Рецепторы, активируемые протеазой (PAR)1,2,3 представляют собой подсемейство рецепторов, сопряженных с белком G класса А (GPCR), которые экспрессируются в различных типах клеток, включая тромбоциты и эндотелиальные клетки 4,5,6,7. В отличие от большинства GPCR, PAR обладают уникальным внутримолекулярным режимом активации. Большинство GPCR активируются растворимыми лигандами, взаимодействующими с отчетливым связывающим карманом, но PARs активируются протеолитическим расщеплением N-конца, что приводит к образованию нового связанного лиганда, который может взаимодействовать с доменом внеклеточной петли 2 на поверхности клетки 6,8,9. Это взаимодействие активирует рецептор и может инициировать несколько сигнальных путей, способствуя таким эффектам, как воспаление и активация тромбоцитов 4,10,11,12. Различные протеазы могут активировать PARs путем расщепления в уникальных участках на N-конце, выявляя различные привязанные лиганды (TL), которые стабилизируют конформации рецепторов, инициирующие различные сигнальные пути 9,13,14,15. Например, у наиболее хорошо изученного члена подсемейства, PAR1, расщепление тромбином используется для поддержки многочисленных биологических процессов, включая активацию тромбоцитов и рекрутирование лейкоцитов в эндотелий, но может приводить к вредным эффектам при гиперэкспрессии или гиперактивации рецептора 4,16,17,18,19,20,21 . И наоборот, расщепление активированным протеином С (aPC) может способствовать противовоспалительному эффекту и поддержанию эндотелиальных барьеров 15,22,23,24,25,26,27,28,29. PARs также могут быть активированы пептидными аналогами TLs межмолекулярным образом 13,30,31. Эти пептиды обычно используются для измерения ингибирования (модуляции) PAR вместо протеаз, нацеленных на PAR, и они используются в данном протоколе.
С патологической передачей сигналов PAR1 связаны многочисленные расстройства, в том числе сепсис22,32, сердечно-сосудистые заболевания 33,34,35,36,37,38, заболевания почек 39,40,41,42, серповидноклеточная анемия 43, фиброз44, остеопороз и остеоартрит45,46, нейродегенерация 47,48,49,50,51 и рак 52,53,54,55,56,57,58,59. Антагонисты PAR1 изучаются с 1990-х годов в качестве антитромбоцитарных препаратов для лечения сердечно-сосудистых заболеваний, и растущий список заболеваний, связанных с рецептором, требует идентификации новых лигандов для использования в качестве биологических зондов (инструментальных соединений) или в качестве потенциальных терапевтических средств. В настоящее время существует только один одобренный FDA антагонист PAR1, ворапаксар, который используется для лечения ишемической болезни сердца у пациентов с высоким риском 34,36,37,60. Альтернативный антагонист PAR1, пепдуцин PZ-128, завершил успешное исследование II фазы по предотвращению тромбозау пациентов с катетеризацией сердца. Группа Докендорфа сосредоточилась на медицинской химии и фармакологии отдельного класса малых молекул, лигандов PAR1, известных как пармодулины61,62. В отличие от зарегистрированных антагонистов PAR1, таких как ворапаксар, пармодулины являются аллостерическими, смещенными модуляторами PAR1, которые избирательно блокируют путь Gαq, способствуя цитопротекторным эффектам, подобным aPC. В отличие от мощных ортостерических антагонистов PAR1, таких как ворапаксар, опубликованные пармодулины также являются обратимыми 63,64,65.
Первоначально пармодулины были идентифицированы Флауменхафтом и его коллегами по их способности ингибировать экспрессию Р-селектина или секрецию гранул в тромбоцитах61,66. Тем не менее, потребовался альтернативный метод для изучения влияния пармодулинов на эндотелиальные клетки. Одним из распространенных методов мониторинга сигнализации, связанной с GPCR, является измерение внутриклеточной мобилизацииCa2+, важного вторичного посредника, который может быть измерен с помощью подходящего внутриклеточного кальцийсвязывающего красителя67,68. Были предоставлены существенные доказательства, показывающие, что мобилизация кальция, индуцированная PAR1, происходит за счет активации Gαq 69,70. После активации привязанным лигандом (или подходящим экзогенным лигандом) PAR1 претерпевает конформационное изменение, в результате которого гуанозиндифосфат (GDP), связанный с субъединицей Gαq, заменяется гуанозинтрифосфатом (ГТФ)68. Затем субъединица Gαq активирует фосфолипазу Cβ (PLC-β), которая катализирует гидролиз фосфатидилинозитол 4,5 бисфосфата (PIP2), образуя 1,4,5-инозитолтрифосфат (IP3) и диацилглицерин (DAG). Наконец, IP3 связывается с IP3-чувствительными каналамиCa2+ в мембране эндоплазматического ретикулума, позволяя Ca2+ высвобождаться в цитоплазму, где он может связываться с Ca2+-зависимыми флуоресцентными красителями, такими как Fluo-4, которые добавляются к клеткам71. Этот процесс происходит в течение нескольких секунд и может увеличить концентрацию Ca2+ в 100 раз, что приводит к резкому изменению количества связанного с кальцием красителя и сильного флуоресцентного сигнала.
В 2018 году группа Докендорфа раскрыла анализ мобилизации Ca2+ со средней пропускной способностью, который может быть использован для идентификации антагонистов пути Gαq PAR172. В анализе использовалась EA.hy92673, гибридная линия эндотелиальных клеток человека, которая может быть использована для множественных пассажей без заметного изменения экспрессии PAR1 и предназначена для измерений цитопротекторных эффектов in vitro .
В оригинальном протоколе использовались ячейки EA.hy926 в 96-луночных планшетах и с добавлением красителя Fluo-4/AM, который был выбран из-за его интенсивной флуоресценции на длине волны 488 нм и высокой проницаемости клеток. После загрузки красителя в ячейки выполнялись длительные этапы промывки с помощью автоматизированного 8-канального обработчика жидкости (более быстрые методы обработки жидкости, такие как 96-канальная промывка, были недоступны). Воспроизводимость этого анализа была лучше, чем без тщательной автоматизированной смены среды. Затем антагонисты инкубировали с клетками, PAR1 активировали путем последовательного добавления селективного агониста (16 лунок за раз), а для определения активности измеряли изменения флуоресценции, возникающие в результате мобилизации кальция и связывания красителя.
Хотя этот протокол позволяет измерить PAR1-опосредованную мобилизацию кальция, он ограничен временем, необходимым для анализа каждого 96-луночного планшета. Длительное время экспериментов проблематично не только потому, что количество соединений, которые можно проверять каждый день, ограничено, но и потому, что отток красителя происходит с течением времени, сужая окно анализа за счет увеличения базальной флуоресценции. Одним из факторов, способствующих длительному времени эксперимента, является использование 8-канального манипулятора жидкости для мытья тарелок, что добавляет более 30 минут к каждому эксперименту. Необходимые чаевые также стало трудно получить из-за проблем с цепочкой поставок. Здесь представлен обновленный протокол PAR-опосредованного анализа мобилизации кальция, который не требует работы с жидкостью и, следовательно, может выполняться с более высокой пропускной способностью. Этот протокол также должен быть пригоден для измерения передачи сигналов с другими GPCR, которые приводят к внутриклеточной мобилизации кальция. Этот обновленный протокол считывания планшетов идеально подходит для академических и небольших промышленных лабораторий, которые не располагают ресурсами для дорогостоящих приборов для визуализации клеток, но нуждаются в быстром скрининге многочисленных соединений. Пример анализа мобилизации кальция с использованием планшетного тепловизора см. Caers et al.74.