלט חלבוני הניתן לשחזור.
- אנליטיקה: מספקת פלטים כמותיים כגון ריכוז חלבון, טוהר ומונו-דיספרסיות להשוואה בין תנאים שונים.
- מחקר תרגומי: תומכת בזיהוי SLCs הרלוונטיים למחלה ובמודולציה פרמקולוגית שלהם.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת פלטפורמה ניתנת להרחבה ולשימוש חוזר להערכת מטרות SLC במספר תוכניות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החיזוי במערך בחירת מטרות SLC ומפחית עמימות מכניסטית.
- ערך תפעולי: מייעל את ייצור החלבונים באמצעות פרוטוקולים סטנדרטיים בעלי תפוקה גבוהה.
- ערך אסטרטגי: מאיץ קבלת החלטות מסוג go/no-go ומשפר את הקצאת ההון על ידי אפשור מיון מוקדם של מטרות.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מטרות SLC מותאם סיכון להמשך למסלולי סריקה ומסלולים פרה-קליניים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בביטוי, ניקוי ואפיון אנליטי של חלבוני ממברנה.
- מחייב גישה למערכות ביטוי איקריוטיות, לתשתית כרומטוגרפיה ולכלים לאנליזה של חלבונים.
- נהנה מפרוטוקולים סטנדרטיים וממשאבים בגישה פתוחה להבטחת הדירות בין צוותים שונים.
- ניתן להתאמה לחברים שונים ממשפחת ה-SLC ולתכנוני קונסטרוקטים שונים, מה שמאפשר יישום רחב.
- יציבות החלבון והתנובה עשויות להשתנות בהתאם למטרה, דבר המצריך אופטימיזציה של הקונסטרוקט והבופר.
