私たちは、自然に無関係なタンパク質間のコミュニケーションを誘導できる合成の「化学トランスデューサー」を開発するためのガイドラインを提示します。さらに、成長因子が解毒酵素を活性化し、その結果、抗がんプロドラッグの切断を調節することを可能にする特定の「トランスデューサー」を合成および試験するための詳細なプロトコルが提示されます。
方法論記事
私たちは、自然に無関係なタンパク質間のコミュニケーションを誘導できる合成の「化学トランスデューサー」を開発するためのガイドラインを提示します。さらに、成長因子が解毒酵素を活性化し、その結果、抗がんプロドラッグの切断を調節することを可能にする特定の「トランスデューサー」を合成および試験するための詳細なプロトコルが提示されます。
シグナル伝達経路は、互いに相互作用し、高い特異性で互いに活性化するシグナル伝達タンパク質の機能によって媒介されます。したがって、これらのタンパク質の機能を模倣する合成剤は、不自然なシグナル伝達ステップを生成し、その結果、細胞の機能を変化させるために使用される可能性があります。天然タンパク質間の人工的なコミュニケーションを誘導できる「化学トランスデューサー」を設計するためのガイドラインを提示します。さらに、血小板由来成長因子(PDGF)とグルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)という2つの無関係なタンパク質間のコミュニケーションを誘導できる特定の「トランスデューサー」を合成および試験するための詳細なプロトコルを提示します。この不自然なPDGF-GST通信を使用して抗がんプロドラッグの切断を制御する方法も示されており、このようなシステムを「人工シグナル伝達療法」で使用できる可能性を示しています。この研究は、細胞内のタンパク質間コミュニケーションを媒介し、その結果、人工細胞シグナル伝達経路を誘導するために使用できる、このクラスの追加の「トランスデューサー」の開発を促進することを目的としています。
シグナル伝達経路は、事実上すべての細胞プロセスにおいて重要な役割を果たし、細胞が急速に環境シグナルに応答することができます。1これらの経路は、多くの場合、細胞内酵素の活性化をもたらす細胞外受容体へのシグナル伝達分子の結合によってトリガされます。細胞内でこの信号の増幅及び伝播は酵素が可逆的に高い特異性で活性化されたタンパク質 - タンパク質相互作用のネットワークを形成するタンパク質のシグナル伝達機能によって媒介されます。これらのネットワークの調節不全は、しばしば癌の発生につながるので、薬は悪性のシグナル伝達経路を破壊するように設計されていることにより、2 '癌のシグナル伝達療法」を確立する上で多くの関心が集まっています。我々は最近、不自然なシグナル伝達経路を生成する薬物の能力に依存している形質導入療法をシグナリングするための代替的なアプローチを提案しています。
このアプローチの実現可能性を実証するために、我々は最近であるグルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)を、活性化することによって抗癌プロドラッグの切断を誘発する血小板由来増殖因子(PDGF)を可能にする合成「化学変換器4 ' を作成しましたない、その天然の結合パートナー。この「トランスデューサー」の構造は、GSTのための二価阻害剤で修飾されている抗PDGFのDNAアプタマーで構成されています。したがって、この合成剤は、への結合部位を有する分子のファミリーに属し異なるタンパク質、二量体化の5-7のような化学誘導物質(のCID)8-10と、オリゴヌクレオチド合成分子複合体に基づいてタンパク質-結合剤のグループに。11月21日
そのようなシステムの設計の基礎となる一般的な原理は、本明細書に記載されており、合成及び従来の酵素アッセイを使用してこの「変換器」の機能を試験するための詳細なプロトコルが提供されます。この作業は、細胞内のタンパク質 - タンパク質の通信を仲介し、その結果として、人工的な細胞シグナル伝達経路を誘導するために使用することができるこのクラスの追加の「変換器」を、開発を促進することを意図しています。
図1は、不自然なタンパク質-タンパク質の通信を媒介することができる合成「化学変換器」の動作原理を説明しています。 protのための合成バインダーを統合し、この図では、「化学変換器」では、アインスIおよびII(バインダーIおよびII)は、その天然の結合相手ではないタンパク質の触媒活性Iを、トリガするタンパク質IIを可能にします。タンパク質IIの非存在下では、トランスデューサは、酵素(タンパク質I)の触媒部位に結合した ( 図1、状態II)の活性を阻害します。タンパク質IIに「トランスデューサ」の結合が、その結果の有効濃度をタンパク質I.向かってその親和性を低下させるバインダーIおよびIIタンパク質の表面( 図1、状態III)の間の相互作用を促進します」溶液中の遊離」トランスデューサは、私は複雑で、タンパク質I( 図1、状態IV)の再活性化にトランスデューサタンパク質の解離につながる、減少します。 (1)「トランスデューサー」はタンパク質標的のそれぞれについて具体的なバインダーを持っている必要があり、(2)相互作用betwe:まとめると、これらの手順は、効率的な「変換器」の設計の基礎となる3つの基本的な原則を強調表示しましたバインダーIIおよびタンパク質II専用私はタンパク質IIの表面と相互作用することができなければならないIおよびタンパク質I、および(3)バインダーバインダーとの間の相互作用よりも強いでなければなりません。この最後の原則は必ずしもバインダーは、単独で私はタンパク質IIに対して高い親和性と選択性を有することは必要ありません。その代わりに、それは、タンパク質の近傍に合成分子をもたらすことは、この分子とタンパク質表面との間の相互作用を促進する可能性があることを示した我々の最近の研究に基づいている。19,22,23

図1:「化学トランスデューサは'I(状態I)活性タンパク質に付加されている場合「化学変換器」の動作原理は 、それがバインダーIを介して、その活性部位に結合し、その活性(状態II)を阻害します。タンパク質II、但し、結合していない「化学Tの存在下でransducerは「バインダーI及びタンパク質IIの表面との間の相互作用を促進するバインダーIIを通じてタンパク質IIと相互作用します。この誘導された結合剤I-タンパク質IIの相互作用は、私は、複雑な「transducer'タンパク質の解離につながるバインダーの有効濃度Iを、減少させ、タンパク質に私が再活性化(状態IV)。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 。
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「化学トランスデューサー」の1合成
2. PDGFによってGST活性を制御します
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設計、合成、およびPDGFとGSTとの間に人工的な通信を誘導することができる「化学変換器」の作用の機構は、図2に示されている。「変換器」の構造は、PDGF DNAアプタマー及びビスエタクリンアミドを統合(BEA )、これは既知のGST阻害剤( 図2A)である。19これらのバインダーは、それぞれ、26 nmおよび144 nMでの解離定数(K dの)で、すなわち、異なる親和性でPDGFとGSTの両方に結合する「変換器」を可能にします。また4、この設計によれば、PDGFへの結合が著しく、BEA阻害剤の効力を減少させるであろうBEAユニットおよびPDGFの表面との間の非特異的相互作用を誘導する必要があります。19,22,23 図2bは示してこのシステムの基礎となる操作機構。アクティブGSTへの「変換器」を付加すると、2 EAユニットは、同時に、この二量体酵素の両方の活性部位に結合し、その活性を...
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私たちは、天然タンパク質を修飾することなく、2つの自然に無関係なタンパク質、GSTとPDGFの間の人工的なコミュニケーションを誘導できる「化学トランスデューサー」の設計とテストの方法を提示しました。不自然なGST-PDGFコミュニケーションは、「化学トランスデューサー」の存在下でGSTの活性の変化を追跡し、PDGFの濃度を増加させる酵素アッセイを使用することでリアルタイムで検出できます。PDGFによるGSTの活性化の検出に加えて、これらのアッセイを使用して、競合するアプタマーによるGSTの不活性化、およびPDGFを介した抗がんプロドラッグの切断を追跡しました。オリゴヌクレオチド入力に応答することによってタンパク質の活性を制御できる他の切り替え可能なタンパク質結合剤が記載されています。26 しかしながら、本明細書に記載されているプロトコルは、天然タンパク質の存在に応答する新しいクラスのタンパク質結合剤の機能に従う手段を実証する。このようにして、タンパク質バイオマーカーによる酵素の調節をリアルタイムで検出することができ、そのようなシステムを使用してプロドラッグやGSTの他の基質を選択的に活性化する道が開かれます。
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著者らは開示するものは何もない。
この研究はミネルバ財団、HFSP組織、および欧州研究評議会助成金(グラント338265を開始する)によってサポートされていました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1-クロロ-2,4-ジニトロベンゼン | Sigma-Aldrich | 237329 | |
| 酢酸 | バイオラボ | 01070521 | |
| アセトニトリル | J.T.Baker | 9017-03 | |
| アスコルビン酸 | Sigma-Aldrich | A4544 | |
| 硫酸銅(II) 五水和物 | メルク・ミリポア | 102790 | |
| ジメチルスルホキシド | Merck-Millipore | 802912 | |
| Dulbecco's Phosphate Buffered Saline | Biological Industries | 02-023-5A | |
| エタクリン酸 | 東京化学工業株式会社 | E0526 | |
| Glutathione-s-transferase M1-1 | Israel Structural Proteomics Center (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel) | ||
| JS-K | Sigma-Aldrich | J4137 | |
| L-グルタチオン還元 | Sigma-Aldrich | G4251 | |
| 塩化マグネシウム | J.T.Baker | 0162 | |
| 硝酸塩/亜硝酸塩 比色分析キット | ケイマンケミカル | 780001 | |
| オリゴヌクレオチド | W.M.ケック財団 イェール大学の | カスタムオーダー | |
| PDGF-BB | イスラエル構造プロテオミクスセンター(ワイツマン科学研究所、レホボト、イスラエル) | ||
| TBTA | Sigma-Aldrich | 678937 | |
| Triethylamine | Sigma-Aldrich | T0886 | |
| 脱塩カラム | GE Healthcare | illustra MicroSpin G-25 カラム | |
| HPLC | Waters | 2695 分離モジュール | |
| HPLC カラム | Waters | XBridgeTM OST C18 カラム (2.5 μM、4.6 mm以上;50 mm) | |
| HPLC カラム | Waters | XBridgeTM OST C18 カラム (2.5 μM、10 mm×50 mm) | |
| プレート | リーダーBioTek | ナジーH4ハイブリッド |
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