Ten protokół opisuje unikalną metodę wykrywania wiązania między związkami a cząsteczkami białka, oferując korzyści w postaci minimalnej utraty próbki białka i wysokiej dokładności danych.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Ten protokół opisuje unikalną metodę wykrywania wiązania między związkami a cząsteczkami białka, oferując korzyści w postaci minimalnej utraty próbki białka i wysokiej dokładności danych.
Badanie interakcji między różnymi cząsteczkami jest kluczowym aspektem zrozumienia patogenezy choroby i badań przesiewowych pod kątem celów leków. Umbelliferon, aktywny składnik tybetańskiej medycyny Vicatia thibetica, wykazuje działanie immunomodulujące o nieznanym mechanizmie. Białko CD40 jest kluczowym celem w odpowiedzi immunologicznej. Dlatego w badaniu tym wykorzystano zasadę technologii różnicowej fluorescencji skaningowej do analizy interakcji między białkiem CD40 a umbelliferonem przy użyciu fluorescencyjnych markerów enzymatycznych. Wstępnie eksperymentalnie zweryfikowano stabilność białka fluorescencyjnego barwnika pomarańczowego i określono optymalny stosunek rozcieńczenia 1:500. Następnie zaobserwowano, że wartość topnienia (Tm) białka CD40 miała tendencję do zmniejszania się wraz ze wzrostem stężenia. Co ciekawe, stwierdzono, że interakcja między białkiem CD40 a baldaszkowronem zwiększa stabilność termiczną białka CD40. Niniejsze badanie stanowi pierwszą próbę wykrycia potencjału wiązania związków i białek małocząsteczkowych za pomocą mikropłytek fluorescencyjnych i barwników fluorescencyjnych. Technika ta charakteryzuje się wysoką czułością i dokładnością, obiecując postępy w dziedzinie stabilności białek, struktury białek i interakcji białko-ligand, ułatwiając w ten sposób dalsze badania i eksplorację.
Vicatia thibetica H. Boissieu, roślina z rodziny baldaszkowatych, jest powszechnie stosowana w medycynie tybetańskiej i stanowi jeden z podstawowych składników pięciu podstawowych składników (Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute, Asparagus cochinchinensis (Lour.) Merr, Vicatia thibetica H. Boissieu, Oxybaphus himalaicus Edgew. i Gymnadenia conopsea (L.) R. Br.)1. Głównie dystrybuowany w południowo-zachodnich Chinach, takich jak północno-zachodni Yunnan, zachodni Syczuan, Tybet i inne obszary, jego suszony korzeń służy jako lokalny substytut arcydzięgla1. Korzeń, znany ze swojego zapachu, jest często wykorzystywany jako przyprawa do gulaszu, a liście, określane jako seler tybetański, przyczyniają się do wyśmienitych potraw. Tak więc Vicatia thibetica ma znaczenie nie tylko jako wyjątkowa roślina lecznicza, ale także jako źródło pożywienia w Tybecie.
Zarówno krajowe jak i międzynarodowe badania wskazują, że Vicatia thibetica posiada właściwości uzupełniające krew i orzeźwiające qi (moc lub energię), korzystne dla regulacji menstruacji. Stosuje się go w celu zwalczania objawów nieregularnego miesiączkowania spowodowanego kołataniem serca i niedoborem krwi, wykazując działanie farmakologiczne, takie jak antyoksydacyjna regulacja odporności organizmu2. Ekstrakt alkoholowy z Vicatia thibetica wykazał zdolność do przywracania masy ciała i indeksu narządów u myszy z obniżoną odpornością indukowaną cyklofosfamidem. Dodatkowo zwiększa aktywność dysmutazy ponadtlenkowej w surowicy i zmniejsza zawartość dialdehydu malonowego, co sugeruje poprawę zdolności przeciwutleniających i równoważący wpływ na peroksydację lipidów2,3. Jednocześnie zwiększa liczbę krwinek i hemoglobiny, co nie tylko obiektywnie odzwierciedla funkcję krwiotwórczą organizmu, ale także odgrywa kluczową rolę w układzie odpornościowym2,3.
Umbelliferone, charakteryzujący się igiełkowymi kryształami i gorzkim smakiem, ma małą masę cząsteczkową, jest lotny i może być destylowany parą wodną. Łatwo sublimuje, ma niską rozpuszczalność w wodzie i wysoką rozpuszczalność w materii organicznej. Jako jeden z głównych składników chemicznych Vicatia thibetica, umbelliferon wykazuje działanie immunomodulujące na odporność komórkową, odporność humoralną i odporność nieswoistą w mysich modelach immunosupresji indukowanej hydrokortyzonem4,5.
Cząsteczka CD40 na powierzchni komórki, należąca do nadrodziny receptorów czynnika martwicy nowotworu, jest szeroko wyrażana w komórkach odpornościowych6. Jego homologiczny ligand, CD154, znany również jako CD40L, jest białkiem transbłonowym typu II ulegającym ekspresji przez aktywowane limfocyty T. Aktywacja CD40 ma zdolność do zwiększania ekspresji cząsteczek kostymulujących na powierzchni komórek dendrytycznych (DC) i monocytów. Proces ten promuje funkcję prezentacji antygenu cząsteczek głównego kompleksu zgodności tkankowej (MHC) i dodatkowo aktywuje limfocyty T CD8 +7.
Makrofagi odgrywają kluczową rolę w tworzeniu i regulacji mikrośrodowiska guza, a aktywacja CD40 może przyspieszyć przebudowę mikrośrodowiska guza przez makrofagi8. Aktywacja sygnału CD40 znacząco wpływa na proliferację i aktywację limfocytów B. Limfocyty B, po aktywacji przez CD40, mogą funkcjonować jako skuteczne komórki prezentujące antygen. Prezentują antygeny, generują aktywność efektorowych limfocytów T, a tym samym przyczyniają się do działania przeciwnowotworowego9. Co więcej, aktywacja CD40 w komórkach nowotworowych może indukować apoptozę i hamować wzrost guza10. CD40 przede wszystkim przekazuje sygnały, kontrolując aktywność niereceptorowych kinaz białkowych tyrozyny, w tym Lyn, Fyn, Syk i innych. Dodatkowo ma zdolność stymulowania białek Bcl-xL, Cdk4 i Cdk6, aktywacji czynników transkrypcyjnych Rel/NF-kB oraz fosforylacji CG-2 i PI3K10.
Metoda DSF (Differential Scanning Fluorescence) jest szeroko stosowana do oceny wpływu różnych warunków środowiskowych, takich jak skład bufora, temperatura i ligandy małocząsteczkowe, na stabilność termiczną struktur białkowych. Powszechnie stosowanym barwnikiem do DSF jest pomarańczowy, wrażliwy na środowisko, hydrofobowy barwnik. W normalnych warunkach struktura białka jest pofałdowana, ukrywając wewnętrznie swój hydrofobowy segment. Wraz ze wzrostem temperatury hydrofobowy obszar białka staje się bardziej odsłonięty, co powoduje stopniowy rozpad naturalnej struktury białka. Barwnik selektywnie wiąże się z tą odsłoniętą częścią białka, wzmacniając jego fluorescencję. Wartości Tm są następnie obliczane poprzez monitorowanie zmian w detekcji sygnału fluorescencji11. Do pewnego stopnia zmiany wartości Tm mogą mierzyć zmiany w stabilności białek spowodowane mutacjami, zmianami w lub wiązaniem ligandów. Ponadto może wskazywać na zmiany strukturalne podczas procesu fałdowania białek12. Takie podejście oferuje precyzyjne dane, szeroki zakres temperatur, wysoką czułość i minimalną utratę próbki białka13.
W tym badaniu, oznaczanie fluorescencji zostało przeprowadzone przy użyciu fluorescencyjnego czytnika mikropłytek zamiast aparatu do fluorescencji ilościowej reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR). Modyfikacja ta umożliwia wykrywanie DSF w laboratoriach pozbawionych fluorescencyjnego ilościowego przyrządu do PCR, dzięki czemu metoda jest mniej złożona i zmniejsza liczbę kroków wymaganych do konfiguracji urządzenia, upraszczając w ten sposób proces eksperymentalny. Takie podejście ma jednak pewne wady. Podczas gdy złożoność jest zmniejszona, procedura staje się bardziej uciążliwa. Konieczne jest ręczne wykrywanie fluorescencji w różnych temperaturach, a automatyczne i ciągłe zbieranie fluorescencji z systemu nie jest możliwe. W związku z tym w badaniu wykorzystano technikę DSF do zbadania interakcji między białkiem CD40 a baldaszkowronem, dostarczając nowych informacji na temat mechanizmów molekularnych medycyny tybetańskiej.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Roztwór złożony, roztwór białka i barwnik zostały wprowadzone do roztworu PBS. Następnie próbki poddano stopniowemu podgrzewaniu za pomocą cyfrowej kąpieli grzewczej z wytrząsaniem na sucho, a stabilność termiczną białek oceniono poprzez pomiar zmiany intensywności fluorescencji w złożonym układzie. Szczegółowe kroki są opisane poniżej, a Rysunek 1 ilustruje przegląd protokołu.
1. Przygotowanie roztworu
2. Testowanie wydajności barwnika
3. Wykrywanie temperatury topnienia (Tm) białka
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pomarańczowy barwnik wykazywał konsekwentnie stabilną ekscytację fluorescencyjną przy Ex = 470 nm i Em = 570 nm, zarówno w temperaturze pokojowej, jak i w temperaturach podwyższonych. Wyznaczono optymalny stopień rozcieńczenia wynoszący 1:500 (Rycina 2A,B). Wyznaczenie wartości Tm okazało się trudne, gdy stężenie białka CD40 było niższe niż 15 µg/mL (Rycina 3A,B). Jednakże przy stężeniu 15 µg/mL można było wykryć stabilną warto...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
DSF, znany również jako test przesunięcia termicznego lub test fluorescencji termicznej, jest techniką stosowaną do wykrywania procesu denaturacji termicznej białek w próbkach poprzez monitorowanie zmian sygnału fluorescencji badanej próbki lub barwnika podczas powolnego, zaprogramowanego wzrostu temperatury. Początkowo opracowana przez Pantoliano14, DSF służy jako metoda o wysokiej przepustowości. Główna procedura polega na podniesieniu temperatury na sterowanej komputerowo podgrzewanej płycie, w...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Wyrażamy naszą szczerą wdzięczność za wsparcie finansowe otrzymane od Projektu Budowy Konotacji 14. Planu Pięcioletniego Uniwersytetu Medycyny Tybetańskiej (2022ZYYGH12), Otwartych Przedmiotów Kluczowego Laboratorium Medycyny Tybetańskiej i Edukacji Podstawowej Ministerstwa Edukacji na Uniwersytecie Medycyny Tybetańskiej (ZYYJC-22-04), Kluczowego Programu Badawczo-Rozwojowego Ningxia (2023BEG02012), oraz projekt promocji badań Xinglin Scholar Uniwersytetu Tradycyjnej Medycyny Chińskiej w Chengdu (XKTD2022013).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Białko CD40 | MedChemExpress | HY-P75408 | |
| DMSO | Boster Biological Technology Co., Ltd | PYG0040 | |
| Wielofunkcyjny czytnik mikropłytek FlexStation 3 | Shanghai Meigu Molecular Instruments Co., LTD | Oprogramowanie FlexStation 3 | |
| OriginPro 8 | OriginLab Corporation | v8.0724(B724) | |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanami ( 1x) | Gibco | 8120485 | |
| SoftMax Pro 7.1 | Shanghai Meigu Molecular Instruments Co., LTD | SoftMax Pro 7.1 | |
| SSYPRO pomarańczowy barwnik | Sigma | S5942 | |
| Umbelliferone | Shanghai Yuanye Biotechnology Co. | Zobacz materiał B21854 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.