$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
HDACs należą do rodziny enzymów zdolnych do deacetylacji histonów w strukturze chromatyny. Mają również inne substraty białkowe w cytozolu i znajdują się w różnych przedziałach komórkowych. Do tej pory zidentyfikowano łącznie 18 izoform HDAC, które były związane z kilkoma mechanizmami komórkowymi, w tym regulacją czynników transkrypcyjnych i ekspresją genów, a także sygnalizacją komórkową i transportem1,2,3,4,5,6,7. Inhibitory katalityczne HDAC stały się potencjalnymi lekami terapeutycznymi w terapii nowotworów. Większość inhibitorów HDAC obecnie zatwierdzonych przez FDA jest przeznaczona do leczenia chłoniaka z komórek T i szpiczaka mnogiego i są nieswoistymi inhibitorami HDAC, takimi jak worinostat (SAHA), belinostat i panobinostat8,9. Jednak szereg skutków ubocznych wiąże się z pan-inhibitorami, a poszukiwanie małych cząsteczek specyficznych dla izoform jest gorącym tematem w chemii medycznej i odkrywaniu leków. W związku z tym selektywny inhibitor romidepsyny klasy I (HDAC1-3 i HDAC8) jest już zatwierdzonym lekiem10, podczas gdy inhibitory specyficzne dla HDAC6 są obecnie w fazie badań klinicznych, o zwiększonym potencjale terapeutycznym w szpiczaku mnogim11,12,13,14,15.
Testy przesiewowe mające na celu scharakteryzowanie inhibitorów HDAC opierają się na inkubacji substratu HDAC ze źródłem enzymatycznym (pojedyncza izoforma, ekstrakt jądrowy lub lizat komórkowy). Substratem jest zwykle mała sekwencja peptydowa zawierająca resztę acetylolizyny sprzężoną z rozszczepialnym fluoroforem (np. kumaryną), takim jak N-(4-metylo-7-aminokumarylo)-Nα-(t-butoksykarbonylo)-Nω-acetylolizynyamid (MAL)16. Aby rozróżnić działania specyficzne dla izoformy, konieczne są oddzielne testy bezkomórkowe obejmujące każdą izoformę, które mogą nie odzwierciedlać rzeczywistej aktywności izoformy w żywych komórkach. W handlu dostępne są substraty specyficzne dla izoformy, takie jak ester tert-butylowy (S)-[1-(4-metylo-2-okso-2H-chromen-7-ylkarbamoilo)-5-propionyloaminoopentylo]karbaminianowy (MOCPAC, substrat specyficzny dla HDAC1) i (S)-[5-acetylamino-1-(2-okso-4-trifluorometylo-2H-chromen-7-ylkarbamoilo)pentylo]karbaminowy ester tert-butylowy kwasu (BATCP, substrat specyficzny dla HDAC6) (Rysunek 1B). Jednakże mieszanina wielosubstratowa zawierająca MAL, MOPAC i BATCP podana żywym komórkom nie pozwoli na wykrycie poszczególnych produktów deacetylowanych za pomocą pomiaru fluorometrycznego, biorąc pod uwagę, że zawierają one ten sam rozszczepialny fluorofor.
Opisana tutaj metoda pozwala na wykrycie i względną kwantyfikację każdego substratu i jego zdeacetylowanego produktu w komórkach HeLa za pomocą testu wielosubstratowego, po którym następuje analiza UHPLC-ESI-MS/MS17. Test HDAC przeprowadza się na komórkach HeLa, aby umożliwić bezpośrednią identyfikację aktywności hamującej HDAC i specyficzności badanych związków na endogennych HDAC. Nacisk kładziony jest na HDAC1 i HDAC6, które są oceniane jednocześnie. Aby osiągnąć te pomiary enzymatyczne w pojedynczym teście inkubacyjnym, mieszaninę niespecyficznych i specyficznych substratów HDAC dodaje się do poddanych działaniu i niepoddanych działaniu substancji komórek HeLa podanych działaniu na 96-dołkowej płytce. Po etapie inkubacji komórki są poddawane lizie w celu uwolnienia substratów i odpowiednich produktów reakcji, które są rozdzielane i wykrywane przy użyciu metody UHPLC-MS (ryc. 1C). Deacetylowanymi produktami substratów MAL, MOCPAC i BATCP są odpowiednio deacetylowany MAL (dMAL), deacetylowany MOCPAC (dMOCPAC) i deacetylowany BATCP (dBATCP). Krzywe dawka-odpowiedź mogą być budowane ze związkami aktywnymi.

Rysunek 1: Ogólny schemat komórkowego testu HDAC w celu identyfikacji inhibitorów specyficznych dla HDAC1 i HDAC6 za pomocą analizy UHPLC-MS wielu substratów. (A) Schemat typowej płytki 96-dołkowej zawierającej komórki HeLa poddane działaniu substancji (związki testowe) i niepoddane działaniu substancji (kontrolne), a także ślepe próby bezkomórkowe. (B) Struktura chemiczna substratów dodawanych w postaci mieszaniny (po 21 μM każdy) przeznaczonych do deacetylacji przez endogenne HDAC. (C) Typowy chromatogram UHPLC-MS przedstawiający piki dodanych substratów (MAL, MOCPC i BATCP) oraz ich produktów deacetylacji (odpowiednio dMAL, dMOCPAC i dBACTP). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.