Name: Sviluppo di inibitori di interazioni proteina-proteina attraverso REPLACE: Applicazione alla progettazione e allo sviluppo non ATP inibitori CDK competitivo (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-10-26T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 33 s
Description: Scopri la strategia REPLACE per convertire inibitori peptidici in molecole drug-like attraverso chimica computazionale e sintesi di ibridi frammento-peptide. Questo metodo computazionale supera i limiti dello screening ad alto rendimento per interazioni proteina-proteina.

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Ringraziamo i dottori Douglas Pittman e Michael Wyatt per la loro assistenza con la coltura cellulare e il dottor Wyatt e la signora Erin Anderson per l'aiuto nello sviluppo dei saggi leganti. Ringraziamo Mike Walla e Bill Cotham del Dipartimento di Chimica e Biochimica dell'Università della Carolina del Sud per l'assistenza con la spettrometria di massa, Helga Cohen e il Dr. Perry Pellechia per la spettrometria NMR. Questo lavoro è stato finanziato dal National Institutes of Health attraverso la sovvenzione del progetto di ricerca, 5R01CA131368.

1. computazionale identificazione di potenziali piccola molecola Tappatrici gruppi Nota: In linea di principio, una varietà di attracco o farmacofori metodi di ricerca può essere utilizzato per prevedere i potenziali gruppi di tappatura. Lo scopo principale di studi computazionali in REPLACE è quello di identificare piccole molecole che mantengono le caratteristiche e le interazioni degli aminoacidi che vengono sostituiti. <ol><li> Validazione del protocollo LigandFit attracco 14 </li></ol> Nota: In studi precedenti, il metodo di aggancio (LigandFit 15, un modulo della suite programma di modellazione molecolare, Discovery Studio 3.0) è stato validato per garantire che questo algoritmo è sufficiente a riprodurre le modalità vincolanti conosciuti Ncaps e dimostrare che i risultati ottenuti per composti sconosciuti sono predittivi 14. <ol style="margin-left: 40px;"><li> Utilizzando la procedura seguente (1,2 - 1,5), identificare i parametri ottimali per LigandFit come segue: PLP1 itGriglia ERGIA per la generazione di posa, la riduzione al minimo di pose generati e la funzione di scoring PLP1 per l&#39;analisi di pose. </li><li> Per limitare le conformazioni ottenuti e posizionare ligandi appropriato per la formazione del legame covalente del peptide capped, impostare l&#39;azoto e azoto ammidico indolo atomi di Trp217 e Gln254 rispettivamente come filtri di interazione per legami idrogeno. </li><li> Progettazione e ancorare una biblioteca di alternative frammento nel CDK2 / ciclina A recettore (2UUE). Dare priorità potenziali gruppi di tappatura per la sintesi e il sourcing commerciale basata su PLP1 punteggio, le interazioni con i filtri di interazione e complementarità con il CBG. Le varie fasi necessarie per LigandFit aggancio sono i seguenti. </li></ol><ol start="2"><li> Preparazione del recettore sito di legame 14 <ol><li> Importare il CDK2 / ciclina A struttura cristallina (PDB id: 2UUE) in una finestra di visualizzazione nel software. Questa struttura contiene il FLIP precedentemente identificato 5-metil-1-fenil-1H-1, 2,4-triazolo-3-carbossammido (3,5-DCPT) RLIF vincolato alla scanalatura ciclina (Figura 3). </li><li> Eliminare o mantenere in essere i residui RLIF (C-terminale). Quando la sequenza peptidica viene mantenuta, utilizzare il gruppo amminico N-terminale del peptide come un filtro per l&#39;interazione ligando. Dalle &quot;recettore-ligando&quot; strumenti, creare una sfera intorno alla N-3,5-cap DCPT da Mostra / Nascondi sito sfera. La sfera viene creato per definire la regione attiva nel sito di legame che accettano le interazioni ligando-recettore a verificarsi durante il collegamento. </li><li> Definire il sito di legame più lontano dalla &quot;trovare posto come volume di legante selezionato&quot; ed eliminare il legante 3,5-DCPT dalla proteina. Eseguire questo passo per definire il volume di legare nell&#39;ambito creato. </li><li> Impostare i azoto e di azoto ammide indolo atomi dei residui Trp217 e Gln254 come filtri di interazione per legami idrogeno. Impostare i filtri di interazione in modo che solo le pose che inteRACT con gli atomi di residui set sarà filtrata durante la procedura di attracco quindi preservare interazioni importanti pose ormeggiate. </li></ol></li><li> Preparazione di ligandi 14 <ol><li> Progettare una biblioteca di 100 potenziali gruppi tappatura sulla base di criteri tra cui peso molecolare inferiore a 500, la presenza di un gruppo carbossilato per legatura con il peptide troncato e inserimento di opportuni gruppi idrofobici (gruppo fenile sostituito) per van der Waals nella tasca secondaria mostrato nella Tabella 1. </li><li> Selezionare anelli eterociclici per mimare interazioni di legame peptidico idrogeno con Trp217 e sostituenti inclusi per sostituire le interazioni ione-accoppiamento delle catene laterali di base del HAKRRLIF. Ancorare la ligandi come rispettive molecole aldeide in modo che l&#39;ossigeno carbonilico può interagire con l&#39;atomo di azoto ammidico di Gln254 simile a scheletro peptidico nel peptide genitore (Tabella 1). </li><li> Prima di docre, ridurre al minimo leganti progettate per una conformazione a bassa energia e di preparare in uno stato di ionizzazione appropriato utilizzando il protocollo &quot;Preparare ligandi&quot;. Disegnare ed esportare tali limiti potenziali N nel formato di file .sdf in ChemDraw per un foglio prima di essere importato nel software. Nota: Preparare protocollo ligandi viene utilizzato per ridurre al minimo tutti i ligandi per essere agganciato ai loro stati energetici più bassi e le cariche di ionizzazione sono stati applicati agli atomi applicabili. I parametri di default vengono utilizzati per questo passaggio. </li></ol></li><li> Docking dei leganti nella ciclina A Groove 14 <ol><li> Selezionare la routine LigandFit da recettore-ligando insieme protocollo interazioni del software. Utilizzare il recettore e leganti preparati come input per questo protocollo. </li><li> Per queste corse selezionare PLP1 come rete energetica, precisano che pone sia energia ridotto al minimo e che il numero di pose generati 10. Lasciare tutti gli altri parametri ai valori di default. Nota: è LigandFitun metodo di aggancio che può identificare e generare pose di alta complementarità e potenziale affinità con il sito attivo di una proteina mediante un filtro di confronto figura basata che si combina con un Monte Carlo algoritmo di ricerca conformazionale. La griglia di energia utilizzata dal programma di espansione è il campo di forza per generare interazioni ligando-recettore e potenziali pose. PLP1 è potenziale lineare a tratti che privilegia in particolare le interazioni di legame idrogeno e dove viene assegnato il tipo di atomo di PLP per ogni non-idrogeno ligando atomo o non idrogeno recettore atomo. </li></ol></li><li> Analisi dei risultati <ol><li> Nel primo caso, il display pone nel programma visualizzatore e poi ordinare per i valori della partitura PLP1 discendente. Utilizzare funzioni di punteggio come PLP1 stimare l&#39;affinità di legame di un ligando ancorata sulla base di un legante candidato posa geometria e interazione non covalente con la struttura del recettore bersaglio. Nota: Qui, la funzione PLP1 punteggio è risultato give i migliori risultati in quanto include una stima di legami idrogeno. </li><li> Analizzare visivamente il primo 25% delle pose segnati per 1) sovrapponibilità con il gruppo di tappatura noto (con uno scarto quadratico medio relativo RMSD () valore inferiore a 2 A), 2) soddisfatta filtri di interazione e 3) la complementarità visivo con la scanalatura ciclina . E &#39;accettato in quanto un corretto ormeggiata posa (a fronte di una struttura sperimentale) ha un valore RMSD di &lt;2 Å. </li><li> Esaminate pose per complementarietà visivo, che è definita come avente riempimento efficiente della tasca di legame in un modo che è coerente con note relazioni struttura-attività. Interazione filtri sono impostati per includere restrizioni atomo che richiedono contatti intermolecolari notoriamente critica per il legame e / o sono necessari per posizionare il gruppo di potenziale capping nella geometria corretta per la formazione del legame ammidico. Tre esempi di pose attraccate di potenziali gruppi N-capping facendo legami idrogeno con interaction filtri sono mostrati in Figura 4. </li></ol></li></ol> 2. Sintesi e caratterizzazione di potenziali N -capping Gruppi <ol start="1"><li> Sintesi dei gruppi N-capping. </li><li> Per sintesi, utilizzare tutte commerciali a partire materiali, solventi e reagenti come ottenuti. Synthesize potenziali gruppi N-tappatura convenzionale chimica organica sintetica (Figura 5 12,13 per un esempio). </li><li> Eseguire cromatografia su strato sottile (TLC) su gel di silice per reazioni monitoraggio. <ol><li> Sciogliere il materiale di partenza e la miscela di reazione (1 mg) nella fase mobile e posto sulla piastra TLC utilizzando tubi capillari. </li><li> Posizionare la piastra TLC in alla camera contenente fase mobile (acetato di etile ed esano in rapporto 35:65). Una volta che la fase mobile raggiunge il 90% della piastra TLC, rimuovere e aria asciugare la piastra. </li><li> Utilizzare la luce UV per rilevare le miscele materiale di partenza e di reazione come macchie visibili. Calcolare il R f di tutti i punti (rapporto della distanza percorsa dal punto e la fase mobile). Nota: La reazione è completa quando non vi è alcun punto visto alla R f del materiale di partenza. </li></ol></li><li> Dopo il completamento della reazione lavorare la miscela di reazione introducendo in un imbuto separatore e lavaggio con acido acquoso o soluzione di base come appropriato. Raccogliere il solvente organico, evaporare in evaporatore rotante e seccare il prodotto grezzo ottenuto sotto vuoto. </li><li> Sciogliere 500 mg di prodotto grezzo in 3-5 ml di solvente adeguato e aggiungere ad un 1 g di silice o RP18 samplet e secca sotto aria. Posizionare il samplet contenente il prodotto grezzo in / RP SNAP cartucce Flash silice e purificare il materiale grezzo mediante cromatografia automatizzata flash ad alte prestazioni (secondo il protocollo del produttore) che impiega un g colonna SNAP 100 con una corsa di pendenza a partire dal 6% acetato di etile: 94 % esano al 50% di acetato di etile e 50% esani oltre15 volumi di colonna. </li><li> Essiccare il prodotto purificato raccolto in solvente dalla cromatografia flash utilizzando un evaporatore rotativo per evaporazione tutto il solvente a secchezza ed asciugare ulteriormente il prodotto sotto vuoto per eliminare tutti i solventi residui. Eseguire caratterizzazione del prodotto purificato mediante NMR, MS e HPLC analitica. <ol><li> Per 1 H NMR e 13 C NMR, pesare circa 10 mg del campione purificato, scioglierlo in un appropriato solvente deuterato, e trasferire il contenuto di un tubo NMR secco per registrare gli spettri NMR 2,14. </li><li> Registrare il 1H NMR e 13 C NMR con un campo di alta NMR Spectrometer (minimo 300 MHz). Acquisire spettri di massa utilizzando un QTOF (Tandem quadrupla-1 tempo di spettrometro di massa di volo), ionizzazione electrospray (ESI) o di un VG 70S (doppio fuoco spettrometro di massa a settore magnetico, EI) 2,14. </li><li> Analizzare la purezza dei prodotti mediante HPLC con un rivelatore a serie di diodi e dotateun C18 (2) 100 A, 250 x 4.6 mm, 5 micron colonna per l&#39;analisi. Utilizzare una corsa pendenza a partire dal 100% di acqua (0,1% di acido trifluoroacetico) al 60% di acetonitrile (0,1% di acido trifluoroacetico) su 30 minuti e tenere premuto il gradiente per 4 min. Estrarre i cromatogrammi a 226 e 254 nm 2,14. Nota: purezze analitici di composti sono stati valutati&gt; 95%. </li></ol></li></ol> 3. Sintesi in fase solida per la generazione di lanci 2 <ol start="1"><li> Sintesi di lanci N-capped <ol><li> Montare composti peptidici N-capped attraverso metodi di sintesi in fase solida standard usando la seguente procedura. <ol><li> Attivare 5 equivalenti di aminoacidi C-terminale (Fmoc-Phe) in 4,4 equivalenti di O -Benzotriazole- N, N, N &#39;, N&#39; tetrametil-uronium-esafluoro-fosfato (HBTU, 221,93 mg) in 2 ml di DMF per 5 min. Caricare la miscela HBTU Fmoc-Phe sulla resina di pattinaggio con 6 equivalenti di diisopropylethyl ammina (DIPEA, 103.13mg) per 1 ora a RT. </li><li> Rimuovere il gruppo protettore Fmoc dal residuo C-terminale utilizzando 20% piperidina in 3 ml di DMF per 10 min. Coppia successive amminoacidi (ad esempio, Fmoc-Ile, Fmoc-Leu, Fmoc-Arg-PMC) passo passo. Ad ogni passo, coppia 5 equiv del successivo amminoacido usando 6 equivalenti di DIPEA (103.13 mg) e 4,4 equivalenti di HBTU (221,93 mg) in 2 ml di DMF per 1 ora a RT. </li><li> Applicare cicli di lavaggio (5 x 10 ml di DMF + 5 x 10 ml di DCM) dopo accoppiamento amminoacidi Fmoc e deprotezione fasi sopra descritte. Dopo il montaggio peptide, gruppi che utilizzano 6 equivalenti di DIPEA (103.13 mg) e 4,4 equivalenti di HBTU (221,93 mg) Coppia N-tappatura in 2 ml di DMF per 1 ora a RT. </li><li> Al termine del montaggio peptide, trattare la miscela di reazione con 2 ml della miscela fenditura (90: 5: 5 TFA / H 2 O / TIPS) O / N per rimuovere catena laterale gruppi protettori, e cleave Capovolge dalla resina. Triturare il prodotto risultante con etere etilico freddo per precipitare e iof concentrato necessario in un evaporatore rotante. </li></ol></li></ol></li><li> Sintesi di lanci N-capped-C-capped <ol><li> Pesare e sciogliere il peptide Arg-Leu N-terminale livellata e protetta (16,1 mg, 0,02 mmol) in diclorometano e aggiungere [4- (3-clorofenossi) piridin-2-il] methanamine (C-cap) insieme a O - benzotriazole- N, N, N &#39;, N&#39; esafluorofosfato -tetramethyluronium (HBTU; 16,7 mg, 0,02 mmol) e N, N -diisopropylethylamine (DIPEA; 6,5 mg, 0,02 mmol). </li><li> Mescolare e controllare la reazione a temperatura ambiente fino TLC / HPLC indica il consumo totale di materiale di partenza. Dopo il completamento della reazione, concentrare la miscela di reazione grezza usando un evaporatore rotante e poi partizione tra acetato di etile ed acqua. </li><li> Separare il acquosa e strato organico; lavare la fase organica con 1 N NaOH, 1 N HCl, e salamoia. Essiccare lo strato organico con circa 1 g di solfato di sodio e concentrare il prodotto in evaporatore rotante. Finally trattare il prodotto O / N con la miscela di scissione (95: 2,5: 2,5 acido trifluoroacetico / H 2 O / TIPS) per deprotezione. </li><li> Triturare il prodotto risultante con fredda dietiletere ed eventualmente il concentrato in evaporatore rotante a completo essiccamento per eliminare tutto il solvente. Ulteriori essiccare il prodotto sotto vuoto per eliminare tutti i solventi residui. </li></ol></li><li> Purificazione e caratterizzazione di lanci <ol><li> Purificare ribalta greggio con semi metodi HPLC inversa in fase di preparazione. Lyophilize i lanci purificati e caratterizzare la loro massa molecolare mediante spettrometria di massa 2,14. </li><li> Determinare la purezza dei flips mediante HPLC con un rivelatore a serie di diodi e dotato di C18 (2) 100 A, 250 x 4.6 mm, 5 micron colonna. Utilizzare un metodo del gradiente a partire dal 95% H 2 O (0,1% di acido trifluoroacetico) / 5% acetonitrile (0,1% di acido trifluoroacetico) al 35% H 2 O (0,1% di acido trifluoroacetico) / 65% acetonitrile (0,1% trifluoroaceL&#39;acido tic) su 30 minuti e tenere premuto il gradiente per 4 min. Estratto cromatogrammi a 226 e 254 nm. </li></ol></li></ol> 4. fluorescenza polarizzata Binding Assay per la determinazione del legame competitivo 2,14 <ol start="1"><li> Eseguire il test in nero 384 pozzetti (138 ml) lastre con la seguente procedura. </li><li> Diluire i campioni, peptidi traccianti (4 Nm), e complessi chinasi (CDK2 / ciclina A - 18 mcg / ml, CDK4 / ciclina D - 37 mg / ml) alle concentrazioni necessarie a tampone (25 mM HEPES pH 7, 10 mM NaCl, 0,01% Nonidet P-40, 1 mM ditiotreitolo (DTT). </li><li> In ciascun pozzetto della piastra da 384 pozzetti, aggiungere: 5 ml di CDK4D1 o CDK2CA (0,3 mcg / ben purificata complesso ricombinante umano chinasi), soluzione del composto 5 ml, 5 ml di 30 nm tracciante peptide (fluoresceinyl-Ahx-Pro-Val -Lys-Arg-Arg-Leu- (3ClPhe) -Gly o fluoresceinyl-Ahx-Pro-Val-Lys-Arg-Arg-Leu-Phe-Gly tracciante peptide). Utilizzare 5 ml di ogni DMSO (6%), buffer, tracciante e 5 microlitri DMSO (6%), complesso chinasi, come tracciante pozzetti di controllo </li><li> Dopo l&#39;aggiunta dei tutti i componenti, centrifugare la piastra a 500 rpm per 1 min (41.16 xg) a temperatura ambiente e poi incubare la piastra con agitazione per 45 minuti a temperatura ambiente. Utilizzo di un lettore di piastre multimodale e rilevatore dotato di 485 nm / 535 nm di eccitazione / filtri di emissione e uno specchio dicroico leggere l&#39;intensità fluoresceina di ogni pozzetto della piastra. </li><li> Calcolare la polarizzazione media relativa (mp) per tutti i campioni di prova con l&#39;equazione che mostra sotto. Determinare valori di IC 50 di regressione logaritmica, correlando relativi mps e testare le concentrazioni. </li></ol><img alt="Equazione 1" src="/files/ftp_upload/52441/52441eq1.jpg" />

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<li>Jubb, H., Higueruelo, A. P., Winter, A., Blundell, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+biology+and+drug+discovery+for+protein-protein+interactions%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+Pharmacol+Sci%22%5BJournal%5D)">Structural biology and drug discovery for protein-protein interactions.</a> Trends Pharmacol Sci. 33, 241-248 (2012).</li>
<li>Cannon, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pharmaceutics+and+drug+delivery+aspects+of+heme+and+porphyrin+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Pharm+Sci%22%5BJournal%5D)">Pharmaceutics and drug delivery aspects of heme and porphyrin therapy.</a> J Pharm Sci. 82, 435-446 (1993).</li>
</ol>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Individuare le interazioni proteina-proteina (PPI) nella scoperta di farmaci è molto impegnativo in quanto queste coinvolgono tipicamente un'interfaccia di contatto ampia e superficiale composta da numerosi contatti diffusi19. Inoltre, i composti peptidici che inibiscono i PPI che sono suscettibili di scoperta di farmaci sono problematici a causa della loro maggiore massa molecolare, instabilità metabolica e scarsa biodisponibilità20. Le attuali strategie che sono state applicate per lo sviluppo di ...

In questo articolo, un caso di studio di applicare il REPLACE (sostituzione con alternative ligando parziali utilizzando computazionale arricchimento) strategia per convertire inibitori peptidici di interazioni proteina-proteina in più molecole farmacologicamente rilevanti è descritta 1-3. Mentre PPI rappresentano una ricca ma poco sfruttato fonte di potenziali bersagli farmacologici, metodologie esistenti sono largamente insufficienti a rendere questi ampiamente accessibile. Le attuali strategie, tra cui frammento basato design a 4, high-throughput di screening 5 e peptidi pinzati 6 sono previsti anticipi, ma questi sono in molti casi inefficace. Di conseguenza, sono necessari ulteriori progressi e approcci più efficienti. SOSTITUIRE è stato pienamente convalidato per lo sviluppo di inibitori della chinasi che hanno migliorato le proprietà farmaco-simili e hanno il potenziale per un ulteriore sviluppo come terapie antitumorali. Questa strategia è esemplificato nello sviluppo di inibitori non-ATP della cellaCDK ciclabili e coinvolge i seguenti: 1) ottenere informazioni strutturali 3D sulle interazioni di HAKRRLIF / RRLIF con la ciclina solco vincolante; 2) determinare i fattori determinanti vincolanti per l&#39;interazione peptide; 3) troncamento del peptide N-terminale contenente uno o più determinanti vincolanti; 4) identificazione di potenziali computazionale piccole molecole alternative (alternative ligando parziali, PLA) per la parte troncata del peptide e che mantengono interazioni chiave del peptide controllante; 5) sintesi o approvvigionamento commerciale di PLA previsto di impegnare avidamente con il sito sub precedentemente occupato da residuo peptide soppresso (s); 6) sintesi di sfoglia legatura dei migliori PLA al peptide troncato utilizzando sintesi in fase solida; 7) prove di lanci in un in vitro di legame o saggio funzionale (polarizzazione di fluorescenza nel contesto / ciclina CDK), seguita da un&#39;ulteriore caratterizzazione in un test di vitalità cellulare. Una rappresentazione schematica di REPLACE strategy è mostrato in Figura 1. In questo articolo, iterazioni della strategia REPLACE sono discussi e l&#39;applicazione di CDK2 / ciclina A descritto in dettaglio. CDK si crede di essere, direttamente o indirettamente deregolato nella maggior parte dei tumori e sono quindi considerati bersagli tumorali appropriata droga 7. CDK richiede associazione con cicline per la piena attivazione e successivamente fosforilare proteine ​​chiave coinvolte nella regolazione del ciclo cellulare 8. I due principali gruppi di CDK sono gli isotipi che controllano i punti di controllo del ciclo cellulare [G1 / S (CDK4 / ciclina D, CDK6 / ciclina D e CDK4 / ciclina E), fase S (CDK2 / ciclina A) e G2 / M (CDK1 / ciclina B)] e le autorità di regolamentazione di RNA polimerasi, attraverso la fosforilazione (CDK7 / ciclina H, CDK8 / ciclina C, CDK9 / ciclina T). Un passaggio chiave nella progressione fase S si verifica quando il fattore di trascrizione E2F1 forma un complesso con la proteina DP, che poi si lega al DNA e inizia la trascrizione del gene. CDK2 / ciclina A è necessario per neutralizzare E2F1 trascrizionaleattività attraverso la fosforilazione determinando così liberare del complesso E2F1-DP e la sua successiva degradazione. Inibizione di CDK2 / ciclina A si ritiene di mantenere E2F1 nel suo stato legato DNA che porta all&#39;attivazione persistente. Del conseguente livello di E2F-1 supererà la soglia necessaria per indurre l&#39;apoptosi p53 indipendente suggerendo quindi una strategia terapeutica. A causa di p53 deregolamentato e percorsi pRb, alti livelli di E2F-1 spesso si verificano nelle cellule tumorali e l&#39;inibizione della CDK2 / ciclina A dovrebbe portare all&#39;apoptosi selettivi nei tumori e può essere considerato come un obiettivo cancro convalidato 7. Clinicamente inibitori CDK indagati bersaglio il sito altamente conservata ATP legame che porta ad attraversare reattività tra le proteine ​​chinasi maggiore di 500 nel kinome umano e potenzialmente dando luogo a effetti collaterali e la tossicità 9. Un approccio alternativo è non-ATP inibizione competitiva di mira substrato reclutamento attraverso il CBGpresente su ciclina subunità normativo positivo, e che è quindi distinto e distante dal sito ATP 10,11 vincolante. La CBG è principalmente un solco idrofobico presente in ciclina A, ciclina D e ciclina E e ha dimostrato di riconoscere una sequenza di consenso trovata in substrati e soppressori tumorali. Come un peptide isolato, il legame ciclina motivo (CBM) si lega al CBG e ha dimostrato di inibire l&#39;attività chinasica del CDK ciclo cellulare. Il CBM è stato ottimizzato per un octapeptide (HAKRRLIF, CDK2 / ciclina A IC50 0,07 ± 0,02 micron, CDK4 / ciclina D, IC50 0,88 ± 0,34 micron) e inoltre troncato a un pentapeptide che rappresenta un buon compromesso tra peso molecolare per droga somiglianza e potenza (RRLIF, CDK2 / ciclina A IC50 1,01 ± 0,17 micron, CDK4 / ciclina D, IC50 25.12 ± 2.97 micron) 12,13. I CBGs costituiti da un grande primario e più piccola tasca idrofobica secondario che sono collegate da un ACIDIc regione (include Glu220, Glu224 e Asp283). Le principali determinanti vincolanti HAKRRLIF includono l&#39;interazione dei Ala2 con la tasca idrofoba secondaria, accoppiamento ionico e legami di idrogeno Lys3, Arg 4 e Arg5 con la regione acida e un alto grado di complementarità di Leu6 e Phe8 con il sito primario lipofilo. Inoltre, numerosi legami idrogeno sono fornite dal scheletro peptidico mentre Ile7 agisce come residuo spaziatore consente un contatto ottimale con la tasca principale. La modalità di rilegatura e le interazioni di HAKRRLIF con CBG è mostrato nella Figura 2. Targeting l&#39;interazione proteina-proteina CBM / CBG inibisce l&#39;attività chinasi CDK2 / ciclina A, CDK2 / ciclina E e CDK4 / ciclina D e questo dovrebbe far scattare E2F1 apoptosi mediata delle cellule tumorali mentre non interessano le cellule normali 7. Anche se CBM derivati ​​peptidi sono efficaci inibitori di CDK ciclo cellulare, è improbabile che essi saranno utili come farmaci a causa del loro metabolismoinstabilità e mancanza generale di permeabilità cellulare. A tal fine, abbiamo applicato la strategia REPLACE al fine di convertire questi inibitori peptidici potenti in più composti farmaco-simili per l&#39;ulteriore sviluppo di terapie antitumorali sfruttando E2F1 liberalizzato attraverso CDK2 / ciclina A inibizione. Il protocollo seguente riassume lavoro che è stato completato l&#39;applicazione della REPLACE alla scanalatura ciclina. Nel primo caso, sono state identificate sostituzioni gruppo capping-farmaci per il tetrapeptide N-terminale di HAKRRLIF. Inoltre, i miglioramenti in questi gruppi sono stati esaminati in un ulteriore studio di validazione per REPLACE. Risultati rappresentativi di questi studi sono anche presentati.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Chimica computazionale</td></tr><tr><td>Accelyrs Discovery studio 3.0</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dell Optiplex Workstations</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Chimica organica sintetica</td></tr><tr><td colspan="4">Gel di silice (piastre GF-254) per TLC, Biotage (Uppsala, Svezia) per cromatografia flash, HPLC Waters Alliance 2695 con un 2996 rivelatore a diodi e dotato di un C18 (2) 100 A, 250 x 4,6&nbsp; mm, 5&nbsp; &mu; m (Phenomenox Luna) per la determinazione della purezza, gli spettri NMR 1H e 13C NMR sono stati registrati rispettivamente con uno spettrometro Varian Mercury 300 e 400. Gli spettri di massa sono stati misurati con un Micromass QTOF (spettrometro di massa a tempo di volo tandem quadruple-1), ionizzazione elettrospray (ESI) e VG 70S (spettrometro di massa a settore magnetico a doppia focalizzazione, EI).</td></tr><tr><td colspan="4">Saggio di polarizzazione della fluorescenza</td></tr><tr><td>384 piastre per micropozzetti, Micro pipette</td><td>Grenier Bio-one</td><td>110256602</td><td></td></tr><tr><td>CDK4D1 e CDK2CA (complesso chinasico umano ricombinante ben purificato)</td><td>BPS Bio Sciences</td><td>40094(CDK4/Ciclina D), 41101(CDK2/Ciclina A)</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">tampone di analisi (25 nM HEPES pH 7, 10 mM NaCl, 0.01% Nonidet P-40, 1&nbsp; mM ditiotretiolo (DTT))</td></tr><tr><td>25 nM HEPES</td><td>CALBIOCHEM</td><td></td><td></td></tr> 375368 <tr><td>NaCl</td><td>Fisher</td><td>127838</td><td></td></tr><tr><td>Nonidet P-40</td><td>US Biological</td><td>N3500</td><td></td></tr><tr><td>DTT</td><td>Aldrich-70</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>&#176; C congelatore</td><td>Revco (Ultima II)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DTX880 rivelatore multimodale dotato di 485&nbsp; nm/535&nbsp; nm e uno specchio dicroico adatto per la fluoresceina</td><td>Beckman Coulter, Brea, CA</td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Cell Culture</td></tr><tr><td>96 pozzetti</td><td>Fisher</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Frozen stock di linee cellulari U2OS (osteosarcoma) e DU145 (cancro alla prostata)</td> Siero <td>ATCC</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NU, terreni DMEM, tripsina, PEN/STRIP, reagente</td> <td>MTTFisher, Life technology, Alfa Aesar</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Emocitometro</td><td>VWR-70</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>&#176; C congelatore</td><td>Revco (Ultima II)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Incubatore</td><td>Thermo electron corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Centrifuga</td><td>Eppendorf</td><td>5804 R</td><td></td></tr><tr><td>Frigorifero 4-8 &#176; C</td> Rivelatore multimodale <td>Isotemp Fisher</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DTX880 dotato di 595&nbsp; filtro nm</td><td>Beckman Coulter, Brea, CA</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

sviluppo di inibitori di interazioni proteina-proteina attraverso replace: applicazione alla progettazione e allo sviluppo non atp inibitori cdk competitivo

Development of Inhibitors of Protein-protein Interactions through REPLACE: Application to the Design and Development Non-ATP Competitive CDK Inhibitors

REPLACE è una strategia unica sviluppata per indirizzare più efficacemente le interazioni proteina-proteina (PPI). Ha lo scopo di ampliare lo spazio disponibile altro obiettivo fornendo una migliore metodologia per l&#39;identificazione di inibitori di tali siti di legame e che rappresentano la maggior parte dei potenziali bersagli farmacologici. L&#39;obiettivo principale di questo lavoro è quello di fornire una visione metodologica di utilizzo e applicazione della strategia REPLACE che prevede approcci di chimica computazionale e sintetiche. Replace è esemplificata attraverso la sua applicazione allo sviluppo di non-ATP chinasi ciclina dipendenti competitivo (CDK) inibitori come terapie antitumorali. CDK sono spesso deregolamentati nel cancro e, quindi, sono considerati come obiettivi importanti per lo sviluppo di farmaci. Inibizione di CDK2 / ciclina A in fase S è stato segnalato a promuovere l&#39;apoptosi selettiva delle cellule tumorali in modo indipendente p53 attraverso la via E2F1. Targeting l&#39;interazione proteina-proteina in bindin ciclinag scanalatura (CBG) è un approccio che permetterà l&#39;inibizione specifica del ciclo cellulare nel corso CDK trascrizionali. La CBG è riconosciuto da una sequenza consenso derivato da substrati CDK e proteine ​​oncosoppressori definito il legame motivo (CBM) ciclina. Il CBM è stato precedentemente ottimizzato per un octapeptide da p21Waf (HAKRRIF) e poi ulteriormente troncato ad un pentapeptide ritegno sufficiente attività (RRLIF). Peptidi, in generale, non sono delle cellule permeabili, sono metabolicamente instabile e quindi il REPLACE (sostituzione con Parziale Ligand Alternative attraverso computazionale arricchimento) strategia è stata applicata al fine di generare inibitori più farmaco-simili. La strategia inizia con la progettazione di Frammento legatura peptidi inibitori (flip), che inibiscono selettivamente ciclo cellulare complessi CDK / ciclina. Capovolge sono stati generati da iterativamente sostituendo residui di HAKRRLIF / RRLIF con frammento come piccole molecole (gruppi capping), a partire dalla N-terminale (Ncaps), seguita da sostituzione inil C-terminale. Questi composti sono punti di partenza per la generazione di non-ATP inibitori CDK competitivi come terapie anti-tumorali.

Le interazioni di HAKRRLIF con scanalatura ciclina sono mostrati in Figura 2. I residui peptidici che rappresentano le principali determinanti di legame includono Ala2, Arg4, Leu6 e Phe8 con altri residui fornendo contributi piccole 12,13,18. In questo caso di studio la strategia REPLACE è stato utilizzato al fine di trovare alternative frammento di residui nel tetrapeptide N-terminale HAKRRLIF, imitando soprattutto le interazioni di Ala2 e Arg4. Una libreria di potenziali fr...

Descriviamo l'implementazione della strategia REPLACE per indirizzare le interazioni proteina-proteina. REPLACE è una strategia iterativa che coinvolge approcci sintetici e computazionali per la conversione di inibitori peptidici ottimizzati in molecole simili a farmaci.

Sviluppo di inibitori di interazioni proteina-proteina attraverso REPLACE: Applicazione alla progettazione e allo sviluppo non ATP inibitori CDK competitivo

REPLACE is a unique strategy developed to more effectively target protein-protein interactions (PPIs). It aims to expand available drug target space by ...

L'obiettivo generale della strategia è quello di generare un'efficace terapia farmacologica a piccola molecola attraverso la conversione di un inibitore peptidico di un'interazione proteina-proteina. Ciò si ottiene stabilendo una relazione struttura-attività per l'interazione peptidica proteina desiderata per capire quali parti possono essere efficacemente sostituite come secondo passo. La chimica computazionale viene utilizzata per identificare valide alternative di frammento per i determinanti peptidici noti, che possono quindi essere utilizzati per sintetizzare una libreria di ibridi peptidici di frammenti.Successivamente, una libreria di ibridi viene sintetizzata tra questi frammenti e il peptide troncato al fine di generare molecole che possono essere testate in un saggio in vitro per identificare molecole che sono più simili a farmaci e che ricapitolano l'attività del peptide nativo. I risultati mostrano che è possibile identificare più composti simili a farmaci utilizzando la metodologia, e questi rappresentano punti di partenza efficaci per la scoperta di farmaci inibitori delle interazioni proteina-proteina. Quindi il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti come lo screening ad alto rendimento è che la trazione proteica e proteica è estremamente impegnativa dal punto di vista della scoperta di farmaci e i metodi convenzionali non funzionano bene.La strategia di sostituzione prevede l'approccio iterativo graduale e quindi può richiedere più tempo o è più probabile che sia efficace nel lungo periodo. Oggi dimostrerò la maggior parte delle procedure da solo con l'assistenza della mia associata, la dottoressa Sandra Craig, che imposterà alcune delle reazioni e delle procedure. Iniziare questa procedura con la convalida del protocollo di aggancio, seguita dalla preparazione del sito di legame del recettore e dei ligandi come descritto nel protocollo di testo per agganciare i ligandi nel solco della ciclina.Innanzitutto, selezionare la routine di adattamento del ligando dal protocollo di interazioni del ligando del recettore impostato sul software, utilizzare il recettore e i ligandi preparati come input per questo protocollo. Per queste esecuzioni, selezionare PLP one come rete energetica. La rete energetica utilizzata dal programma di docking è il campo di forza per generare interazioni con i recettori dei ligandi e potenziali pose.Plp uno è il potenziale lineare per la pace, che dà priorità alle interazioni di legame idrogeno. Specificare che l'energia delle pose deve essere ridotta al minimo e che il numero di pose generate è 10. Lasciate tutti gli altri parametri ai valori predefiniti in prima istanza.Visualizza le pose nel programma di visualizzazione e quindi ordina in base ai valori decrescenti del punteggio PLP one. Utilizzare funzioni di punteggio come plp, una per stimare l'affinità di legame di un ligando ancorato in base alla posa di un ligando candidato, alla geometria e all'interazione non covalente con la struttura del recettore bersaglio. Analizza visivamente il 25% delle pose con punteggio per la super impossibilità con il gruppo di capping noto.Osserva anche se la posa ha soddisfatto i filtri di interazione, che sono impostati per includere restrizioni atomiche che richiedono contatti intermolecolari noti per essere critici per il legame e/o sono necessari per posizionare il potenziale gruppo di capping nella geometria corretta per la formazione del legame ammidico. Infine, esaminare le pose per la complementarità visiva, che è definita come avere un riempimento efficiente della tasca di legame in un modo che è coerente con l'attività della struttura nota. Relazioni per la sintesi di gruppi di tappatura, utilizzo di tutti i materiali di partenza commerciali, solventi e reagenti e sintesi mediante chimica organica sintetica convenzionale.Eseguire la cromatografia su strato sottile o TLC su gel di silice per monitorare le reazioni sciogliendo prima il materiale di partenza e la miscela di reazione nella fase mobile. Quindi individuare il materiale di partenza disciolto e la miscela di reazione sulla piastra TLC utilizzando tubi capillari. Posizionare la piastra TLC nella camera contenente la fase mobile.Una volta che la fase mobile raggiunge il 90% della lastra TLC, rimuovere e asciugare la lastra all'aria. Utilizzare la luce UV per rilevare il materiale di partenza e le miscele di reazione come macchie visibili. Quindi calcola la RF di ogni punto, che è il rapporto tra la distanza percorsa dallo spot e la fase mobile.Quindi, posizionare la miscela di reazione in un imbuto separatore e lavarla con una soluzione acquosa di acido o basica, a seconda dei casi. Raccogliere il solvente organico e farlo evaporare in un evaporatore rotante prima dell'essiccazione. Il prodotto grezzo ottenuto sotto vuoto scioglie 500 milligrammi di prodotto grezzo in tre o cinque millilitri di solvente adatto e aggiunto a un campione di silice o RP 18 prima di essiccarlo all'aria, posto un campione contenente il prodotto grezzo in silice, cartucce a scatto a fase inversa.Purificare il materiale grezzo utilizzando la cromatografia flash automatizzata ad alte prestazioni. Utilizzo di una colonna a scatto da 100 grammi con gradiente. Esecuzione di oltre 15 volumi di colonne.Essiccare il prodotto purificato raccolto nel solvente dalla cromatografia flash utilizzando un evaporatore rotante facendo evaporare tutto il solvente fino a essiccarlo. Successivamente asciugare ulteriormente il prodotto sotto vuoto per rimuovere tutti i solventi residui. Eseguire la caratterizzazione del prodotto purificato mediante NMR MS e HPLC analitica come descritto nel protocollo di testo per sintetizzare il frammento con cappuccio terminale, i peptidi inibitori legati o l'assemblaggio di flip.Composti peptici terminati mediante metodi standard di sintesi in fase solida. Attivare cinque equivalenti dell'aminoacido C terminale in 4,4 equivalenti di HBTU in due millilitri di DIMETILFORMAMMIDE o DMF per cinque minuti. Caricare la miscela sulla resina di pista utilizzando sei equivalenti di isopropil etilammina per un'ora a temperatura ambiente.Rimuovere il gruppo protettivo FM dal residuo terminale C utilizzando il 20% di INE in tre millilitri di DMF per 10 minuti. Accoppiare gli amminoacidi successivi passo dopo passo ad ogni passo. Accoppiare cinque equivalenti dell'amminoacido successivo utilizzando sei equivalenti di DI isopropilico, etilammina e 4,4 equivalenti di HBTU in due millilitri di DMF per un'ora.A temperatura ambiente, applicare cicli di lavaggio dopo l'accoppiamento degli amminoacidi e le fasi di protezione FM D dopo l'assemblaggio dei peptidi. Accoppiare gruppi di tappatura N utilizzando sei equivalenti di DI isopropilico, etilammina e 4,4 equivalenti di HBTU in due millilitri di DMF per un'ora a temperatura ambiente al termine dell'assemblaggio del peptide. Trattare la miscela di reazione con due millilitri della miscela di scissione durante la notte per rimuovere i gruppi protettivi della catena laterale e Cleve capovolge la resina tritrando il prodotto risultante con etere datilico freddo per precipitare e, se necessario, concentrare in un evaporatore rotante filtrare il solido risultante e asciugare sotto vuoto o liofilizzare utilizzando un liofilizzatore.A questo punto, procedere al saggio di legame di polarizzazione della fluorescenza come descritto nel protocollo di testo per la determinazione del legame competitivo. Viene mostrata la struttura del modello di H-A-K-R-R-L-I-F legato alla scanalatura di legame del ciclone. La scanalatura del ciclo è costituita da due tasche idrofobiche, una tasca primaria più grande e una tasca secondaria più piccola, che sono colmate da residui acidi raffigurati in rosso.Altre importanti interazioni includono i contatti di legame idrogeno della spina dorsale del peptide e le interazioni di accoppiamento ionico dei tre residui basici del peptide qui, viene mostrata la modalità di legame di tre cinque D-C-P-T-R-L-I-F, mostrata con interazioni di legame idrogeno con atomi a catena laterale di triptofano due 17 e glutammina 2 54 agganciati. Vengono mostrate le pose di tre gruppi rappresentativi e di capping con ciascuno di questi composti che possiedono legami idrogeno con gli atomi filtro di interazione del triptofano due 17 e della glutammina 2 54. Come raffigurato dalle linee tratteggiate verdi, il finocchio sussistente fa interazioni della parete di Vander con la tasca idrofobica secondaria.Dopo aver visto questo video, avrai una migliore comprensione di come eseguire e applicare la strategia di sostituzione, convertendo un noto inibitore peptidico in una molecola più simile a un farmaco, che inibisce la trazione di una proteina proteica ed è un punto di partenza per lo sviluppo terapeutico.

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Sviluppo di inibitori di interazioni proteina-proteina attraverso REPLACE: Applicazione alla progettazione e allo sviluppo non ATP inibitori CDK competitivo

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