Name: Desenvolvimento de inibidores de interacções proteína-proteína através REPLACE: Aplicação para a concepção e desenvolvimento não-ATP inibidores de CDK Competitiva (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-10-26T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 33 s
Description: Aprenda a estratégia REPLACE para converter inibidores peptídicos em moléculas farmacêuticas usando química computacional e síntese de híbridos fragmento-peptídeo. Este método sistemático supera as limitações da triagem de alta vazão tradicional.

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Agradecemos ao Dr. Douglas Pittman e Michael Wyatt por sua assistência com a cultura de células e ao Dr. Wyatt e à Sra. Erin Anderson pela ajuda no desenvolvimento dos ensaios de ligação. Agradecemos a Mike Walla e Bill Cotham, do Departamento de Química e Bioquímica da Universidade da Carolina do Sul, pela assistência com a espectrometria de massa, Helga Cohen e Dr. Perry Pellechia pela espectrometria de RMN. Este trabalho foi financiado pelo National Institutes of Health por meio da bolsa do projeto de pesquisa, 5R01CA131368.

1. Identificação Computacional de Moléculas Pequenas Potencial Capping Grupos Nota: Em princípio, uma variedade de acoplamento ou farmacofóricos métodos de pesquisa podem ser utilizados para prever potenciais grupos de protecção. O principal objectivo dos estudos de substituição é computacionais para identificar pequenas moléculas que retêm as características e as interacções dos aminoácidos que são substituídos. <ol><li> Validação do protocolo LigandFit encaixe 14 </li></ol> Nota: Em estudos anteriores, o método de acoplamento (LigandFit 15, um módulo do pacote de programas de modelagem molecular, descoberta Estúdio 3.0) foi validado para garantir que este algoritmo é suficiente para reproduzir modos de ligação de conhecida Ncaps e para demonstrar que os resultados obtidos para compostos desconhecidos são preditivos 14. <ol style="margin-left: 40px;"><li> Utilizando os seguintes passos (1,2 - 1,5), identificar os parâmetros óptimos para LigandFit como se segue: PLP1 PTgrade ergy para a geração de pose, minimização de poses gerados ea função de pontuação PLP1 para a análise das poses. </li><li> A fim de limitar as conformações obtidas e para posicionar de forma adequada ligandos para a formação da ligação covalente no péptido tampado, definir as azoto e átomos de azoto amida indole de Trp217 e Gln254, respectivamente, como filtros para interacção de ligação de hidrogénio. </li><li> Concepção e encaixar uma biblioteca de fragmentos de alternativas para a CDK2 / ciclina A receptor (2UUE). Priorizar grupos capeadores potenciais para a síntese e de abastecimento comercial baseado em PLP1 de pontuação, as interações com filtros de interação e complementaridade com a CBG. As várias etapas necessárias para LigandFit de ancoragem são as seguintes. </li></ol><ol start="2"><li> Preparação de receptor de local de ligação 14 <ol><li> Importar a CDK2 / ciclina A estrutura cristalina (PDB ID: 2UUE) para uma janela de visualização no software. Esta estrutura contém o FLIP previamente identificada 5-metil-1-fenil-1H-1, 2,4-triazol-3-carboxamido (3,5-DCPT) RLIF ligado ao sulco de ciclina (Figura 3). </li><li> Excluir ou manter no lugar os resíduos RLIF (C-terminal). Quando a sequência do péptido é retido, utilizar o grupo amino N-terminal do péptido, tal como um filtro de interacção para o ligando. Dos &quot;as interacções receptor-ligando&quot; ferramentas, criar uma esfera em torno do N-cap 3,5-DCPT de Show esfera / Hide site. A esfera é criado para definir a região activa no local de ligação, onde as interacções ligando-receptor são permitidos para ocorrer durante a ligação. </li><li> Definir o local de ligação mais longe da &quot;local encontrar o volume de ligando seleccionado&quot; e excluir o ligante 3,5-DCPT da proteína. Realizar esta etapa para definir o volume de ligação dentro da esfera criado. </li><li> Defina as de nitrogênio e nitrogênio amida átomos de indole dos resíduos Trp217 e Gln254 como filtros de interacção para ligações de hidrogênio. Defina os filtros de interação para que apenas os poses que inteRact com os átomos de resíduos jogo será filtrado durante o processo de ancoragem, portanto, preservar as interações importantes nas poses que atracam. </li></ol></li><li> Preparação de ligandos 14 <ol><li> Design uma biblioteca de 100 grupos de protecção potenciais com base em critérios incluindo o peso molecular inferior a 500, a presença de um grupo carboxilato para ligação com o péptido truncado e a inclusão de grupos hidrofóbicos adequados (grupo fenilo substituído) para a interacção de van der Waals no bolso secundário como mostrado na Tabela 1. </li><li> Selecione anéis heterocíclicos para imitando interações de ligação de hidrogênio com peptídeo Trp217 e substituintes incluído para substituir interações de emparelhamento de iões de cadeias laterais básicas do HAKRRLIF. Encaixe os ligandos como as respectivas moléculas de aldeído, de modo que o oxigénio do carbonilo pode interagir com o átomo de azoto da amida de Gln254 semelhante a espinha dorsal do péptido progenitor péptido (Tabela 1). </li><li> Antes de docrei, minimizar ligantes destinados a um baixo conformação de energia e se preparar em um estado de ionização adequado por meio do &quot;Prepare ligantes&quot; protocolo. Desenhar e exportar estes tampões potenciais N no formato de arquivo .sdf em ChemDraw para uma folha de cálculo antes de serem importados para o software. Nota: Preparar protocolo ligandos é usado para minimizar a todos os ligandos para ser acoplado aos seus estados de energia mais baixos e as taxas de ionização foram aplicados aos átomos aplicáveis. Os parâmetros padrão são usados ​​para esta etapa. </li></ol></li><li> Ancoragem dos ligandos para a Ciclina A Ranhura 14 <ol><li> Selecione a rotina de LigandFit conjunto protocolo interacções ligando-receptor do software. Use o receptor e os ligantes preparados como entrada para este protocolo. </li><li> Para estas corridas selecione PLP1 como rede de energia, especificar que posa ser minimizado de energia e que o número de poses gerados como 10. Deixe todos os outros parâmetros nos valores padrão. Nota: é LigandFitum método de acoplamento que pode identificar e gerar posturas de alta afinidade e potencial complementaridade com o local activo de uma proteína usando um filtro de comparação forma base que é combinado com um algoritmo de busca conformacional de Monte Carlo. A rede de energia utilizada pelo programa de acoplamento é o campo de força para a geração de interacções ligando-receptor e coloca potenciais. PLP1 é potencial linear por partes que prioriza especificamente interações de ligação de hidrogênio e onde o tipo de átomo PLP é atribuído para cada átomo ligando não átomo de hidrogénio ou receptor não-hidrogénio. </li></ol></li><li> Análise dos resultados <ol><li> Em primeira instância, a exposição apresenta no programa visualizador e, em seguida, classificar por descendente valores da pontuação PLP1. Utilizar as funções de pontuação, tais como PLP1 para estimar a afinidade de ligação de um ligando acoplado com base em um ligando candidato representar geometria e interacção não covalente com a estrutura de receptor alvo. Nota: Aqui, a função PLP1 pontuação foi encontrado para give os melhores resultados, uma vez que inclui uma estimativa da ligação de hidrogénio. </li><li> Analisar visualmente o top 25% das poses marcou para 1) superimposability com o grupo de tampar conhecido (com um (RMSD relativa desvio quadrado médio) valor inferior a 2 a), 2) cumpriu filtros de interação e 3) a complementaridade visual com o sulco ciclina . Aceita-se que uma corretamente encaixado representar (em comparação com uma estrutura experimental) tem um valor de RMSD &lt;2 Å. </li><li> Examinar posturas de complementaridade visual, que é definido como tendo enchimento eficiente da bolsa de ligação de uma maneira que seja consistente com relações estrutura-actividade conhecidas. Filtros de interacção são definidas para incluir restrições átomo que requerem contactos intermoleculares conhecidas como sendo críticos para a ligação e / ou são necessários para colocar o grupo de capeamento potencial na geometria correcta para a formação da ligação amida. Três exemplos de poses que atracam dos grupos de nivelamento N potenciais que fazem ligações de hidrogênio com interaction filtros são mostradas na Figura 4. </li></ol></li></ol> 2. Síntese e Caracterização de Grupos N -capping Potenciais <ol start="1"><li> Síntese de grupos N-capsulação. </li><li> Para a síntese, todos os comerciais usar materiais de partida, solventes e reagentes, como obtido. Sintetizar potenciais grupos N-capsulação por química orgânica sintética convencional (Figura 5 12,13 para um exemplo). </li><li> Realizar a cromatografia em camada fina (TLC) sobre gel de sílica para monitorizar reacções. <ol><li> Dissolve-se o material de partida e a mistura de reacção (1 mg) na fase móvel e identificá-los na placa de TLC utilizando tubos capilares. </li><li> Colocar a placa de TLC em que a câmara que contém a fase móvel (acetato de etilo e hexano numa razão de 35:65). Uma vez que a fase móvel atinge 90% da placa de TLC, remover e secar a placa. </li><li> Use luz UV para detectar as misturas de reacção e o material de partida como manchas visíveis. Calcular a R f de todos os pontos (relação entre distância percorrida pelo local e a fase móvel). Nota: A reacção está completa quando não há mancha visto no Rf do material de partida. </li></ol></li><li> Após a conclusão da reacção trabalhar-se a mistura de reacção por colocação em um funil de separação e lavagem com ácido aquoso ou solução de base, conforme apropriado. Recolhe-se o solvente orgânico, evapora-se que em evaporador rotativo e seca-se o produto bruto obtido sob vácuo. </li><li> Dissolve-se 500 mg de produto em bruto em 3-5 ml de solvente adequado e adicionar a um 1 g de sílica ou RP18 para amostras e seco ao ar. Colocar a t para amostras contendo o produto em bruto em cartuchos Flash / RP SNAP sílica e purifica-se o material bruto utilizando cromatografia automatizado flash de alto desempenho (de acordo com o protocolo do fabricante) empregando um g coluna SNAP 100 com um funcionamento de gradiente a partir de 6% de acetato de etilo: 94 % de hexanos a 50% de acetato de etilo e hexano a 50% sobre15 volumes de coluna. </li><li> Seca-se o produto purificado recolhido em solvente de cromatografia flash utilizando um evaporador rotativo por evaporação de todo o solvente até à secura e secar ainda mais o produto sob vácuo para remover todos os solventes residuais. Realizar uma caracterização do produto purificado por RMN, MS e HPLC analítica. <ol><li> Por 1 H RMN e 13 C RMN, pesa cerca de 10 mg da amostra purificada, dissolvê-lo num solvente deuterado adequado, e transferir o conteúdo para um tubo de RMN seco para gravar os espectros de RMN 2,14. </li><li> Grave o 1 H NMR e espectros de 13 C NMR de alto campo com um espectrómetro de RMN (300 MHz mínimo). Adquirir espectros de massa usando um QTOF (Tandem quadruple-1 hora do espectrômetro de massa de voo), ionização electrospray (ESI) ou um VG 70S (duas vezes focando espectrômetro de massa de sector magnético, EI) 2,14. </li><li> Analisar a pureza dos produtos por HPLC com um detector de foto-díodos e equipado comA C18 (2) 100 A, 250 x 4,6 mm, 5? m para análise. Utilize uma corrida gradiente a partir de 100% de água (0,1% ácido trif luoroacético) a 60% de acetonitrilo (0,1% ácido trifluoroacético) durante 30 minutos e mantenha o gradiente durante 4 min. Extraia os cromatogramas em 226 e 254 nm 2,14. Nota: purezas analíticos dos compostos avaliados foram&gt; 95%. </li></ol></li></ol> 3. síntese em fase sólida para a Geração de flips 2 <ol start="1"><li> Síntese de flips cobertas de N <ol><li> Montar compostos peptídicos N-tampado por meio de métodos de síntese de fase sólida padrão utilizando os seguintes passos. <ol><li> Activar a 5 equivalentes do ácido aminado C-terminal de (Fmoc-Phe) em 4,4 equivalentes de O -Benzotriazole- N, N, N &#39;, N&#39; -tetrametil-urónio-hexafluoro-fosfato (HBTU, 221,93 mg) em 2 ml de DMF durante 5 min. Carregar a mistura de HBTU Fmoc-Phe na resina Rink utilizando 6 equivalentes de diisopropiletilamina (DIPEA, 103.13mg) durante 1 h à TA. </li><li> Remover o grupo protector Fmoc a partir do resíduo do terminal C utilizando 20% de piperidina em 3 ml de DMF durante 10 min. Pares aminoácidos subsequentes (por exemplo, Fmoc-Ile, Fmoc-Leu, Fmoc-Arg-PMC) passo a passo. Em cada passo, 5 equiv par do aminoácido seguinte utilizando 6 equivalentes de DIPEA (103,13 mg) e 4,4 equivalentes de HBTU (221,93 mg) em 2 ml de DMF durante 1 h à TA. </li><li> Aplicar ciclos de lavagem (5 x 10 ml de DMF + 5 x 10 mL de DCM), após os passos de acoplamento de aminoácidos e de desprotecção de Fmoc descritos acima. Depois da montagem de péptidos, utilizando grupos de 6 equivalentes de DIPEA (103,13 mg) e 4,4 equivalentes de HBTU (221,93 mg) par de N-capsulação em 2 ml de DMF durante 1 h à TA. </li><li> Após a conclusão da montagem péptido, tratar a mistura reaccional com 2 ml da mistura de clivagem (90: 5: 5 TFA / H 2 O / TIPS) O / N para remover grupos protectores da cadeia lateral, e vira clivam a partir da resina. Tritura-se o produto resultante com éter dietílico frio para precipitar e iconcentrado de f necessário em um evaporador rotativo. </li></ol></li></ol></li><li> Síntese de flips N-tampado-C-tampado <ol><li> Pesar e dissolve-se o péptido Leu-Arg no terminal-N protegido e tampado (16,1 mg, 0,02 mmol) em diclorometano, e adicionar [4- (3-clorofenoxi) piridin-2-il] metanamina (C-tampão) juntamente com S - benzotriazole- N, N, N &#39;, N&#39; tetrametilurónio (HBTU; 16,7 mg, 0,02 mmol) e N, N-di-isopropiletilamina (DIPEA, 6,5 mg, 0,02 mmol). </li><li> Agita-se e controlar a reacção à temperatura ambiente até que a TLC / HPLC indica o consumo completo do material de partida. Após a conclusão da reacção, concentra-se a mistura de reacção em bruto utilizando um evaporador rotativo e, em seguida, distribui-se entre acetato de etilo e água. </li><li> Separa-se a camada orgânica e aquosa; lava-se a camada orgânica com NaOH 1 N, HCl 1 N, e salmoura. Seca-se a camada orgânica com cerca de 1 g de sulfato de sódio e concentra-se o produto no evaporador rotativo. Finally tratar o produto S / N com a mistura de clivagem (95: 2,5: 2,5 de ácido trif luoroacético / H 2 O / TIPS) para desprotecção. </li><li> Tritura-se o produto resultante com éter dietílico frio e, se necessário, concentrado em evaporador rotativo até à secura completa, a fim de remover todo o solvente. Além disso secar o produto sob vácuo para remover todos os solventes residuais. </li></ol></li><li> Purificação e caracterização de flips <ol><li> Purificar vira bruto usando métodos preparativos semi HPLC de fase inversa. Liofilizar os flips purificadas e caracterizar a sua massa molecular utilizando espectrometria de massa 2,14. </li><li> Determinar a pureza analítica dos flips-se por HPLC com um detector de foto-díodos e está equipado com um (2) C18 100 A, 250 x 4,6 mm, 5? M. Usar um método de gradiente a partir de 95% de H 2 O (0,1% de ácido trifluoroacético) / 5% de acetonitrilo (0,1% de ácido trif luoroacético) e 35% H 2 O (0,1% de ido trifluoroacico) / acetonitrilo a 65% (0,1% trifluoroaceácido tic) ao longo de 30 min e segure o gradiente de 4 min. Extrato cromatogramas em 226 e 254 nm. </li></ol></li></ol> 4. Polarização de Fluorescência Encadernação ensaio para a determinação do competidor Encadernação 2,14 <ol start="1"><li> Realizar o ensaio em placas utilizando o seguinte procedimento de negro de 384 poços (138 ul). </li><li> Diluir as amostras, péptidos marcador (4 nM), e os complexos de cinase (CDK2 / ciclina A - 18 ug / ml, CDK4 / ciclina D - 37 ug / ml) para se necessárias concentrações em tampão de ensaio (HEPES 25 mM, pH 7, 10 mM de NaCl, 0,01% de Nonidet P-40, 1 mM de ditiotreitol (DTT). </li><li> Para cada uma das cavidades da placa de 384 poços, adicionar: 5 ul de CDK4D1 ou CDK2CA (0,3 ug / poço purificada complexo recombinante humano da quinase), solução de composto de 5 ul, 5 ul de 30 nM de péptido marcador (fluoresceinyl-Ahx-Pro-Val -Lys-Arg-Arg-Leu- (3ClPhe) -Gly ou fluoresceinyl-Ahx-Pro-Val-Lys-Arg-Arg-Leu-Phe-Gly péptido marcador). Use 5 ul de cada DMSO (6%), da-manhãR, traçador e 5 ul de DMSO (6%), complexo de quinase, como poços de controlo traçador </li><li> Após a adição de todos os componentes, centrifugar a placa a 500 rpm durante 1 minuto (41,16 x g) à TA e depois incubar a placa com agitação durante 45 min à TA. Utilizando um leitor de placa multimodo e equipado com detector de 485 nm / 535 nm de excitação / emissão e uma filtros espelho dicróico leitura da intensidade de fluoresceina de cada poço na placa. </li><li> Calcula-se a polarização média relativa (MP) para todas as amostras de ensaio, utilizando a equação que mostra abaixo. Determine os valores de IC50 por regressão logarítmica, correlacionando mps relativos e testando concentrações. </li></ol><img alt="Equação 1" src="/files/ftp_upload/52441/52441eq1.jpg" />

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<li>Cannon, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pharmaceutics+and+drug+delivery+aspects+of+heme+and+porphyrin+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Pharm+Sci%22%5BJournal%5D)">Pharmaceutics and drug delivery aspects of heme and porphyrin therapy.</a> J Pharm Sci. 82, 435-446 (1993).</li>
</ol>

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

O direcionamento das interações proteína-proteína (PPI) na descoberta de medicamentos é altamente desafiador, pois normalmente envolvem uma grande interface de contato rasa composta por contatos numerosos e difusos19. Além disso, os compostos peptídicos que inibem os IBPs passíveis de descoberta de medicamentos são problemáticos devido à sua maior massa molecular, instabilidade metabólica e baixa biodisponibilidade20. As estratégias atuais que têm sido aplicadas para o desenvolvimento de inibidores ...

Neste artigo, um estudo de caso de aplicação do REPLACE (substituição por alternativas ligando parciais utilizando computacional enriquecimento) estratégia para converter inibidores peptídicos de interações proteína-proteína em mais moléculas farmacologicamente relevantes é descrito 1-3. Enquanto IBP representam uma fonte rica, mas ainda não devidamente explorado de alvos potenciais da droga, metodologias existentes são largamente insuficientes para fazer estes amplamente acessível. As estratégias atuais, incluindo fragmento baseado projeto 4, de alto throughput screening 5 e 6 peptídeos grampeados ter fornecido avanços, porém estes são, em muitos casos ineficaz. Como resultado, mais progresso e abordagens mais eficazes são necessárias. SUBSTITUIR foi completamente validado no desenvolvimento de inibidores de cinase que têm propriedades semelhantes a fármacos melhoradas e têm potencial para o desenvolvimento como agentes terapêuticos anti-tumorais. Esta estratégia é exemplificada para o desenvolvimento de inibidores não-ATP das célulasCDKs ciclo e envolve os seguintes: 1) a obtenção de informações estruturais 3D sobre as interações de HAKRRLIF / RRLIF com sulco de ligação da ciclina; 2) determinar os determinantes de ligação importantes para a interacção péptido; 3) truncamento do péptido N-terminal contendo um ou mais determinantes de ligação; 4) identificação computacional de alternativas potenciais de pequenas moléculas (ligandos alternativas parciais, Plas) para a parte truncada do péptido e que retêm as interacções chave do peptideo de origem; 5) síntese ou de fonte comercial de Plas previsto para se ligar avidamente com o sub local previamente ocupado pelo resíduo (s) péptido suprimido; 6) síntese de lança através de ligadura dos melhores PLAs ao péptido truncado utilizando síntese de fase sólida; 7) Os testes de flips em uma ligação in vitro ou ensaios funcionais (polarização de fluorescência no contexto / ciclina CDK) seguido por posterior caracterização de um ensaio de viabilidade celular. Uma representação esquemática de REPLACE strategY é mostrado na Figura 1. Neste artigo, iterações da estratégia de substituição são discutidos e a aplicação de CDK2 / ciclina A descrito em detalhe. CDKs são acreditados para ser directa ou indirectamente desreguladas na maioria dos tumores e, portanto, são consideradas alvos de drogas cancerosas apropriado 7. CDKs requerem associação com cyclins para ativação completa e posteriormente fosforilam proteínas-chave envolvidas na regulação do ciclo celular 8. Os dois grandes grupos de CDKs são os isotipos que controlam os pontos de verificação do ciclo celular [G1 / S (CDK4 / ciclina D, CDK6 / ciclina D e CDK4 / ciclina E), fase S (CDK2 / ciclina A) e G2 / M (CDK1 / ciclina B)] e os reguladores de RNA polimerase através de fosforilação (CDK7 / ciclina H, CDK8 / ciclina C, CDK9 / ciclina T). Um passo fundamental na progressão da fase S ocorre quando o factor de transcrição E2F1 forma um complexo com a proteína DP, que, em seguida, liga-se ao ADN e inicia a transcrição do gene. CDK2 / ciclina A é necessária para neutralizar E2F1 transcricionalactividade através da fosforilação conduzindo assim à libertação do complexo de E2F1-DP e sua subsequente degradação. A inibição de CDK2 / ciclina A é acreditado para manter E2F1 no seu estado ligado ADN conduzindo à activação persistente. O nível resultante de E2F-1 atividade irá superar o limiar necessário para induzir a apoptose independente de p53, portanto, sugerindo uma estratégia terapêutica. Devido à p53 desregulado e vias pRb, níveis elevados de E2F-1 que ocorrem frequentemente em células de cancro e inibição de CDK2 / ciclina A deve conduzir à apoptose selectiva em tumores e pode ser considerada como um alvo cancro validado 7. Clinicamente inibidores de CDK investigados alvo o sítio de ligação ATP altamente conservada levando a atravessar reatividade entre os mais de 500 proteínas cinases na kinome humano e potencialmente dar origem a efeitos colaterais e toxicidade 9. Uma abordagem alternativa é-ATP não inibição competitiva, visando o recrutamento de substrato através da CBGpresente na subunidade reguladora positiva ciclina e que é, portanto, distinta e distante da ATP site de 10,11 vinculativo. O CBG é principalmente uma ranhura hidrófobo presente na ciclina A, ciclina D e ciclina E e foi mostrado para reconhecer uma sequência de consenso encontradas em substratos e supressores tumorais. Como um péptido isolado, a ligação da ciclina motivo (CBM) se liga ao CBG e tem sido demonstrado que inibem a actividade da cinase das CDKs do ciclo celular. O CBM foi optimizado para um octapéptido (HAKRRLIF, CDK2 / ciclina A IC50 de 0,07 ± 0,02 ^ M, CDK4 / ciclina D, IC50 0,88 ± 0,34 uM) e, além disso, truncada para um pentapéptido que representa um bom compromisso entre o peso molecular para a droga semelhança e a potência (RRLIF, CDK2 / ciclina A IC 50 1,01 ± 0,17 ^ M, CDK4 / ciclina D, IC 50 25,12 ± 2,97 uM) 12,13. Os CBGS consistem em um grande primária e secundária bolsa hidrofóbica menores que são colmatadas por um ACIDIc região (inclui Glu220, Glu224 e Asp283). Os principais determinantes de ligação de HAKRRLIF incluem a interacção de Ala2 com bolsa hidrofóbica secundário, de emparelhamento de iões de hidrogénio e ligações de Lys3, Arg Arg5 4 e com a região acídica e um elevado grau de complementaridade das Leu6 e Phe8 com o local primário lipofílico. Além disso, numerosas ligações de hidrogénio são contribuídos a partir do esqueleto do péptido enquanto Ile7 actua como um resíduo espaçador que permite um contacto óptimo com o bolso primário. O modo de ligação e interacções de HAKRRLIF com CBG é mostrado na Figura 2. A segmentação da interacção proteína-proteína CBM / CBG irá inibir a actividade da quinase de CDK2 / ciclina A, a CDK2 / ciclina E e CDK4 / ciclina D e esta deve desencadear apoptose mediada E2F1 de células cancerosas enquanto as células normais que não afectam 7. Embora CBM péptidos derivados são inibidores eficazes de CDKs do ciclo celular, é improvável que sejam úteis como fármacos, devido à sua metabólicainstabilidade e falta geral de permeabilidade celular. Para este fim, temos aplicado a estratégia REPLACE, a fim de converter esses inibidores peptídicos potentes em mais compostos droga-como para a prossecução do desenvolvimento de terapias anti-tumorais que exploram E2F1 desregulamentado por meio de CDK2 / ciclina A inibição. O protocolo a seguir resume o trabalho que foi concluído na aplicação do REPLACE para a ranhura de ciclina. No primeiro exemplo, foram identificados grupo terminal substituições semelhantes a fármacos para o tetrapéptido N-terminal de HAKRRLIF. Além disso melhorias nestes grupos foram investigados em um estudo de validação adicional para REPLACE. Também são apresentados os resultados obtidos nestes estudos representativos.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Computational Chemistry</td></tr><tr><td>Accelyrs Discovery studio 3.0</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dell Optiplex Workstations</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Synthetic Organic Chemistry</td></tr><tr><td colspan="4">Sílica gel (placas GF-254) para TLC, Biotage (Uppsala, Suécia) para cromatografia flash, Waters Alliance 2695 HPLC com um 2996 detector de arranjo de diodos e equipado com um C18 (2) 100 A, 250 x 4.6&nbsp; mm, 5&nbsp; &mu; m (Phenomenox Luna) para determinação da pureza, espectros de RMN 1H e RMN 13C foram registrados com um espectrômetro Varian Mercury 300 e 400, respectivamente. Os espectros de massa foram medidos com um Micromass QTOF (Tandem quadruple-1 time of flight mass spectrometer), ionização por eletrospray (ESI) e VG 70S (espectrômetro de massa de setor magnético de foco duplo, EI).</td></tr><tr><td colspan="4">Flourescence Polarization Assay</td></tr><tr><td>384 micro placas de poços, Micro pipetas</td><td>Grenier Bio-one</td><td>110256602</td><td></td></tr><tr><td>CDK4D1 e CDK2CA (complexo de quinase humana recombinante bem purificado)</td><td>BPS Bio Sciences</td><td>40094(CDK4/Cyclin D), 41101(CDK2/Cyclin A)</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">tampão de ensaio (25 nM HEPES pH 7, 10 mM NaCl, 0,01% Nonidet P-40, 1&nbsp; mM ditiotreiol (DTT))</td></tr><tr><td>25 nM HEPES</td><td>CALBIOCHEM</td><td></td><td></td></tr> 375368 <tr><td>NaCl</td><td>Fisher</td><td>127838</td><td></td></tr><tr><td>Nonidet P-40</td><td>US Biological</td><td>N3500</td><td></td></tr><tr><td>DTT</td><td>Aldrich-70</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>&#176; C freezer</td><td>Revco (Ultima II)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DTX880 detector multimodo equipado com 485&nbsp; nm/535&nbsp; nm filtros de excitação/emissão e um espelho dicróico adequado para fluoresceína</td><td>Beckman Coulter, Brea, CA</td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Cell Culture</td></tr><tr><td>96 placas de poços</td><td>Fisher</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Frozen estoques de linhas celulares U2OS (osteossarcoma) e DU145 (câncer de próstata)</td><td>Soro ATCC</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NU, mídia DMEM, tripsina, PEN/STRIP, reagente</td> <td>MTTFisher, Life technology, Alfa Aesar</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Heamocytometer</td><td>VWR-70</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>&#176; C freezer</td><td>Revco (Ultima II)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Incubadora</td><td>Thermo electron corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Centrífuga</td><td>Eppendorf</td><td>5804 R</td><td></td></tr><tr><td>Geladeira 4-8 &#176; C</td><td>Isotemp Detector multimodo Fisher</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DTX880 equipado com 595&nbsp; filtro nm</td><td>Beckman Coulter, Brea, CA</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

desenvolvimento de inibidores de interacções proteína-proteína através replace: aplicação para a concepção e desenvolvimento não-atp inibidores de cdk competitiva

Development of Inhibitors of Protein-protein Interactions through REPLACE: Application to the Design and Development Non-ATP Competitive CDK Inhibitors

SUBSTITUIR é uma estratégia única desenvolvidos para atingir mais eficazmente interacções proteína-proteína (IBP). Ele tem como objetivo ampliar o espaço disponível alvo da droga, proporcionando uma melhor metodologia para a identificação de inibidores de tais sítios de ligação e que representam a maioria dos alvos potenciais da droga. O principal objetivo deste artigo é fornecer uma visão metodológica do uso e aplicação da estratégia REPLACE que envolve abordagens de química computacional e sintéticas. Substituição é exemplificado através da sua aplicação para o desenvolvimento de quinases dependentes de ciclina competitivo não-ATP (CDK) inibidores como agentes terapêuticos anti-tumorais. CDKs são frequentemente desregulado no câncer e, portanto, são considerados como alvos importantes para o desenvolvimento de drogas. A inibição de CDK2 / ciclina A em fase S foi reportado para promover a apoptose selectiva de células cancerosas de uma maneira independente de p53 por meio da via E2F1. A segmentação da interacção proteína-proteína no bindin ciclinag ranhura (CBG) é uma abordagem que permita que a inibição específica do ciclo celular CDK através de transcrição. O CBG é reconhecido por uma sequência de consenso derivada a partir de substratos de CDK e proteínas supressoras de tumor denominado o motivo de ligação (CBM) ciclina. O CBM foi previamente optimizado para um octapéptido de p21WAF (HAKRRIF) e, em seguida, ainda mais truncada para um pentapéptido reter actividade suficiente (RRLIF). Peptídeos em geral não são célula permeável, são metabolicamente instável e, portanto, o REPLACE (substituição parcial com Ligand Alternativas através Computacional Enriquecimento) estratégia tem sido aplicada de forma a gerar mais inibidores de drogas-like. A estratégia começa com o desenho do fragmento ligado péptidos inibitórios (vira) que inibem selectivamente a ciclo celular complexos de CDK / ciclina. Inverte foram gerados por substituição de resíduos de iterativamente HAKRRLIF / RRLIF com fragmento como moléculas pequenas (capping), grupos a partir da extremidade N-terminal (Ncaps), seguido por substituição como C-terminal. Estes compostos são pontos de partida para a geração de inibidores de CDK não-competitivos do ATP como agentes terapêuticos anti-tumorais.

As interacções de HAKRRLIF com a ranhura de ciclina são mostrados na Figura 2. Os resíduos peptídicos, que representam os principais determinantes de ligação incluem Ala2, Arg4, Leu6 e Phe8 com outros resíduos proporcionando menores contribuições 12,13,18. Neste caso, o estudo SUBSTITUIR estratégia tem sido utilizado a fim de encontrar alternativas de fragmentos para os resíduos do tetrapéptido N-terminal de HAKRRLIF, mimetizando principalmente as interacções de Ala2 e Arg4. ...

Descrevemos a implementação da estratégia REPLACE para direcionar as interações proteína-proteína. REPLACE é uma estratégia iterativa envolvendo abordagens sintéticas e computacionais para a conversão de inibidores peptídicos otimizados em moléculas semelhantes a drogas.

Desenvolvimento de inibidores de interacções proteína-proteína através REPLACE: Aplicação para a concepção e desenvolvimento não-ATP inibidores de CDK Competitiva

REPLACE is a unique strategy developed to more effectively target protein-protein interactions (PPIs). It aims to expand available drug target space by ...

O objetivo geral da estratégia é gerar uma terapia eficaz semelhante a uma droga de molécula pequena por meio da conversão de um inibidor de peptídeo de uma interação proteína-proteína. Isso é obtido estabelecendo uma relação estrutura-atividade para a interação peptídica proteína desejada para entender quais partes podem ser efetivamente substituídas como uma segunda etapa. A química computacional é usada para identificar alternativas viáveis de fragmentos para os determinantes peptídicos conhecidos, que podem então ser usados para sintetizar uma biblioteca de híbridos de peptídeos fragmentados.Em seguida, uma biblioteca de híbridos é sintetizada entre esses fragmentos e o peptídeo truncado para gerar moléculas que podem ser testadas em um ensaio in vitro para identificar moléculas mais parecidas com drogas e que recapitulam a atividade do peptídeo nativo. Os resultados mostram que mais compostos semelhantes a medicamentos podem ser identificados usando a metodologia, e estes representam pontos de partida eficazes para a descoberta de medicamentos inibidores de interações proteína-proteína. Portanto, a principal vantagem dessa técnica em relação aos métodos existentes, como a triagem de alto rendimento, é que a tração da proteína é extremamente desafiadora do ponto de vista da descoberta de medicamentos, e os métodos convencionais não funcionam bem.A estratégia de substituição envolve a abordagem iterativa passo a passo e, portanto, pode levar mais tempo ou tem maior probabilidade de ser eficaz a longo prazo. Hoje vou demonstrar a maioria dos procedimentos com alguma ajuda de minha associada, Dra. Sandra Craig, que irá configurar algumas das reações e procedimentos. Comece este procedimento com a validação do protocolo de encaixe, seguido pela preparação do local de ligação do receptor e ligantes conforme descrito no protocolo de texto para encaixar os ligantes no sulco de ciclina.Primeiro, selecione a rotina de ajuste do ligante do protocolo de interações do ligante do receptor definido para o software, use o receptor e os ligantes preparados como entrada para este protocolo. Para essas execuções, selecione PLP um como a rede de energia. A rede de energia usada pelo programa de acoplamento é o campo de força para gerar interações do receptor de ligante e poses potenciais.Plp um é o potencial linear sábio da paz, que prioriza especificamente as interações de ligação de hidrogênio. Especifique que as poses sejam minimizadas em termos de energia e o número de poses geradas como 10. Deixe todos os outros parâmetros nos valores padrão na primeira instância.Exiba poses no programa visualizador e, em seguida, classifique por valores decrescentes da pontuação PLP one. Use funções de pontuação como plp, uma para estimar a afinidade de ligação de um ligante acoplado com base em uma pose de ligante candidato, geometria e interação não covalente com a estrutura do receptor alvo. Analise visualmente os 25% melhores das poses pontuadas para super impossibilidade com o grupo de limitação conhecido.Observe também se a pose atendeu aos filtros de interação, que são configurados para incluir restrições de átomos que requerem contatos intermoleculares conhecidos por serem críticos para a ligação e/ou são necessários para posicionar o grupo de cobertura potencial na geometria correta para a formação da ligação amida. Finalmente, examine as poses para complementaridade visual, que é definida como o preenchimento eficiente do bolso de encadernação de maneira consistente com a atividade da estrutura conhecida. Relações para síntese de grupos de capeamento final, usar todos os materiais de partida comerciais, solventes e reagentes e sintetizar por química orgânica sintética convencional.Realize cromatografia em camada delgada ou TLC em sílica gel para monitorar as reações, dissolvendo primeiro o material de partida e a mistura de reação na fase móvel. Em seguida, localize o material de partida dissolvido e a mistura de reação na placa TLC usando tubos capilares. Coloque a placa TLC na câmara que contém a fase móvel.Quando a fase móvel atingir 90% da placa TLC, remova e seque ao ar a placa. Use luz UV para detectar o material de partida e as misturas de reação como pontos visíveis. Em seguida, calcule o RF de cada ponto, que é a razão entre a distância percorrida pelo ponto e a fase móvel.Em seguida, coloque a mistura de reação em um funil de separação e lave-a com ácido aquoso ou solução de base, conforme apropriado. Recolha o solvente orgânico e evapore-o em um evaporador rotativo antes de secar. O produto bruto obtido sob vácuo dissolve 500 miligramas de produto bruto em três a cinco mililitros de solvente adequado e adicionado a uma amostra de sílica ou RP 18 antes de secar ao ar, coloca uma amostra contendo o produto bruto em sílica, cartuchos de pressão de fase reversa.Purifique o material bruto usando cromatografia flash automatizada de alta eficiência. Empregando uma coluna de 100 gramas com um gradiente. Execute mais de 15 volumes de coluna.Secar o produto purificado recolhido no solvente por cromatografia rápida utilizando um evaporador rotativo, evaporando todo o solvente até à secura. Em seguida, seque ainda mais o produto sob vácuo para remover todos os solventes residuais. Realizar a caracterização do produto purificado por NMR MS e HPLC analítico conforme descrito no protocolo de texto para sintetizar fragmento de capa terminal, peptídeos inibitórios ligados ou montagem de flips.Compostos pépticos terminados por meio de métodos padrão de síntese em fase sólida. Ative cinco equivalentes do aminoácido C terminal em 4,4 equivalentes de HBTU em dois mililitros de DIMETILFORMAMIDA ou DMF por cinco minutos. Carregue a mistura em resina de pista usando seis equivalentes de diisopropiletilamina por uma hora em temperatura ambiente.Remova o grupo de proteção FM do resíduo do terminal C usando 20% INE em três mililitros de DMF por 10 minutos. Junte os aminoácidos subsequentes passo a passo em cada etapa. Junte cinco equivalentes do próximo aminoácido usando seis equivalentes de DI isopropil, etilamina e 4,4 equivalentes de HBTU em dois mililitros de DMF por uma hora.À temperatura ambiente, aplique ciclos de lavagem após o acoplamento de aminoácidos e as etapas de proteção FM D após a montagem do peptídeo. Agrupe grupos de capeamento de N usando seis equivalentes de DI isopropil, etilamina e 4,4 equivalentes de HBTU em dois mililitros de DMF por uma hora em temperatura ambiente após a conclusão da montagem do peptídeo. Trate a mistura de reação com dois mililitros da mistura de clivagem durante a noite para remover os grupos protetores da cadeia lateral e Cleve inverte do tritrato de resina o produto resultante com éter datil frio para precipitar e, se necessário, concentre em um evaporador rotativo filtre o sólido resultante e seque sob vácuo ou liofilize usando um liofilizante.Neste ponto, prossiga para o ensaio de ligação de polarização de fluorescência conforme descrito no protocolo de texto para determinação da ligação competitiva. A estrutura do modelo de H-A-K-R-R-L-I-F ligada à ranhura de ligação do ciclone é mostrada. O sulco de ciclismo consiste em duas bolsas hidrofóbicas, uma bolsa primária maior e uma bolsa secundária menor, que são preenchidas por resíduos ácidos representados em vermelho.Outras interações importantes incluem contatos de ligação de hidrogênio da estrutura do peptídeo e interações de emparelhamento iônico dos três resíduos básicos do peptídeo aqui, o modo de ligação de três cinco DCPTR é mostrado, exibido com interações de ligação de hidrogênio com átomos de cadeia lateral de triptofano dois 17 e glutamina 2 54 ancorados. Poses de três grupos representativos e de cobertura são mostradas com cada um desses compostos possuindo ligações de hidrogênio com os átomos de filtro de interação de triptofano dois 17 e glutamina 2 54. Conforme representado por linhas tracejadas verdes, o subsistente de erva-doce faz as interações da parede de Vander com a bolsa hidrofóbica secundária.Depois de assistir a este vídeo, você terá uma melhor compreensão de como executar e aplicar a estratégia de substituição, convertendo um inibidor de peptídeo conhecido em uma molécula mais parecida com uma droga, que inibe a tração de uma proteína e é um ponto de partida para o desenvolvimento terapêutico.

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Biology

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