October 26th, 2015
私たちは、タンパク質間相互作用を標的とするREPLACE戦略の実装について説明します。REPLACEは、最適化されたペプチド阻害剤を薬物様分子に変換するための合成および計算アプローチを含む反復戦略です。
この戦略の全体的な目標は、タンパク質タンパク質相互作用のペプチド阻害剤の変換を通じて、効果的な低分子薬物様治療薬を生成することです。これは、目的のペプチドタンパク質相互作用の構造活性相関を確立し、第2のステップとしてどの部分を効果的に置換できるかを理解することによって達成されます。計算化学は、既知のペプチド決定基の生存可能なフラグメント代替物を特定するために使用され、その後、フラグメントペプチドハイブリッドのライブラリを合成するために使用できます。
次に、これらのフラグメントと切断されたペプチドとの間にハイブリッドのライブラリーを合成し、in vitroアッセイで試験して、より薬物に類似し、天然ペプチドの活性を再現する分子を同定できる分子を生成します。その結果、この方法論を用いてより多くの薬物様化合物を同定できることが示されており、これらはタンパク質タンパク質相互作用阻害剤の創薬の効果的な出発点となります。したがって、この手法がハイスループットスクリーニングなどの既存の方法と比較した場合の主な利点は、タンパク質タンパク質の牽引が創薬の観点から非常に困難であり、従来の方法がうまく機能しないことです。
置換戦略には段階的な反復アプローチが含まれるため、時間がかかる場合もあれば、長期的には効果的である可能性が高くなります。今日は、私の同僚であるサンドラ・クレイグ博士の協力を得て、ほとんどの手順を自分で実演します。この手順は、ドッキングプロトコルの検証から開始し、続いて、テキストプロトコルに記載されているように受容体結合部位とリガンドを調製して、リガンドをCyclin a溝にドッキングします。
まず、ソフトウェアに設定された受容体リガンド相互作用プロトコルからリガンド適合ルーチンを選択し、このプロトコルの入力として受容体と調製したリガンドを使用します。これらの実行では、エネルギーグリッドとしてPLP oneを選択します。ドッキングプログラムで使用されるエネルギーグリッドは、リガンド受容体の相互作用と潜在的なポーズを生成するための力場です。
Plpの1つは、水素結合相互作用を特に優先する平和的な線形ポテンシャルです。ポーズのエネルギーが最小化され、生成されるポーズの数が 10 になるように指定します。他のすべてのパラメータは、最初のインスタンスではデフォルト値のままにします。
ビジュアライザープログラムでポーズを表示し、PLPの1つのスコアの降順で並べ替えます。plpなどのスコアリング関数を使用して、候補リガンドの姿勢、形状、およびターゲット受容体構造との非共有結合相互作用に基づいて、ドッキングされたリガンドの結合親和性を推定します。スコアリングされたポーズの上位25%を視覚的に分析し、既知のキャッピンググループでの超不可能性を確認します。
また、ポーズが相互作用フィルターを満たしているかどうかも観察します。相互作用フィルターは、結合に重要であることが知られている分子間接触を必要とする原子拘束を含むように設定されています。または、アミド結合形成のために潜在的なキャッピング基を正しい形状に配置する必要があります。最後に、視覚的な相補性のポーズを調べます。これは、既知の構造活性と一致する方法でバインディングポケットを効率的に充填することと定義されます。エンドキャッピング基の合成には、市販の出発物質、溶媒、試薬をすべて使用し、従来の有機合成化学で合成します。
シリカゲル上で薄層クロマトグラフィーまたはTLCを行い、まず出発物質と反応混合物を移動相に溶解することにより、反応をモニタリングします。次に、キャピラリーチューブを使用して、TLCプレート上に溶解した出発物質と反応混合物を見つけます。TLCプレートを移動相を含むチャンバーに入れます。
移動相がTLCプレートの90%に達したら、プレートを取り出して風乾します。UV光を使用して、出発物質と反応混合物を目に見えるスポットとして検出します。次に、各スポットの RF (スポットと移動相が移動した距離の比率) を計算します。
次に、反応混合物を分離液漏斗に入れ、適宜酸水溶液または塩基溶液で洗浄します。有機溶剤を集め、ロータリーエバポレーターで蒸発させてから乾燥させます。真空下で得られた粗生成物を3〜5ミリリットルの適当な溶媒に500ミリグラムの粗生成物を溶解し、それをシリカまたはRP18に添加して空気中で乾燥させる前に、それをシリカに含んだサンプルを逆相スナップカートリッジに載せた。
自動高速フラッシュクロマトグラフィーを使用して粗材料を精製します。グラデーション付きのスナップ100gカラムを採用。15 列のボリュームで実行します。
フラッシュクロマトグラフィーから溶媒に回収した精製物をロータリーエバポレーターで、溶媒を全て蒸発させて乾燥させます。次に、製品を真空下でさらに乾燥させて、残留溶媒をすべて取り除きます。テキストプロトコールに記載されているNMR MSおよび分析HPLCによる精製産物の特性評価を行い、エンドキャップフラグメント、ライゲーション阻害ペプチド、またはフリップアセンブルを合成します。
標準的な固相合成法による終末性消化性化合物。2ミリリットルのジメチルホルムアミドまたはDMF中の4.4相当のHBTUで5当量のC末端アミノ酸を活性化します。混合物をリンク樹脂に、6等量のジイソプロピルエチルアミンを使用して室温で1時間ロードします。
C末端残基からFM保護基をC末端残基から除去し、DMF3ミリリットル中20%INEを10分間含みます。各ステップで後続のアミノ酸を段階的に結合します。2ミリリットルのDMFに、6当量のDIイソプロピル、エチルアミン、および4.4当量のHBTUを使用して、次のアミノ酸の5当量を1時間結合します。
室温で、アミノ酸カップリング後に洗浄サイクルを適用し、ペプチドアセンブリ後にFM D保護ステップを適用します。ペプチドアセンブリの完了後、2ミリリットルのDMF中に6等量のDIイソプロピル、エチルアミン、および4.4当量のHBTUを使用してNキャッピング基を結合し、室温で1時間。反応混合物を2ミリリットルの劈開混合物で一晩処理して側鎖保護基を除去し、樹脂三重酸からクリーブフリップを冷たいダチルエーテルで得られた生成物を冷たいダチルエーテルで沈殿させ、必要に応じて、ロータリーエバポレーターで濃縮し、得られた固体をろ過し、真空下で乾燥させるか、凍結乾燥機を使用して凍結乾燥させます。
この時点で、競合的結合を決定するためのテキストプロトコルに記載されている蛍光偏光結合アッセイに進む。サイクロン結合溝に結合したH-A-K-R-R-L-I-Fのモデル構造を示します。サイクリンググルーブは、大きなプライマリポケットと小さなセカンダリポケットの2つの疎水性ポケットで構成されており、赤で描かれた酸性残留物によって橋が架けられています。
他の重要な相互作用には、ペプチド骨格の水素結合接触およびここでのペプチドの3つの塩基性残基のイオン対形成相互作用が含まれ、3つの5つのD-C-P-T-R-L-I-Fの結合モードが示され、トリプトファン217およびグルタミン254の側鎖原子との水素結合相互作用が示されている。3つの代表基およびキャッピング基のポーズが示され、これらの化合物のそれぞれがトリプトファン2、17、およびグルタミン2、54の相互作用フィルター原子と水素結合を有する。緑の破線で示されているように、生存しているフェンネルは、二次疎水性ポケットとヴァンダーウォールの相互作用を作り出します。
このビデオをご覧いただければ、既知のペプチド阻害剤をより薬物に近い分子に変換し、タンパク質タンパク質の牽引を阻害し、治療開発の出発点となる置換戦略の実行方法と適用方法について理解を深めることができます。
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この記事では、タンパク質-タンパク質間相互作用の標的をターゲットにし、ペプチド阻害剤を薬物に類似した分子に変換することを目的とするREPLACE戦略について説明します。この方法論は、創薬を促進するために合成アプローチと計算化学的アプローチを組み合わせています。
The REPLACE strategy addresses a critical bottleneck in oncology drug discovery by enabling the conversion of peptide-based protein-protein interaction inhibitors into drug-like small molecules. This approach expands the targetable space for cyclin-dependent kinases (CDKs), which are frequently deregulated in cancer and represent high-value therapeutic targets. By improving the drug-like properties of peptide inhibitors targeting the cyclin binding groove, the method supports early-stage target validation and lead identification efforts in oncology pipelines.
The REPLACE strategy fits within the early discovery continuum, bridging peptide-based target validation and small molecule lead generation for oncology targets like CDKs.