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Compreender os detalhes moleculares das interações proteína-proteína é fundamental para delinear os mecanismos de transdução de sinais dos processos biológicos, particularmente aqueles que contribuem para doenças clinicamente importantes. Nos últimos anos, a exposição phage tem sido utilizada como um método prático e acessível para isolar proteínas/peptídeos com uma ligação muito melhor a uma proteína alvo desejada1,2,3,4, que por sua vez pode ser usada como sondas intracelulares de interações proteína-proteína.
A ubiquização é uma cascata de atividades enzimáticas (E1 ativando enzima → enzima conjugadora E2 → ligases E3) que conjugam covalentemente a ubiquitina (Ub) para substratos proteicos para direcioná-los para degradação ou para mediar as alterações de sinalização celular. Além disso, as deubiquitinas catalisam a remoção da ubiquitina das proteínas. Portanto, nas células, há milhares de interações proteína-proteína dependentes de Ub, a grande maioria das quais reconhecem uma superfície comum com baixa afinidade, mas alta especificidade para permitir interações fracas através de grandes e diversas superfícies.
Ernst et al. introduziram mutações em regiões de ligação conhecidas da Ub, a fim de ver se eles poderiam aumentar a afinidade vinculante para uma proteína de interesse, mantendo ainda alta seletividade5. Uma biblioteca combinatória de mais de 10 bilhões (7,5 x 1010) variantes ub (UbVs) com mutações em posições em toda a superfície Ub que mediam as conhecidas interações ub-proteína foi desenvolvida. Esta biblioteca consistia de phagemides que expressam a proteína m13 bacteriophage pIII coat fundida a UbVs diversificadas. Portanto, UbVs individuais podem ser exibidos na superfície da praga através da proteína do casaco após a expressão. Durante o processo de seleção, phage que exibe UbVs com considerável interações vinculantes com a proteína alvo será retido e enriquecido em rodadas subsequentes de exibição de phage, enquanto phage exibindo UbVs que se ligam mal à proteína alvo são lavados e removidos da piscina de phage. As partículas de phage retidas contêm o phagemid correspondente ao seu UbV exibido, permitindo que sejam sequenciados e ainda mais caracterizados uma vez isolados.
Utilizando esta estratégia de engenharia proteica, os inibidores de UbV foram desenvolvidos para deubiquitinases humanas5 e proteases 6 virais. É importante ressaltar que geramos UbVs inibitórios para ligaduras E3 da família HECT humana através do sequestro do site de ligação E2 e ativação de UbVs que ocupam um exosite ub-vinculante no domínio HECT7. Também podemos inibir e3s monoméricas da família RING mirando o site de ligação E2 e induzir a dimerização ubV para ativar o HOMOdimeric RING E3s8. Para vários E3s ring multi-subunidades, os UbVs podem alcançar a inibição mirando a subunidade RING (por exemplo, para complexo APC/C9) ou interrompendo a formação complexa (por exemplo, para SCF E3s10). Coletivamente, os UbVs podem ser aproveitados para interrogar sistematicamente interações proteína-proteína no sistema Ub-proteasome (UPS) para que possamos decifrar melhor os mecanismos bioquímicos das enzimas UPS e identificar e validar locais funcionais para intervenção terapêutica.
O protocolo a seguir descreve como empregar uma biblioteca ubV exibida anteriormente para atingir uma proteína de interesse e como enriquecer as pastas UbV que interagem com a proteína alvo através de sucessivas rodadas de exibição de phage.