Protokół testu zieleni malachitowej jest prostą i opłacalną metodą do odkrycia tłumików białka szoku cieplnego 90 (Hsp90), a także innych związków hamujących enzymy zależne od ATP.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Protokół testu zieleni malachitowej jest prostą i opłacalną metodą do odkrycia tłumików białka szoku cieplnego 90 (Hsp90), a także innych związków hamujących enzymy zależne od ATP.
Białko szoku cieplnego 90 (Hsp90) jest obiecującym celem przeciwnowotworowym ze względu na jego opiekuńczy wpływ na wiele białek onkogennych. Aktywność Hsp90 zależy od jego zdolności do hydrolizy trifosforanu adenozyny (ATP) do difosforanu adenozyny (ADP) i wolnego fosforanu. Aktywność ATPazy Hsp90 jest związana z jej funkcją opiekuńczą; ATP wiąże się z N-końcową domeną Hsp90, a przerwanie jej wiązania okazało się najbardziej skuteczną strategią tłumienia funkcji Hsp90. Aktywność ATPazy można zmierzyć za pomocą kolorymetrycznego testu zieleni malachitowej, który określa ilość wolnego fosforanu powstałego w wyniku hydrolizy ATP. W tym miejscu opisano procedurę oznaczania aktywności ATPazy drożdży Hsp90 przy użyciu zestawu do oznaczania zielonego fosforanu malachitu. Ponadto podano szczegółowe instrukcje dotyczące odkrywania inhibitorów Hsp90 poprzez przyjmowanie geldanamycyny jako autentycznego inhibitora. Na koniec omówiono zastosowanie tego protokołu testowego poprzez wysokoprzepustowe badania przesiewowe (HTS) cząsteczek inhibitora przeciwko drożdżom Hsp90.
Białko szoku cieplnego 90 (Hsp90) jest molekularnym chaperonem, który utrzymuje stabilność białek odpowiedzialnych za rozwój i progresję raka. Ponadto białka odpowiedzialne za rozwój oporności na leki przeciwnowotworowe są również klientami Hsp901. Hsp90 ulega nadekspresji we wszystkich typach komórek nowotworowych (>90% białek komórkowych), w porównaniu z normalnymi komórkami, w których może stanowić mniej niż 2% wszystkich białek. Co więcej, Hsp90 komórek rakowych znajduje się w kompleksie z ko-chaperonami, podczas gdy w normalnej komórce występuje głównie w stanie wolnym, nieskompleksowanym2,3. W ostatnich latach wykazano, że kilka inhibitorów Hsp90 ma działanie senolityczne w badaniach in vitro i in vivo, gdzie znacznie poprawiły długość życia myszy4,5,6. Wszystkie wyżej wymienione odkrycia potwierdzają fakt, że inhibitory Hsp90 mogą być skuteczne w wielu typach raka, przy mniejszej liczbie działań niepożądanych i zmniejszonych szansach na rozwój oporności. Funkcja opiekuńcza Hsp90 jest realizowana poprzez wiązanie ATP w domenie N-końcowej Hsp90 i hydrolizę go do ADP i wolnego fosforanu7. Stwierdzono, że małe cząsteczki, które konkurencyjnie wiążą się z kieszenią wiążącą ATP Hsp90, skutecznie tłumią efekt opiekuńczy białka. Do tej pory pozostaje to najlepszą strategią hamowania Hsp90, co potwierdza fakt, że takie inhibitory osiągnęły wyniki badań klinicznych8. Jeden z nich, Pimitespib, został zatwierdzony w Japonii do leczenia guza podścieliska przewodu pokarmowego (GIST) w czerwcu 2022 r.9. Jest to pierwszy inhibitor Hsp90 zatwierdzony od czasu ustalenia w 1994 r. zdolności terapeutycznej białka opiekuńczego10.
Test zieleni malachitowej jest prostą, czułą, szybką i niedrogą procedurą wykrywania fosforanów nieorganicznych, odpowiednią do automatyzacji i wysokoprzepustowych badań przesiewowych (HTS) związków pod kątem pożądanego celu11. Test został z powodzeniem zastosowany do badań przesiewowych inhibitorów Hsp90 w małych konfiguracjach laboratoryjnych, a także w klasie HTS12,13,14,15,16,17. Test wykorzystuje metodę kolorymetryczną, która określa wolny nieorganiczny fosforan powstały w wyniku aktywności ATPazy Hsp90. Podstawą tej kwantyfikacji jest tworzenie kompleksu fosfomolibdenianu między wolnym fosforanem a molibdenem, który następnie reaguje z zielenią malachitową, generując zielony kolor (Rysunek 1). To szybkie tworzenie się kolorów jest mierzone na spektrofotometrze lub czytniku płytkowym w zakresie 600-660 nm18,19.
W obecnym protokole opisana jest procedura przeprowadzania testu na zieleń malachitową z drożdżami Hsp90 i późniejszej identyfikacji inhibitorów przeciwko chaperonowi. Cząsteczka produktu naturalnego, geldanamycyna (GA), za pomocą której po raz pierwszy ustalono zdolność Hsp90 do działania, została uznana za autentyczny inhibitor10. HTS stał się integralną częścią obecnego programu odkrywania leków, ze względu na dostępność dużej liczby cząsteczek do testów. Technika ta zyskała na znaczeniu w ciągu ostatnich 2 lat ze względu na pilną potrzebę zmiany przeznaczenia leków do leczenia infekcji Covid-1920,21. W związku z tym przedstawiono szczegółowy zarys HTS cząsteczek przeciwko białku Hsp90 drożdży przy zastosowaniu metody oznaczania zieleni malachitowej.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Test na skalę laboratoryjną malachitu
2. Wysokoprzepustowe badania przesiewowe inhibitorów Hsp90 za pomocą testu zieleni malachitowej
UWAGA: Protokół badań przesiewowych o wysokiej przepustowości jest podobny do metodologii stosowanej w skali laboratoryjnej. Ostateczna objętość studzienki w każdym przypadku wynosi 80 μl. Istnieje jednak niewielka różnica w kolejności dodawania odczynników. W metodzie laboratoryjnej wyróżnia się pięć etapów dodawania roztworu (34 μl wody, 32 μl buforu, 2 μl związku w DMSO, 8 μl Hsp90 i wreszcie 4 μl roztworu ATP). Natomiast w przypadku HTS wyróżnia się trzy etapy dodawania (40 μL roztworu buforowego zawierającego drożdże Hsp90, 2 μL DMSO w 18 μL wody zawierającej związki, a na końcu 20 μL ATP rozpuszczonego w wodzie). Minimalna ilość roztworu, którą można dokładnie odpipetować w układzie HTS, wynosi 20 μl. W związku z tym obserwuje się różnicę w pipetowaniu między wagami laboratoryjnymi a wagami HTS.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki testu interpretuje się w oparciu o absorbancję wynikającą z stężenia wolnych jonów fosforanu. Absorbancję wolnego fosforanu powstałego w wyniku hydrolizy ATP przez drożdżowe Hsp90 przy 620 nm uznaje się za 100% aktywności ATPase, co odpowiada zerowemu procentowi inhibicji białka. Inhibicja białka prowadzi do zatrzymania hydrolizy ATP (mniejsza ilość wolnego fosforanu), co przejawia się spadkiem absorbancji przy 620 nm.
Wyniki testu z zielenią malachitową w skali laboratoryjnej
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Hsp90 jest ważnym celem dla odkrycia nowych cząsteczek leków przeciwnowotworowych. Od czasu ustalenia jego lekowrażliwości w 1994 r.10, 18 cząsteczek trafiło do badań klinicznych. Obecnie siedem cząsteczek znajduje się w różnych fazach badań klinicznych, zarówno samodzielnie, jak i w połączeniu22. Wszystkie takie małe cząsteczki są N-końcowymi inhibitorami wiązania ATP. Inne sposoby hamowania białka opiekuńczego (inhibitory C-końcowe, inhibitory domeny środkowej) nie postęp...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nie ma sprzecznych interesów finansowych.
To badanie było wspierane przez program Korea Research Fellowship (KRF), doktora habilitowanego Narodowej Fundacji Badawczej Korei (NRF), finansowanego przez ministerstwo nauki i ICT (NRF-2019H1D3A1A01102952). Autorzy są wdzięczni grantowi stacjonarnemu KIST oraz grantowi Ministerstwa Oceanów i Rybołówstwa nr 2MRB130 za udzielenie pomocy finansowej na ten projekt.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 1M Roztwór chlorku magnezu w wodzie | Sigma-Aldrich | 63069-100ml | |
| 1M Roztwór chlorku potasu w wodzie | Sigma-Aldrich | 60142-100ml | |
| Płytka 96-dołkowa | SPL Nauki przyrodnicze | Nie dotyczy | |
| Hydrat soli disodowej 5′-trifosforanu | Sigma-Aldrich | A7699-5G | |
| Biomek FX laboratorium stacja robocza automatyki | Beckman Coulter | Nie dotyczy | |
| Związki 3-96 | Nie dotyczy | Nie dotyczy | Drożdże znakowane histydyną Hsp90 uzyskano od dr Chrisostomosa Prodromou, School of Life Sciences, University of Sussex, Wielka Brytania, a białko wyrażono w KIST Gangneung Institute of Natural Products. Szczegóły nie mogą zostać ujawnione ze względu na kwestie związane z naruszeniem patentu. |
| Dimetylosulfotlenek | Sigma-Aldrich | D8418 | |
| Geldanamycyna, 99% (HPLC), proszek | AK Scientific, Inc. | V2064 | |
| Invitroge UltraPure Woda destylowana wolna od DNaz/RNaz | ThermoFisher Scientific | 10977015 | |
| Test zielonego fosforanu malachitu Zestaw testowy | Sigma-Aldrich | MAK307-1KT | |
| Czytnik mikropłytek z wieloma detekcjami Synergy HT | Biotek Instruments, Inc. | Nie dotyczy | |
| Czytnik wielopłytkowy Synergy HT | Biotek Instruments, Inc. | Nie dotyczy | |
| Roztwór buforowy chlorowodorku Trizma, pH 7,4 | Sigma-Aldrich | 93313-1L | |
| Drożdże Hsp90 | Nie dotyczy | Nie dotyczy | School of Life Sciences, University of Sussex, Wielka Brytania, a białko wyrażono w KIST Gangneung Institute of Natural Products. Podstawowy numer dostępu: P02829 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.