HDAC należą do rodziny enzymów zdolnych do deacetylacji histonów w obrębie struktury chromatyny. Posiadają one również inne substraty białkowe w cytozolu i występują w różnych przedziałach komórkowych. Do tej pory zidentyfikowano łącznie 18 izoform HDAC, które powiązano z wieloma mechanizmami komórkowymi, w tym z regulacją czynników transkrypcyjnych i ekspresji genów, a także z sygnalizacją i transportem komórkowym1,2,3,4,5,6,7. Inhibitory katalityczne HDAC pojawiły się jako potencjalne leki w terapii nowotworów. Większość inhibitorów HDAC zatwierdzonych obecnie przez FDA służy do leczenia chłoniaka z komórek T oraz szpiczaka mnogiego i są to niespecyficzne inhibitory HDAC, takie jak vorinostat (SAHA), belinostat i panobinostat8,9. Jednakże z inhibitorami pan-HDAC wiąże się szereg skutków ubocznych, a poszukiwanie małocząsteczkowych związków specyficznych dla danych izoform jest obecnie gorącym tematem w chemii medycznej i odkrywaniu leków. W związku z tym romidepsyna, selektywny inhibitor klasy I (HDAC1-3 i HDAC8), jest lekiem już zatwierdzonym10, podczas gdy inhibitory specyficzne dla HDAC6 znajdują się obecnie w fazie badań klinicznych, wykazując zwiększony potencjał terapeutyczny w leczeniu szpiczaka mnogiego11,12,13,14,15.
Testy przesiewowe służące do charakteryzacji inhibitorów HDAC opierają się na inkubacji substratu HDAC z źródłem enzymatycznym (pojedynczą izoformą, ekstraktem jądrowym lub lizatem komórkowym). Substrat stanowi zazwyczaj krótka sekwencja peptydowa zawierająca resztę acetyloizoleucyny sprzężoną z rozszczepialnym fluoroforem (np. kumaryną), taką jak N-(4-metylo-7-aminokumarynylo)-Nα-(t-butoxykarbonylo)-Nω-acetyloizoleucynamid (MAL)16. Aby rozróżnić aktywności specyficzne dla danej izoformy, konieczne jest przeprowadzenie oddzielnych testów bezkomórkowych z udziałem każdej izoformy, co może nie odzwierciedlać rzeczywistej aktywności izoform w żywych komórkach. Dostępne są komercyjnie substraty specyficzne dla izoform, takie jak benzylowy (S)-[1-(4-metylo-2-okso-2H-chromen-7-ylokarbamoilo)-5-propionyloaminopentyl]karbaminian (MOCPAC, substrat specyficzny dla HDAC1) oraz (S)-[5-acetyloamino-1-(2-okso-4-trifluorometylo-2H-chromen-7-ylokarbamoilo)pentyl]kwas karbamowy tert-butyl ester (BATCP, substrat specyficzny dla HDAC6) (Ryc. 1B). Jednakże zastosowanie w żywych komórkach mieszaniny wielu substratów zawierającej MAL, MOCPAC i BATCP nie pozwoli na wykrycie poszczególnych produktów deacetylacji za pomocą pomiaru fluorometrycznego, ponieważ posiadają one ten sam rozszczepialny fluorofor.
Opisana tutaj metoda umożliwia detekcję i względną kwantyfikację każdego substratu oraz jego deacetylowanego produktu w komórkach HeLa przy użyciu testu wielosubstratowego, a następnie analizy UHPLC-ESI-MS/MS17. Test HDAC przeprowadza się na komórkach HeLa, aby umożliwić bezpośrednią identyfikację aktywności hamującej HDAC oraz specyficzności badanych związków w odniesieniu do endogennych HDAC. Szczególna uwaga skupiona jest na HDAC1 i HDAC6, które są oceniane jednocześnie. Aby przeprowadzić te pomiary enzymatyczne w ramach jednego testu z inkubacją, do traktowanych i nietraktowanych komórek HeLa wysianych na płytce 96-dołkowej dodaje się mieszaninę nieswoistych i swoistych substratów HDAC. Po etapie inkubacji komórki są lizowane w celu uwolnienia substratów i odpowiadających im produktów reakcji, które są rozdzielane i wykrywane metodą UHPLC-MS (Rysunek 1C). Produktami deacetylacji substratów MAL, MOCPAC i BATCP są odpowiednio deacetylowany MAL (dMAL), deacetylowany MOCPAC (dMOCPAC) i deacetylowany BATCP (dBATCP). Dla związków aktywnych można wykreślić krzywe zależności efektu od dawki.

Rysunek 1: Ogólny schemat testu HDAC w oparciu o komórki w celu identyfikacji inhibitorów specyficznych dla HDAC1 i HDAC6 poprzez analizę wielu substratów za pomocą UHPLC-MS. (A) Schemat typowej płytki 96-dołkowej zawierającej komórki HeLa poddane działaniu związków testowych oraz niepoddane działaniu związków (kontrola), a także próbki ślepe bez komórek. (B) Struktura chemiczna substratów dodanych w formie mieszaniny (każdy w stężeniu 21 µM) w celu deacetylacji przez endogenne HDAC. (C) Typowy chromatogram UHPLC-MS przedstawiający piki dodanych substratów (MAL, MOCPAC i BATCP) oraz ich produktów deacetylacji (odpowiednio dMAL, dMOCPAC i dBACTP). Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.