Il lievito di fissione come piattaforma per lo screening di farmaci antibatterici mirati alle proteine del citoscheletro batterico
April 26th, 2024
Il lievito di fissione viene utilizzato qui come ospite eterologo per esprimere proteine citoscheletriche batteriche come FtsZ e MreB come proteine di fusione traduzionali con GFP per visualizzare la loro polimerizzazione. Inoltre, i composti che influenzano la polimerizzazione vengono identificati mediante imaging utilizzando un microscopio a fluorescenza.
Il nostro laboratorio è interessato a capire come le proteine del citoscheletro assemblano strutture dinamiche per regolare funzioni come il partizionamento del DNA e la divisione cellulare nei batteri. Siamo anche interessati a scoprire composti che prendono di mira queste proteine del citoscheletro per sviluppare nuovi antibiotici. Il nostro protocollo è un test basato su cellule in cui la proteina del citoscheletro batterico polimerizza in un ambiente molecolarmente affollato nel lievito eucariotico, Schizosaccharomyces pombe.
Con questo approccio, contemporaneamente, possiamo identificare molecole che influenzano direttamente le proteine del citoscheletro batterico, la polimerizzazione e sono potenzialmente tossiche. Utilizzando questa piattaforma di lievito di fissione, abbiamo in programma di esaminare librerie di composti macrociclici, mirando specificamente a FtsZ di batteri patogeni come Helicobacter pylori e Pseudomonas aeruginosa. Abbiamo anche in programma di espandere gli schermi per colpire proteine simili all'actina da Clostridium perfringens coinvolte nella segregazione plasmidica.
Panoramica
Questo studio utilizza il lievito di fissione come ospite eterologo per esaminare la polimerizzazione delle proteine del citoscheletro batterico FtsZ e MreB, fuse con GFP per la visualizzazione. Mira a identificare composti che influenzano la loro polimerizzazione utilizzando la microscopia a fluorescenza.
Componenti chiave dello studio
Area di ricerca
- Biologia del citoscheletro
- Scopritura di antibiotici
- Tecniche di imaging cellulare
Sfondo
- Le proteine del citoscheletro batterico regolano funzioni cellulari vitali come la divisione e la partizione del DNA.
- Identificare composti che influenzano queste proteine potrebbe portare a nuovi antibiotici.
- Questo studio utilizza l'organismo modello Schizosaccharomyces pombe per creare un ambiente favorevole alla polimerizzazione delle proteine.
Metodi utilizzati
- Saggio basato su cellule in lievito di fissione
- Utilizzo di cellule di Schizosaccharomyces pombe
- Microscopia a fluorescenza per l'imaging
Risultati principali
- Le proteine FtsZ-GFP e MreB-GFP sono state visualizzate con successo nel lievito di fissione.
- PC190723 ha migliorato significativamente la polimerizzazione di FtsZ-GFP, mentre A22 non ha avuto effetti.
- MreB-GFP ha formato array lineari nel lievito, indicando una riuscita incorporazione delle proteine del citoscheletro batterico.
Conclusioni
- Lo studio chiarisce le dinamiche della polimerizzazione delle proteine del citoscheletro batterico in un sistema eucariotico.
- I risultati hanno il potenziale per informare lo sviluppo di composti che prendono di mira il citoscheletro batterico per strategie antibiotiche.
Domande frequenti
Executive Industry Relevance
Discovery-stage antibacterial R&D faces challenges in target validation and early de-risking of cytoskeletal protein inhibitors. The fission yeast platform enables direct visualization of bacterial cytoskeletal protein polymerization and rapid triage of compounds for both efficacy and eukaryotic toxicity. This approach supports predictive confidence at the hit-to-lead inflection point and streamlines portfolio advancement decisions for novel antibacterial candidates.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables functional interrogation of FtsZ and MreB as antibacterial targets in a eukaryotic context.
- Supports biological de-risking by distinguishing direct cytoskeletal modulators from off-target toxicants.
- Facilitates rapid triage of compound libraries for target engagement and selectivity.
- Improves predictive confidence for advancing hits into downstream validation workflows.
Screening & Assay Development
- Provides a scalable, microscopy-based assay format compatible with 96-well plate screening.
- Delivers quantitative, visual readouts of polymerization status for robust hit identification.
- Enables standardization and reproducibility across compound screens and protein targets.
- Reduces resource intensity compared to multi-step or purely biochemical assays.
Translational & Preclinical Research
- Aligns early screening with translational goals by minimizing eukaryotic toxicity risk.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation for cytoskeletal-targeting antibacterials.
- Provides mechanistic de-risking for lead prioritization based on direct target engagement.
Pipeline & Workflow Integration
This platform integrates at the early discovery and hit-to-lead transition, bridging target validation, screening, and preclinical candidate selection for antibacterial programs.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing for cytoskeletal protein function and druggability in a eukaryotic host.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative imaging outputs for compound triage and assay standardization.
- Analytics: Enables direct comparison of polymerization phenotypes and compound effects across conditions.
- Translational Research: Minimizes advancement of compounds with eukaryotic toxicity, supporting translational continuity.
- Enterprise Reuse: Adaptable to additional bacterial cytoskeletal targets and expression hosts for broad portfolio application.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in antibacterial target validation.
- Operational Value: Streamlines screening workflows with scalable, standardized imaging assays.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient advancement of antibacterial leads.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and reduces late-stage attrition due to off-target toxicity.
Implementation Considerations
- Requires expertise in yeast genetics, fluorescence microscopy, and image analysis.
- Needs access to automated 96-well plate handling and high-content imaging infrastructure.
- Demands cross-team standardization of assay conditions and imaging parameters.
- Adaptable to other bacterial cytoskeletal proteins that polymerize in eukaryotic hosts.
- Limited to targets and compounds compatible with yeast expression and imaging readouts.
