$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Накопление фиброзной соединительной ткани в рамках естественного процесса заживления ран после повреждения тканей известно как фиброз. Однако, если отложение фиброзной ткани не прекращается и продолжается сверх того, что необходимо для восстановления тканей, то фиброз становится чрезмерным 1,2. Чрезмерный фиброз ухудшает физиологию и функцию органов и может привести к повреждению органов и потенциальной органной недостаточности 3,4,5. Двумя основными факторами фиброза являются белки внеклеточного матрикса (ВКМ): коллаген I типа и тип III6. Коллаген – это структурный белок, содержащийся в различных органах, который составляет примерно одну треть от общего содержания белка в организмечеловека1. Существует 28 различных типов коллагенов, идентифицированных с помощью секвенирования генома человека, и наиболее распространенными являются фибриллярные коллагены7. Первичным фибриллярным коллагеном является коллаген I типа, который обеспечивает ECM прочность на разрыв и устойчивость к деформации8. Коллаген III типа является структурным компонентом, который обеспечивает эластичность и колокализуется с коллагеном I типа. Он экспрессируется во время эмбриогенеза и естественным образом обнаруживается в небольших количествах в коже, мышцах и кровеносныхсосудах взрослого человека.
Синтез коллагена in vivo начинается с внутриклеточного процесса, в котором мРНК транскрибируется в ядре, а затем перемещается в цитоплазму, где транслируется. После трансляции образовавшаяся цепь подвергается посттрансляционной модификации в эндоплазматическом ретикулуме, где образуется проколлаген (предшественник коллагена). Затем про-коллаген перемещается в аппарат Гольджи для окончательной модификации перед тем, как быть выведенным во внеклеточное пространство10. Посредством протеолитического расщепления проколлаген трансформируется в тропоколлаген. Затем он сшивается либо через ферментативно-опосредованный путь сшивания, катализируемый ферментом лизилоксидазой (LOX), либо через неферментативно-опосредованный путь сшивания, включающий реакцию Майяра11. Протоколы in vitro по иммобилизации коллагена в основном полагаются на способность коллагена к самосбору. Коллаген извлекается из тканей на основе его растворимости, которая во многом зависит от степени сшивки отдельных коллагеновых фибрилл7. Фибриллярный коллаген растворяется в уксусной кислоте, и фибриллы могут восстанавливаться при регулировке рН и температуры12. In vitro фибриллогенез коллагена можно рассматривать как двухэтапный процесс7. Первая стадия — это фаза зародышеобразования, когда коллагеновые волокна образуют димеры и тримерные фибриллы, прежде чем они перестраиваются в тройную спиральную структуру. Вторая фаза – это фаза роста, когда фибриллы начинают расти латерально, что приводит к образованию характерной D-полосы, которая обычно наблюдается по измененияммутности7. Исследования атомно-силовой микроскопии (АСМ) также показали, что коллаген I и III типов имеет разные характеристики (Таблица 1).
Чтобы изучить связывающие взаимодействия между коллагеном и другими соединениями, коллаген необходимо воспроизводимо иммобилизовать в лунках микропланшетов. Существуют различные протоколы иммобилизации растворимого коллагена 14,15,16. Коммерчески доступные микропланшеты, которые предварительно покрыты коллагеном, обычно используются для культивирования клеток. Тем не менее, микропланшеты с предварительно покрытым покрытием имеют очень тонкий слой неизвестного количества коллагена, покрытый лунками, что делает их непригодными для анализов связывания in vitro. Существует несколько проблем при иммобилизации коллагена в лунках пластины. Одной из ключевых сложностей является выбор подходящего типа микропланшета, ведь разные виды коллагенов (например, I и III типа) имеют разные химические свойства и, следовательно, иммобилизуются более стабильно и эффективно в зависимости от материала микропланшета. Еще одной проблемой являются экспериментальные условия протокола иммобилизации, поскольку процесс фибриллогенеза зависит от множества факторов, включая температуру, pH, исходную концентрацию коллагена и ионную концентрацию буфера.
Для изучения взаимодействий между коллагеном (мишенью) и другими соединениями (т.е. пептидом-мишенью) также необходимо разработать надежный скрининговый анализ для исследования специфичности и селективности соединения по отношению к мишени путем измерения константы диссоциации, Kd. Положение равновесия образования бимолекулярного комплекса между белком (коллагеном) и лигандом выражается в терминах ассоциативной константы Ka, величина которой пропорциональна аффинности связывания. Тем не менее, чаще всего биохимики выражают аффинные отношения в терминах равновесной константы диссоциации Kd бимолекулярного комплекса, которая определяется как Kd = 1/Ka (Kd и является обратной Ka). Чем ниже значение Kd, тем сильнее прочность связи между белком и лигандом. Преимущество использования Kd для сравнения аффинности связывания различных лигандов к одному и тому же белку (и наоборот) связано с тем, что единицами Kd для бимолекулярного комплекса являются моль/л (т.е. единица концентрации). В большинстве экспериментальных условий значение Kd соответствует концентрации лиганда, что приводит к 50% насыщению имеющихся сайтов связывания на мишени в равновесии17,18. Константу диссоциации обычно извлекают путем анализа фракционной занятости рецептора (FO), которая определяется как отношение между занятыми сайтами связывания и общим количеством доступных сайтов связывания в зависимости от концентрации лиганда. Это может быть сделано при условии наличия аналитического анализа, способного различить и измерить количество связанного лиганда.
Анализ связывания лиганда in vitro может быть выполнен с использованием различных биоаналитических методов, включая оптическую фотометрию, методы радиолиганда, масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) и поверхностный плазмонный резонанс (SPR). Среди фотометрических методов, основанных на флуоресцентном излучении, обычно требуется мечение лигандов или белков флуорофорами для повышения чувствительности и улучшения предела обнаружения в анализе. Хелаты некоторых ионов лантаноида(III), таких как Eu(III), очень привлекательны в качестве флуорофоров, поскольку они имеют большие сдвиги Стокса, узкие полосы излучения (обеспечивающие хорошее соотношение сигнал/шум), ограниченное фотообесцвечивание и длительный срок службы излучения. Важно отметить, что последнее свойство позволяет использовать флуоресценцию с временным разрешением (TRF) из флуорофоров Eu(III) для отмены фоновой автофлуоресценции19. В версии TRF-анализа на основе Eu(III) с помощью флуоресцентного иммуноферментного анализа (DELFIA) с использованием диссоциативных лантаноидов лиганды, меченные нелюминесцентным хелатом Eu(III), инкубируются с иммобилизованным рецептором на микропланшетах. Меченый комплекс лиганд/рецептор отделяют от несвязанного лиганда, и флуоресценцию Eu(III) активируют диссоциацией комплекса Eu(III) при кислом pH, с последующим повторным комплексообразованием с помощью хелатора, усиливающего флуоресценцию, с образованием встроенного в мицеллы высокофлуоресцентного комплекса Eu(III)20.
Стадия декомплексации может быть разумно достигнута с помощью хелататоров, таких как диэтилентриамина пентаацетат (DTPA), которые демонстрируют быструю кинетику декомплексации. Тем не менее, комплексы Eu(III) с некоторыми макроциклическими хелаторами, такими как DOTA (1,4,7,10-тетраазациклододекан1,4,7,10-тетрауксусная кислота) и его производные моноамида (DO3AAm), демонстрируют высокую термодинамическую стабильность и очень высокую кинетическую инертность. В этом случае этапы декомплексообразования должны быть точно оптимизированы для достижения достаточной и воспроизводимой активации TRF21 на основе Eu(III). Стоит отметить, что комплексы лантаноидов (Ln(III))-DOTA и Ln(III)-DO3AAm чаще всего используются в качестве контрастных веществ для молекулярной визуализации in vivo с помощью методов магнитно-резонансной томографии (МРТ)22. Таким образом, TRF-анализ на основе Ln(III) является предпочтительным инструментом для изучения in vitro аффинности связывания молекулярных зондов МРТ с их предполагаемыми биологическими мишенями. В настоящее время отсутствуют всеобъемлющие и воспроизводимые протоколы иммобилизации коллагена I и III типа, а также воспроизводимый конвейер для проведения экспериментов in vitro по связыванию Eu(III) TRF. Для преодоления этих ограничений были разработаны воспроизводимые методы самосборки и иммобилизации коллагена I и III типа и получения стабильных гелей и пленок соответственно с достаточной концентрацией коллагена, необходимой для анализов in vitro . Представлен оптимизированный протокол для Eu(III) TRF высокоинертных комплексов на основе Eu(III)-DO3Aam. Наконец, продемонстрирован оптимизированный in vitro анализ Eu(III) TRF на микропланшетах для измерения Kd меченых Eu(III) лигандов по отношению к иммобилизованному коллагену I и III типа (рис. 1).