$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
I ligandi covalenti mirati alla cisteina (molecole che esercitano un effetto biologico reagendo con un residuo di cisteina selezionato su una proteina specifica) sono diventati sempre più popolari come strumenti chimici e terapeutici negli ultimi decenni1. Questi sono tipicamente costituiti da un elettrofilo leggermente reattivo (come un'acrilammide, cloroacetammide o vinilsolfone) aggiunto a una porzione di ligando con un'elevata affinità per un bersaglio proteico2. Idealmente, l'interazione ligando-proteina procede attraverso un meccanismo in due fasi che coinvolge il legame iniziale del ligando non covalente, seguito dalla formazione di un legame covalente irreversibile tra la cisteina bersaglio e l'elettrofilo3.
Diversi ligandi covalenti mirati precoci, tra cui l'inibitore della tirosin-chinasi di Bruton Ibrutinib, sono stati sviluppati fornendo un ligando reversibile precedentemente identificato con un manico elettrofilo4. Tuttavia, questo approccio non ha sempre successo e altri tentativi hanno riscontrato che l'installazione di elettrofili richiede un'ottimizzazione significativa5. Invece, gli approcci elettrofili, in particolare utilizzando frammenti elettrofili, sono diventati più popolari negli ultimi anni. Questi tipicamente comportano l'incubazione di una libreria di elettrofili con una proteina e quindi la selezione di composti con una maggiore velocità di reazione verso una cisteina, che si presume sia indotta da interazioni produttive non covalenti tra il ligando e la tasca di legame6. In particolare, questi metodi sono stati applicati con successo durante lo sviluppo dell'inibitore di KRAS (G12C) Sotorasib1.
Lo screening electrophile-first pone diverse sfide uniche rispetto allo screening tradizionale di ligandi non covalenti, principalmente a causa dell'elevata variabilità della reattività all'interno e tra le classi di testate7. La maggior parte degli elettrofili reattivi alla cisteina, nel tempo, reagirà con tutti i residui di cisteina esposti al solvente, indipendentemente da qualsiasi interazione selettiva per la proteina bersaglio. L'occupazione del ligando, quindi, aumenterà nel tempo per quasi tutti gli elettrofili e, senza controllare la reattività, la selezione dei colpi sarà spesso orientata verso frammenti più reattivi che coinvolgono un bersaglio più rapidamente8.
Inoltre, i metodi di screening electrophile-first utilizzano spesso la spettrometria di massa per rilevare la formazione di addotti proteina-ligando, che è limitata nel rendimento9. È necessario un campionamento regolare della reazione per un periodo di tempo prolungato (da ore a giorni) per caratterizzare correttamente la cinetica di reazione per una libreria di composti con diversa elettrofilia10. Uno screening di 300 frammenti campionati in 10 punti temporali richiederà, quindi, l'esecuzione di 3000 spettri di massa, superando la produttività della maggior parte dei sistemi di spettrometria di massa proteica. Sono quindi auspicabili metodi a più alto rendimento per monitorare la formazione di addotti proteina-ligando.
L'approccio qui descritto, il saggio di tethering irreversibile quantitato (qIT), è un metodo di screening elettrofilo che controlla la reattività intrinseca e utilizza una semplice lettura della fluorescenza7. Le proteine, o glutatione (un tripeptide non strutturato, contenente tiolo utilizzato come controllo della reattività intrinseca) vengono incubate con una libreria di frammenti elettrofili e prelevati campioni regolari per l'estinzione in una soluzione di CPM (7-dietilammino-3-(4'-maleimidilfenil)-4-metilcumarina, un agente di quantificazione tiolica fluorogenica). La formazione di addotti tra la cisteina e il frammento elettrofilo riduce la quantità di tiolo disponibile per la reazione con CPM, riducendo la fluorescenza risultante al quenching. La fluorescenza CPM agisce quindi come proxy per il tiolo non reagito, consentendo di determinare la cinetica della reazione del tiolo con ciascun frammento elettrofilo. I frammenti elettrofili con una reattività proteica significativamente migliorata rispetto al glutatione vengono selezionati come risultati e classificati in ordine di priorità per un ulteriore sviluppo (Figura 1).

Figura 1: Schema di qIT. Una panoramica schematica del test qIT. (creato utilizzando BioRender). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
La selezione dei colpi utilizzando i valori REF controlla la reattività intrinseca e garantisce che i frammenti vengano selezionati come risultati solo se formano interazioni produttive non covalenti con un bersaglio proteico. La semplice lettura della fluorescenza significa anche che il test qIT è altamente scalabile e non richiede metodi di monitoraggio delle reazioni basati sulla spettrometria di massa.
In questo articolo viene delineata una procedura completa per il test qIT, con risultati di esempio inclusi per illustrare le prestazioni del test e la selezione dei risultati.