$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Het begrijpen van de moleculaire details van eiwit-eiwitinteracties is van cruciaal belang voor het afbakenen van de signaaltransductiemechanismen van biologische processen, met name die welke bijdragen aan klinisch belangrijke ziekten. In de afgelopen jaren is faagweergave gebruikt als een praktische en toegankelijke methode om eiwitten / peptiden te isoleren met een sterk verbeterde binding aan een gewenst doeleiwit1,2,3,4, dat op zijn beurt kan worden gebruikt als intracellulaire sondes van eiwit-eiwitinteracties.
Ubiquitinatie is een cascade van enzymatische activiteiten (E1 activerend enzym → E2-conjugaterend enzym → E3-ligases) die ubiquitine (Ub) covalent conjugeren aan eiwitsubstraten om ze te richten op afbraak of om celsignaleringsveranderingen te bemiddelen. Bovendien katalyseren deubiquitinasen de verwijdering van ubiquitine uit eiwitten. Daarom zijn er in cellen duizenden Ub-afhankelijke eiwit-eiwitinteracties, waarvan de overgrote meerderheid een gemeenschappelijk oppervlak herkent met een lage affiniteit maar hoge specificiteit om zwakke interacties door grote en diverse oppervlakken mogelijk te maken.
Ernst et al. introduceerden mutaties in bekende bindingsgebieden van Ub om te zien of ze de bindingsaffiniteit voor een interessant eiwit konden verbeteren met behoud van een hoge selectiviteit5. Een combinatorische bibliotheek van meer dan 10 miljard (7,5 x 1010) Ub-varianten (UbV's) met mutaties op posities over het Ub-oppervlak die de bekende Ub-eiwitinteracties bemiddelen, werd ontwikkeld. Deze bibliotheek bestond uit faagmiden die het M13 bacteriofaag pIII-vachteiwit tot expressie brengen, gefuseerd met gediversifieerde UbV's. Daarom kunnen individuele UbV's bij expressie via het vachteiwit op het faagoppervlak worden weergegeven. Tijdens het selectieproces worden fagen met UbV's met aanzienlijke bindingsinteracties met het doeleiwit behouden en verrijkt in volgende faagrondes, terwijl faag met UbV's die slecht binden aan het doeleiwit worden weggespoeld en uit de faagpool worden verwijderd. De vastgehouden faagdeeltjes bevatten het faagmide dat overeenkomt met hun weergegeven UbV, waardoor ze kunnen worden gesequenced en verder kunnen worden gekarakteriseerd zodra ze zijn geïsoleerd.
Met behulp van deze eiwittechnologiestrategie werden UbV-remmers ontwikkeld voor menselijke deubiquitinasen5 en virale proteasen6. Belangrijk is dat we remmende UbV's hebben gegenereerd voor menselijke HECT-familie E3-ligases door de E2-bindingsplaats te kapen en UbV's te activeren die een Ub-bindende exosiet op het HECT-domein bezetten7. We kunnen ook monomere RING-familie E3's remmen door ons te richten op de E2-bindingsplaats en UbV-dimerisatie induceren om homodimere RING E3s8 te activeren. Voor ring-E3's met meerdere subeenheden kunnen UbV's remming bereiken door zich te richten op de RING-subeenheid (bijvoorbeeld voor APC / C-complex9) of complexe vorming te verstoren (bijvoorbeeld voor SCF E3s10). Gezamenlijk kunnen UbV's worden gebruikt om systematisch eiwit-eiwitinteracties in het Ub-proteasoomsysteem (UPS) te ondervragen, zodat we biochemische mechanismen van UPS-enzymen beter kunnen ontcijferen en functionele locaties voor therapeutische interventie kunnen identificeren en valideren.
Het volgende protocol beschrijft hoe een eerder gegenereerde faag weergegeven UbV-bibliotheek kan worden gebruikt om een eiwit van belang te targeten en hoe de UbV-bindmiddelen die interageren met het doeleiwit kunnen worden verrijkt door middel van opeenvolgende faagweergaverondes.