Powszechnie stosowane metody badania wzorców ekspresji, interakcji i funkcji białek, w tym platformy chromatografii cieczowej i spektrometrii mas do analizy shotgun1,2, metody dwuhybrydowe drożdży3,4 oraz testy in vitro, są ograniczone, ponieważ nie są w stanie ocenić aktywności białek w ich naturalnym stanie. Do wypełnienia tej luki można wykorzystać profilowanie białek oparte na aktywności (ABPP). W tym podejściu sondy małocząsteczkowe zdolne do kowalencyjnego wiązania się z miejscem aktywnym enzymu będącego przedmiotem zainteresowania są sprzężone z grupą reporterową, która pozwala na wykrycie celu. Korzystając z chemii kliknięć (CC), reporter może być zintegrowany z sondą lub może być wprowadzony po zazębieniu się celu5,6. Ta ostatnia procedura wymaga użycia sond zawierających odpowiednie grupy chemiczne, takie jak końcowy alkin lub azydek, które mogą być modyfikowane za pomocą szeregu odczynników reporterowych poprzez reakcje bioortogonalne, takie jak katalizowana Cu(I) cykloaddycja Huisgen [3+2]7-9 lub ligacja Staudingera10,11.
Niedawno ujawniliśmy, że związek ten ARN14686 jako pierwszy ABP do wykrywania hydrolazy cysteinowej in vitro i in vivo, NAAA12. NAAA katalizuje hydrolityczną dezaktywację nasyconych i jednonienasyconych FAE, w tym oleoiloetanoloamidu (OEA) i palmitoiloetanoloamidu (PEA), które są endogennymi agonistami przeciwzapalnego receptora jądrowego PPAR-alfa13-15. NAAA ulega ekspresji głównie w makrofagach i innych komórkach pochodzących z monocytów, a także w limfocytach B14,16, co sugeruje rolę w regulacji wrodzonej odpowiedzi immunologicznej. Enzym jest syntetyzowany w szorstkiej retikulum endoplazmatycznym w postaci nieaktywnej i jest aktywowany w kwaśnych przedziałach komórki przez mechanizm autoproteolityczny17. Rozszczepienie autoproteolityczne generuje nową N-końcową cysteinę (C131 u myszy i szczurów, C126 u ludzi), która jest nukleofilem odpowiedzialnym za hydrolizę FAE18,19. Farmakologiczne hamowanie aktywności NAAA zmienia równowagę syntezy/degradacji FAE na korzyść zwiększonych poziomów komórkowych FAE16,20,21. Wykazano, że kilka pochodnych β-laktonu i β-laktamu hamuje aktywność NAAA z dużą siłą działania i selektywnością16,22-26. Inhibitory te działają poprzez S-acylowanie katalitycznej cysteiny16,27,28.
Związek ARN14686 został zaprojektowany w oparciu o strukturę chemiczną ogólnoustrojowo aktywnego, pochodzącego z seryny inhibitora NAAA β-laktamu, ARN726 (4-cykloheksylobutyl-N-[(S)-2-oksoazetydyno-3-ylo]karbaminianu)16. Grupa 4-butylocykloheksylowa ARN726 została zastąpiona nasyconym łańcuchem alifatycznym C9 z końcowym znacznikiem alkinowym do późniejszej koniugacji CC ze znacznikiem reporterowym zawierającym azydek. Zdecydowaliśmy się zaprojektować dwuetapowy ABP, aby minimalnie zmienić strukturę oryginalnego rusztowania, zachowując w ten sposób powinowactwo sondy do NAAA. Co więcej, unikając wprowadzania nieporęcznych znaczników, taka sonda może być bardziej odpowiednia do leczenia in vivo niż bezpośrednia ABP. ARN14686 hamuje NAAA z dużą siłą działania (hNAAA IC50 = 6 nM, rNAAA IC50 = 13 nM) poprzez tworzenie kowalencyjnego adduktu z katalityczną cysteiną enzymu12. Eksperymenty na żywych szczurach wykazały, że sonda jest selektywna w wychwytywaniu NAAA wyrażonego w płucach. Kwaśna ceramidaza, inna amidaza cysteinowa, która ma 33-34% identyczności z NAAA, została również zidentyfikowana jako cel o niskim powinowactwie przy użyciu wysokich stężeń sondy (10 μM in vitro, 10 mg / ml dożylnie, dożylnie)12. Wykorzystaliśmy również ARN14686 do zbadania obecności aktywnego NAAA w tkankach szczura objętych stanem zapalnym po podaniu pełnego adiuwanta Freunda (CFA)29.
Tutaj przedstawiamy protokół przygotowania ARN14686 (Rysunek 1) i jego zastosowania do badania aktywacji NAAA ex vivo. Jako przykład opisujemy eksperymentalną procedurę wizualizacji NAAA w łapach szczurów po podaniu CFA. W tym eksperymencie białka są ekstrahowane z tkanki łapy po wstrzyknięciu dożylnym sondy, a proteom znakowany ABP jest poddawany CC z azydkiem biotyny. Próbki biotynylowane są wzbogacane za pomocą kulek streptawidyny i wykonywane są bloty białkowe. W innym zastosowaniu opisujemy lokalizację aktywnego NAAA za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej w płucach myszy od myszy leczonych sondą. W tym przypadku tkanka jest cięta, a skrawki są poddawane CC w celu dodania rodaminy. Schemat przepływu pracy przedstawiono na rysunku 2.