$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Molekularne białka opiekuńcze przyczyniają się do homeostazy białek, w tym do ich zwijania, transportu i degradacji. Regulują one kilka procesów komórkowych i są powiązane z licznymi chorobami, takimi jak rak i choroby neurodegeneracyjne1. Białko szoku cieplnego 90 (Hsp90) jest jednym z najważniejszych białek opiekuńczych, którego funkcja zależy od zmian konformacyjnych napędzanych hydrolizą ATP i wiązania się z białkami klienta, w których pośredniczą jego ko-chaperony2. Pomimo oczywistego potencjału Hsp90 jako celu terapeutycznego, dopracowanie jego funkcji stanowi duże wyzwanie. Istnieje kilka inhibitorów Hsp90 ukierunkowanych na N-końcowy region wiązania ATP, które zostały ocenione w badaniach klinicznych, ale żaden z nich nie został zatwierdzony do obrotu3. Ze względu na brak dobrze zdefiniowanej kieszeni wiążącej ligand4, celowanie w region C-końcowy Hsp90 odniosło ograniczony sukces4. Ostatnio badano zakłócenie oddziaływań Hsp90-kochaperon przez małe cząsteczki jako alternatywną strategię5. Ukierunkowanie na interakcje Hsp90-kochaperon nie wywołałoby ogólnej reakcji komórki na stres i daje możliwość specyficznej regulacji różnych procesów wewnątrzkomórkowych. Konserwatywny pentapeptyd MEEVD na C-końcu Hsp90 jest odpowiedzialny za interakcję z motywem powtórzeń tetratrikopeptydu (TPR) co-chaperones6. Spośród 736 białek zawierających motyw TPR opisanych w bazie danych białek ludzkich, ~20 różnych białek oddziałuje z Hsp90 za pośrednictwem tego peptydu7. Cząsteczki konkurujące o wiązanie peptydów MEEVD zakłócałyby interakcje między Hsp90 a ko-chaperonami zawierającymi domenę TPR. Miejsce wiązania peptydów ma podobną strukturę trzeciorzędową, ale ogólna homologia między różnymi domenami motywu TPR jest stosunkowo niska7, co daje możliwość identyfikacji cząsteczek specyficznie zdolnych do blokowania interakcji między Hsp90 a poszczególnymi ko-opiekunami motywu TPR. Wśród tych współopiekuńczych z motywem TPR, białko wiążące FK506 (FKBP) 51 i FKBP52 są regulatorami sygnalizacji receptora hormonu steroidowego (SHR) i biorą udział w kilku chorobach zależnych od hormonów steroidowych, w tym raku, chorobach związanych ze stresem, chorobach metabolicznych i chorobie Alzheimera8. Chociaż FKBP51 i FKBP52 mają wspólne podobieństwo sekwencji > 80%, ich funkcje różnią się: FKBP52 jest dodatnim regulatorem aktywności SHR, podczas gdy FKBP51 jest negatywnym regulatorem w większości przypadków8. W związku z tym identyfikacja cząsteczek, w szczególności blokujących interakcje między Hsp90 a FKBP51 lub FKBP52, zapewnia obiecujący potencjał terapeutyczny w przypadku chorób pokrewnych.
Auproszczony Luminescencyjny test Proximity Homogenny A(AlphaScreen) został po raz pierwszy opracowany w 1994 roku przez Ullman EF et al.9. Obecnie jest szeroko stosowany do wykrywania różnych typów interakcji biologicznych, takich jak peptide10, protein11, DNA12, RNA13 i sugar14. W tej technice istnieją dwa rodzaje koralików (średnica 200 nm), jeden to koralik donorowy, a drugi to koralik akceptorowy. Biomolekuły są unieruchomione na tych kulkach; Ich interakcje biologiczne zbliżają do siebie koraliki dawcy i akceptora. Przy długości fali 680 nm fotouczulacz w kulce donorowej oświetla i przekształca tlen w tlen singletowy. Ponieważ tlen singletowy ma krótką żywotność, może dyfundować tylko do 200 nm. Jeśli koralik akceptorowy znajduje się w pobliżu, jego pochodna tioksenu reaguje z tlenem singletowym, tworząc chemiluminescencję przy 370 nm. Energia ta dodatkowo aktywuje fluorofory w tym samym koraliku akceptorowym, aby emitować światło o długości fali 520-620 nm15. Jeśli interakcje biologiczne zostaną zakłócone, koralik akceptorowy i koralik donorowy nie mogą osiągnąć zbliżenia, co powoduje rozpad tlenu singletowego i niski poziom wytwarzania sygnału.
Tutaj opisujemy protokół wykorzystujący tę technikę do badania małych cząsteczek hamujących interakcje między Hsp90 i TPR co-chaperonami, zwłaszcza FKBP51 i FKBP52. 10 peptydów o długości 1 aminokwasów odpowiadających ekstremalnemu C-końcowi Hsp90 jest przyłączonych do kulek akceptorowych. Oczyszczone kochaperony TPR oznaczone GST oddziałują z koralikami dawcy połączonymi z glutationem. Kiedy interakcja między peptydami pochodzącymi z Hsp90 a ko-opiekunami z motywem TPR zbliża kulki do siebie, wytwarzany jest wzmocniony sygnał (Rysunek 1A). Jeśli przesiane małe cząsteczki mogą hamować interakcje między Hsp90 a ko-białkami opiekuńczymi z motywem TPR, ten wzmocniony sygnał zostanie zmniejszony (Rysunek 1B). Ich IC50 można obliczyć za pomocą pomiaru ilościowego. Protokół ten może być rozszerzony na dowolne interakcje opiekuńczo-opiekuńcze z motywem TPR, które są przedmiotem zainteresowania i ma ogromne znaczenie w rozwoju nowych cząsteczek, w szczególności blokując interakcję między Hsp90 a FKBP51 lub FKBP52.

Rysunek 1: Podstawowa zasada tego testu. (A) Oczyszczony GST-FKBP51 oddziałuje z kulkami donorowymi połączonymi z glutationem. 10 długich peptydów aminokwasowych odpowiadających skrajnemu C-końcowi Hsp90 jest przyłączonych do koralików akceptorowych. Interakcja między peptydami pochodzącymi z Hsp90 a domeną TPR FKBP51 zbliża do siebie kulki dawcy i akceptora. Przy długości fali 680 nm fotouczulacz w kulce donorowej oświetla i przekształca tlen w tlen singletowy. Pochodna tioksenu na koraliku akceptorowym reaguje z tlenem singletowym i generuje chemiluminescencję przy 370 nm. Energia ta dodatkowo aktywuje fluorofory w tym samym koraliku akceptorowym, aby emitować światło o długości fali 520-620 nm. (B) Gdy małe cząsteczki hamują interakcje między Hsp90 i FKBP51, kulki donorowe i akceptorowe nie mogą osiągnąć zbliżenia. Następnie tlen singletowy o krótkim czasie życia rozpada się i nie jest wytwarzany żaden wykrywalny sygnał. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.