$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Interakcje białko-białko (PPI); tworzenie i dysocjacja kompleksów białkowych, są kluczowymi zdarzeniami w wielu procesach biologicznych (np. replikacja, transkrypcja, translacja, sygnalizacja, komunikacja komórka-komórka). Półilościowe badania IPP są często przeprowadzane przy użyciu eksperymentów typu pull-down lub immunoprecypitacji. Jednak te (i podobne) techniki są ograniczone pod względem zakresu powinowactw, które można zmierzyć (niskie powinowactwo mikromolowe i wyższe powinowactwo) ze względu na etapy mycia, które są nieodłącznie związane z takimi technikami. Takie techniki "punktu końcowego" nie są w stanie zidentyfikować interakcji przejściowych lub o niskim powinowactwie, które często mają poważne konsekwencje biologiczne. Ponadto rozdzielczość czasowa takich podejść jest niezwykle ograniczona, zwykle o rzędy wielkości wolniejsza niż tempo reakcji. SPR przezwycięża te niedociągnięcia dzięki zwiększonej czułości i doskonałej rozdzielczości czasowej1,2. SPR jest metodą bezznacznikową i jako taka może być mierzona (o ile można wykryć zmiany masy). Oprócz PPI jest szeroko stosowany do charakteryzowania interakcji białko-ligand, białko-lek (lub mała cząsteczka), białko-DNA i białko-RNA 3-5. Wyniki są rejestrowane i wykreślane w czasie rzeczywistym, co umożliwia szybką modyfikację warunków eksperymentalnych i elastyczne projektowanie eksperymentów.
Fizyczna zasada działania instrumentów opartych na SPR polega na wykorzystaniu systemu optycznego, który mierzy zmianę współczynnika załamania światła na powierzchni czujnika przy zmianach masy 2. Jeden z oddziałujących partnerów (dalej ligand) jest unieruchomiony na chipie matrycy polimerowej, a druga cząsteczka (dalej analit) jest przepływana po powierzchni. Wiązanie analitu z ligandem zmienia masę na powierzchni chipa. Ta zmiana masy jest bezpośrednio i proporcjonalnie związana ze zmianami współczynnika załamania światła powierzchni. Wyniki są wykreślane w czasie rzeczywistym i prezentowane jako jednostki odpowiedzi (RU) w funkcji czasu. Taki wykres nazywa się sensogramem (np. Rysunek 1). Ponieważ SPR podąża za pełnym przebiegiem czasowym oddziaływania, oprócz powinowactwa równowagi wyprowadzane są stałe szybkości kinetycznej przed równowagą. Jak opisano poniżej, zachowanie danego układu przed równowagą zawiera wiele informacji i zapewnia zupełnie inną perspektywę niż sama równowaga. Po skalibrowaniu systemu eksperymenty są bardzo szybkie i wymagają jedynie niewielkich ilości materiału białkowego (ilości od mikrogramów do nanogramów). Zebranie pełnych informacji kinetycznych danego systemu można osiągnąć w ciągu kilku dni. Wysoka czułość SPR pozwala na pomiary, które nie są możliwe przy użyciu żadnej innej techniki 6. Jednak ta wysoka czułość jest "mieczem obosiecznym", ponieważ może być głównym źródłem fałszywych danych dodatnich. Każdy czynnik wpływający na wskaźnik odbicia jest rejestrowany i nanoszony na sensogram. W związku z tym należy zastosować odpowiednie kontrole w celu wyeliminowania wyników fałszywie dodatnich, a wsparcie w postaci podejść uzupełniających jest wysoce zalecane.
Rysunek 1 ilustruje postęp eksperymentu SPR przy użyciu chipa czujnika pokrytego NTA. Sensogram w panelu A pokazuje wstrzykiwanie jonów niklu przez matrycę NTA (dane nieodejmowane), a panele B-D wyświetlają dane po odjęciu sygnału pochodzącego z komórki kontroli ujemnej. Czerwone i niebieskie strzałki pokazują odpowiednio początek i koniec wtrysku. Unieruchomienie liganda na chipie stopniowo zmienia masę, aż do zakończenia wstrzykiwania. Stabilny plateau obserwowany po zakończeniu iniekcji liganda odzwierciedla stabilne powiązanie liganda z powierzchnią (ryc. 1B, cykl 2). Po osiągnięciu stabilnej linii podstawowej bufor jest wstrzykiwany na ligand i komórkę odniesienia (Rysunek 1B, cykl 3). To wstrzyknięcie służy jako "ślepa kontrola" i zostanie odjęte podczas analizy. Po wstrzyknięciu rejestrowane są drobne zmiany, odzwierciedlające przepływ masy przez chip. Następnie w oddzielnym cyklu (rysunek 1B, cykl 4) analit jest wstrzykiwany; stopniowy wzrost RU reprezentuje związek analitu z ligandem. Miejsca wiązania stają się stopniowo zajęte, aż do osiągnięcia równowagi. Gdy tylko iniekcja się zakończy, spadek RU odzwierciedla dysocjację kompleksu. Z takich sensogramów można wyprowadzić stałe szybkości równowagi wstępnej i równowagi (patrz dalej). Rysunek 1 przedstawia przejściowe oddziaływanie między ligandem a analitem. Gdy interakcja jest bardziej stabilna, spadek poziomu RU jest wolniejszy, co odzwierciedla niższy kd.
Tutaj opisujemy eksperyment SPR, którego celem jest scharakteryzowanie interakcji między transporterem błonowym (detergentem rozpuszczonym) a jego funkcjonalnym partnerem, pokrewnym białkiem wiążącym substrat 6,7. Wybrany model systemu to transporter kasety wiążącej ATP (ABC), ModBC-A firmy Archeaglobus fulgidus. System ten został wybrany ze względu na wysoką powtarzalność wyników, wysoki stosunek sygnału do szumu i klasyczne wskaźniki włączania / wyłączania. Ponadto dostępne są transportery ABC z homologacjami, które mogą służyć jako ważne kontrole negatywne. Transporter ModBC (ligand A) jest ekstrahowany z membrany za pomocą detergentu, oczyszczany i unieruchamiany na chipie. Jego rozpuszczalny partner oddziałujący, ModA, jest analitem. Jako ligand kontroli ujemnej stosuje się inny transporter ABC RbsBC ("ligand B").