Summary
HCNチャネルとそれらの補助サブユニット間の相互作用は、大うつ病性障害における治療標的として同定されています。ここで、このタンパク質 - タンパク質相互作用の小分子阻害剤を同定するための蛍光偏光ベースの方法が提供されます。
Abstract
過分極活性化環状ヌクレオチド依存性（HCN）チャネルは、それらが神経細胞の興奮性を調節するように機能脳全体に遍在的に発現されています。海馬領域CA1の錐体神経細胞におけるこれらのチャネルの細胞内分布は、テトラトリコペプチドリピート含有Rab8b相互作用タンパク質（TRIP8b）、補助サブユニットによって制御されています。 HCNの遺伝子ノックアウトは、両方がHCNチャネルの機能を制限することが大うつ病性障害（MDD）の治療薬として有用であり得ることを示唆し、抗うつ様行動の増加につながる、形成サブユニットまたはTRIP8b細孔。有意な治療上の関心にもかかわらず、HCNチャンネルはまた、リズムを調節する心臓において発現されます。心臓HCNチャネルを遮断することに関連したオフターゲットの問題を回避するために、私たちの研究室は最近、特に脳内のHCNチャネルの機能を破壊するために、HCNとTRIP8b間のタンパク質 - タンパク質相互作用を標的と提案しています。ここでの焦点はTRIP8bのテトラトリコペプチド反復（TPR）ドメインおよびHCN1のC末端尾部との間の相互作用にあるもののTRIP8bは、二つの異なる相互作用部位でのサブユニットを形成するHCN孔に結合します。このプロトコルでは、TRIP8bを精製し、HCNとTRIP8bとの間の相互作用の小分子阻害剤を同定するためのハイスループットスクリーニングを実行するための方法の拡大説明は、記載されています。ハイスループットスクリーニングのための方法は、蛍光偏光（FP）は、HCN1 C末端尾部に対応するフルオロフォアタグ11アミノ酸ペプチドに大きなTRIP8bフラグメントの結合をモニターするためのアッセイをベース利用します。この方法は可能に「ヒット」化合物は、放射された光の偏光の変化に基づいて同定することができます。検証アッセイは、その後、「ヒット」化合物は、人為的でないことを確認するために行われています。
Introduction
過分極活性化環状ヌクレオチド依存性（HCN）チャネルは、それらが膜興奮1の調節において重要な役割を果たし、心臓および中枢神経系で発現されます。 HCNチャネルは、薬理学的にHCNチャネル機能を制限することがMDD 3のための新規治療法として有効であることを提案するいくつかのグループをリードしてきた大うつ病性障害（MDD）2、の病因に関与しています。しかし、直接HCNチャネルを標的とするため、心臓の活動電位4におけるそれらの重要な役割で実行可能でありません。イバブラジン、唯一のFDAは、HCNチャネル拮抗薬を承認し、徐脈効果5を生成する心不全の治療のために使用されます。このように、中枢神経系でのみHCNチャネル機能を制限する薬理学的薬剤の必要性があります。
テトラトリコペプチドリピート含有Rab8b相互作用タンパク質（TRIP8b）脳特異ですHCNチャネル6,7の表面発現と局在を制御するHCNチャネルのFIC補助サブユニット。 TRIP8bの遺伝子ノックアウトは、心臓8におけるHCNの発現に影響を与えることなく、脳のHCNチャネル7の減少を引き起こします。興味深いことに、TRIP8bノックアウトマウスは、強制水泳タスクと尾懸垂タスク7、抗うつ効果9-11のための2つの一般的に使用されるスクリーニング検査に少ない時間の不動を費やしています。これらの結果は直接、HCNチャネル機能の小分子アンタゴニストとHCNチャネルを標的とする抗うつ様行動を生成するのに十分であり得るTRIP8bとHCNとの間の相互作用を破壊するのではなく、それを示唆しています。
TRIP8bは、2つの異なる結合部位でHCNに結合します。 HCNの環状ヌクレオチド結合ドメイン（CNBD）はTRIP8b 12,13のTPRドメインにTRIP8b位置するN末端の保存されたドメインと相互作用します。このに関与しているCNBDの残基が、相互作用が関与しているTRIP8bの領域は、80アミノ酸の断片13を越えて絞られていない、14にマッピングされています。第二の相互作用がTRIP8bのテトラトリコペプチド反復（TPR）ドメインおよびHCNのC末端トリペプチド（HCN1、HCN2、およびHCN4の「SNL」が、HCN3の「ANM '）3,12との間で発生します。このCテール相互作用の最近解明結晶構造15は、5（PEX5）peroxin、ペルオキシソーム輸入受容体との間の相互作用に実質的な構造類似性を明らかにし、その1型ペルオキシソームターゲティング配列（PTS1）16を含む、相互作用パートナー。
両方の相互作用部位は、HCNチャネル機能のために必要とされるが、TRIP8bのTPRドメインおよびHCN1のC末端トリペプチドとの間の相互作用が支配的な結合部位として機能し、HCNの表面発現を調節します。従って、この相互作用は、この研究における標的部位として選択しました。参照がTRIP8bとHCNとの間の相互作用に言及するとき、原稿の残りの部分については、それが参照されているこの相互作用です。この相互作用は、HCN（残基TRIP8bの1A-4アイソフォームの241から602）3のC末端尾部を結合するために必要TPRドメインを含むその保存C末端に対応するTRIP8bの高度に可溶性断片によって再現されます。
この相互作用を破壊することができる小分子を同定するためのハイスループットスクリーニングを開発するために、蛍光偏光（FP）は、アッセイは17を用いたベース。蛍光偏光は、偏光を有するフルオロフォアタグ化リガンドの励起に基づいて、放出された蛍光18の偏光度を測定しています。結合パートナーの存在下では、蛍光リガンドの回転運動が拘束され、偏光19を出射します。結合パートナーTの非存在下で彼は、リガンドの回転運動は、脱分極光の放出をもたらします。
囲まれたプロトコルでは、ニッケル - ニトリロ三酢酸（のNi-NTA）ビーズを用いたN末端タグ（の6xHis）TRIP8bの精製（241から602）のための方法が提供されます。同様のプロトコルは、プロトコルのステップ7で使用されるグルタチオン-S-トランスフェラーゼ（GST） -タグC HCN1の末端40アミノ酸（HCN1のC40）を精製するために使用されました。スペースの考慮事項については、その手順の詳細な説明は省略されました。
プロトコルの7〜ステップ2において、ハイスループットスクリーニングワークフロー（ 図1参照）が提示されます。タンパク質-タンパク質相互作用は、ハイスループットスクリーニングのために難しいことで知らターゲットであり、読者は、トピック20に追加のリソースを模索することをお勧めします。
手順のステップ2と3、精製TRIP8b（241から602）のin vitroでの親和性を特徴付けるには、FOを構築しますRAフルオレセインイソチオシアネート（FITC）HCN1（HCN1 FITC）のC末端尾部に対応する11アミノ酸ペプチドをタグ付き。 TRIP8b-HCN複合体15の結晶構造に基づいて、この11アミノ酸セグメントはTRIP8b（241から602）との結合生成するのに十分です。ステップ2において、相互作用のK dは 、HCN1 FITCの一定濃度にTRIP8b（241から602）を滴定することによって測定されます。ステップ3では、ステップ2で使用したHCNペプチドの非標識バージョンは、FITCタグが結合を妨害するかどうかを調べるために、両方のTRIP8b（241から602）とHCN1 FITCの一定濃度に滴定します。これらの実験は、ハイスループットスクリーニングに使用TRIP8b（241から602）とHCN1 FITCの適切な濃度を選択するには不可欠です。
ハイスループットスクリーニングの前提はTRIP8b（241から602）とHCN1 FITCとの間の相互作用を破壊することができる小分子が12月に生産することです偏光でrease。ステップ4において、アッセイのZ因子は、アッセイは、ハイスループットスクリーニング（ステップ5）のために適切であることを保証するためにTRIP8b（241から602）とHCN1 FITCの所与の濃度について21を算出します。ステップ6および7は、一次ハイスループットスクリーニングで同定されたヒットはTRIP8b（241から602）とHCN1 FITCの間ではなく非特異的な機構を介して相互作用を破壊することにより作用していることを確認する検証アッセイです。ステップ6において、カルボキシ（TAMRA）は（HCN1 TAMRA）HCN1ペプチドを標識FITCタグを用いてFPアッセイを損なう蛍光化合物をフィルタリングするためにそうでなければ同一の蛍光偏光アッセイで使用されています。ステップ7は、より大きなHCN1 C末端断片（HCN1 C40）を利用し、タンパク質相互作用によって相互に近づけたアクセプタービーズへのドナービーズから一重項酸素の「トンネル」に基づいているビーズに基づく近接アッセイを採用します22。
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Protocol
1. TRIP8bの精製（241から602）タンパク質
- コンピテントE.に細菌タンパク質発現ベクターpGS21 3にTRIP8b（241から602）を含むプラスミドをトランスフォーム製造業者の指示に従って、タンパク質発現のための大腸菌 。プレートルリアブロス（LB）上での培養の300μlをクロラムフェニコールおよびアンピシリン5μg/ mlの-agar。 16時間、37℃でプレートをインキュベートします。
- 翌日、クロラムフェニコールおよびアンピシリンを50μg/ mlの50ミリリットルのLBを接種するために、単一のコロニーを選択します。 （振盪しながら）16時間37℃で培養物をインキュベートします。
- アンピシリンを50μg/ mlのLBの1リットルに50 mlの培養液を追加します。振盪しながら37℃でインキュベートします。
- 培養物が0.8〜1.2のOD 600読み取りに到達した後、18℃のインキュベーターの温度を変更し、1mMの最終濃度までIPTG（イソプロピル-β-D-チオガラクトシド）を加えます。タンパク質の発現は、16時間進行させます。
- E.をスピンダウン細菌をペレット化するために4℃で15分間、6000×gで大腸菌 。遠心機からチューブを除去した後、手順の残りのために氷の上の細菌を保ちます。フェニルメタンスルホニルフルオリドの0.25 mMの（PMSF）との緩衝液Aの36ミリリットルに細菌を再懸濁します。
- ハイパワーで30秒「オフ」「オン」30秒の間で交互に、5〜10分間フラットボルトを使用して、氷上で再懸濁した細菌を超音波処理します。
- 4℃で15分間、12,000×gで遠心分離します。さらに15分間遠心上清はまだ明らかではない場合。
- 2ミリリットルのNi-NTAビーズのカラムに上清を適用します。緩やかに揺り動かしながら4℃で60分間インキュベートします。
- 非結合物質がカラムを通って流れ、緩衝液Aの500ミリリットルで洗浄することを許可します
- 緩衝液B 250mlでカラムを洗浄
- 緩衝液Aの125ミリリットルでカラムを洗浄5 mMイミダゾールを補いました。
- あちこちタンパク質を溶出20ミリリットル溶出緩衝液でカラムをメートル。
- 注射器を使用して - 透析カセット（10kDaの分子量カットオフ）に溶出したタンパク質を追加します。 4℃の冷リン酸緩衝生理食塩水（PBS）の4 Lで60分間、タンパク質を透析。
- 冷PBSの新しい4 Lのバケットに透析カセットを移動します。 4 O℃で16時間、タンパク質を透析
- 翌朝には、製造者の指示に従って、クーマシータンパク質アッセイキットを用いてタンパク質濃度を確認します。 40μM以下の濃度が観察された場合には、製造者の指示に従って、タンパク質濃縮器を用いてタンパク質を濃縮します。貯蔵のために-80℃で小分けし、凍結。
2.小規模蛍光偏光アッセイは、2つのタンパク質断片の相互作用を特徴づけるために、
- 40μMTRIP8b（241から602）の200μLを解凍し、1.5mlチューブに追加します。 11さらに1.5 mlチューブに100μlのPBSを追加します。
- 、シリーズの次のチューブに元の管からTRIP8b100μlの（241から602）を転送上下にピペッティングし、処理を繰り返すことにより、連続希釈液を実行します。これは、0.01から40μMの範囲TRIP8b（241から602）の2倍希釈の12ポイントのシリーズを生成します。
- 0.1μMHCN1 FITC（10μMの一定分量の6.5μl）を、PBS中2mMのジチオスレイトール（DTT）の650μlのマスターミックスを調製します。
注：マスターミックスは2倍です。 - 12新しい1.5 mlチューブを設定します。各チューブにHCN1 FITCを含むマスターミックス50μlのを追加し、12連続希釈液のそれぞれから50μlを添加します。
注：これは12のチューブ、各含む0.05μMHCN1 FITC、元の連続希釈からTRIP8b（241から602）の濃度の半分を生成します。 - 三重で、ウェルあたり30μlの、アッセイプレートに希釈系列を追加します。低結合ソリッドブラック384ウェルプレートを使用してください。
- プレートFをスピンまたは室温で900×gで2分。
- 製造者の指示に従って、マイクロプレートリーダーを用いてプレートをお読みください。以下の測定パラメータを使用して蛍光偏光を測定：485nm励起、530nmの発光、505nmのダイクロイックミラー、100ミリ秒の積分時間です。
- TRIP8b対数目盛上（241から602）対濃度分極（MP）の値をプロットします。ラベルされたHCN1ペプチドをTRIP8b（241から602）の親和性（K dを ）決定するために、ヒルの式にデータをフィット。
注：段階希釈を調製するために、マルチウェルプレートはまた、代わりに、チューブを使用することができます。
3.ポジティブコントロールを使用したタンパク質間相互作用を調べ
- 1.5mlチューブに標識されていないHCN1ペプチド（200μM）の200μlのを追加します。 11さらに1.5 mlチューブに100μlのPBSを追加します。第1の管へのペプチドの200μLを含むチューブから100μlのを転送することにより連続希釈液を行います100μlのPBSの。非標識HCN1ペプチドの2倍希釈で12チューブを生成するためのプロセスを繰り返します。
- 0.2μMHCN1 FITCと4μMTRIP8b（241から602）の650μlのマスターミックスを調製します。
注：これは、2倍のソリューションです。 - 12新しい1.5 mlチューブにマスターミックス50μlのを追加します。
- 1.5mlチューブに各連続希釈液50μlを加えます。
- ウェルあたり30μLを加え、三連で黒384ウェルマイクロタイタープレートをロードします。
- 室温で900×gで2分間プレートを遠心。
- FPが可能なマイクロプレートリーダーを用いてプレートをお読みください。ステップ2.7で説明したのと同じ設定を使用します。
- K D 1 = IC 50 /（1 + [L] / K D 2）、K d 1が未標識の親和性を表す。Cheng-Prusoff式を用いてTRIP8bための非標識ペプチド（241から602）の親和性を計算しますTRIP8b（241から602）、IC 50のためのペプチドは、前のステップで決定されますそして、標識リガンドを置換する非標識リガンドの能力を表し、[L]はステップ3.2での標識リガンドの濃度、およびK dの2が標識リガンドのためのTRIPb（241から602）の親和性です。
4.評価アッセイの性能（計算Zファクター）
- 2μMTRIP8b（241から602）、50 nMのHCN1 FITC、およびFPバッファー中で1 mMのDTTでFP緩衝液の12ミリリットルの溶液を作ることによって、マスターミックスを調製します。
注：これは、40μMTRIP8b（241から602）を60μl、10μMのHCN1 のFITCを60μl、およびFPバッファの1080μLを必要とします。 - 黒色384ウェルマイクロタイタープレートの各ウェルにマスターミックス30μlを添加します。
- ポジティブコントロールとして機能するように192ウェルに1 mMの未標識HCN1ペプチドの1μLを加えます。
- ネガティブコントロールとして機能するように192ウェルにFPバッファの1μLを加えます。
- 室温で900×gで2分間プレートを遠心。
- マイルを使用してプレートを読みますcroplateリーダー。
- σのposとσNEGは、正と負の対照ウェルの標準偏差である3 *（NEG-σσPOS）/（μNEG-μPOS） - Z = 1：以下の式を使用してアッセイのためのZ係数を計算、およびμとμPOS NEGは、正および負の対照ウェルの平均シグナルを表します。
5.ハイスループットスクリーニング
- TRIP8b（241から602）とHCN1 FITCのアリコートを解凍し、氷上で保管してください。
- FPバッファにTRIP8b（2μM）およびHCN1 FITC（50 nM）を10mlのを準備します。
- ピペットを用いて384ウェル黒色マイクロタイタープレートを結合低の各ウェルに混合物を25μl分注します。
- ライブラリースクリーニングのために、音響液体ハンドラーを使用して列の各ウェル3（それぞれ40μMの最終濃度）22に化合物を追加します。
注：これによりrelativelへこのアッセイで観察されたY低いヒット率は、二つの異なる化合物は、単一のウェルにプールしました。各アクティブウェルからの2つの化合物は、その後の活性を付与する識別するために、個別に試験しました。 - 陰性対照として、列1及び各プレート23の各ウェルにジメチルスルホキシド（DMSO）の100 NLを加えます。
- 陽性対照として、列2および各プレートの24の各ウェルに非標識HCN1ペプチドを追加します。
- 2時間室温でプレートをインキュベートします。プレートを読むか、読む前に16時間4℃でインキュベートします。
- プレートリーダーで蛍光偏光を測定します。ステップ2.7で説明したのと同じ設定を使用します。
- 100％として各プレートの平均ポジティブ及びネガティブコントロールを使用して信号を正規化することにより阻害パーセントを計算します。 X Nは信号Xに対応する正規化阻害パーセントである（X POS） - - X）/（X NEG（X NEG）、X posの方程式XN = 100％*を使用しますNEGは陰性対照ウェルからのシグナルです。
TAMRAタグ付きHCNペプチドを使用してヒット6.確認
- 検証は、TAMRA標識HCN1ペプチド（HCN1 TAMRA）を使用して、50％以上の阻害とヒット。
- 2μMTRIP8b（241から602）の12ミリリットルとFPバッファー中で50 nMのHCN1 TAMRAのマスターミックスを調製します。
- 黒色384ウェルマイクロタイタープレートの各ウェルにマスターミックス25μlずつ分注します。
- それぞれのウェルに各活性化合物の連続希釈液を転送します。それぞれの濃度は200μM、0.2μMから範囲を打つことを2倍希釈液は、そのようなことを確認します。
- 陰性対照反応では、各ウェルにDMSOの100 NLを転送します。陽性対照のために200μMから0.1μMの範囲の最終濃度で連続希釈した非標識HCN1ペプチドの100 NLを追加します。
- RTでプレートをインキュベート2時間。プレートを読むまたは4で16時間インキュベート 読み込む前にC°。
- 以下の測定パラメーターを用いて測定する蛍光偏光（MP）：535 nmの励起を、 580 nmの発光。 535 nmのダイクロイックミラー、20ミリ秒の積分時間。
- 4パラメータの非線形回帰モデル23を用いて、各化合物の濃度依存性のFPデータをフィッティングすることによりIC 50値を計算します。
ビーズベースの近接アッセイの7用量反応の検証
- HisタグTRIP8b（241から602まで）（彼-TRIP8b）およびGSTタグ付きHCN1（GST-HCN1 C40）融合タンパク質の1アリコートを解凍し、氷上で保管してください。
- 400 nMの彼-TRIP8bおよび40 nMのGST HCN1 C40の濃度でアッセイ緩衝液中でGST-HCN1 C40と彼-TRIP8bを兼ね備えています。試験すべき各化合物のための混合物の300μlのを準備します。
注：化合物は、11の異なる濃度プラスDMで三重に実行されますSOコントロール（化合物なし）。 - 対照ウェルについては、GST-HCN1C40せずに彼の-TRIP8b（200 nM）を30μlのを準備した後、別々にアッセイ緩衝液中のHis-TRIP8bずにGST-HCN1C40（20 nM）を30μlのを準備します。
- 16チャンネルピペットを用いてプレートの36ウェルに（上記のステップ7.2で調製した）GST-HCN1 C40の混合物：各化合物を試験するためには、彼の-TRIP8bの7μlを添加します。単一の化合物を試験するために、行ALと列1-3の3回の反復で12の異なる濃度を手配。行Nの列1-3に列、行Mの1-3及び（7.3で調製した）GST-HCN1 C40液の7μlに（7.3で調製した）彼の-TRIP8bソリューションの7μl加え手短に述べると、プレートを遠心分離液体が各ウェルの底にあることを確認し、任意の気泡を除去します。
- それぞれの濃度は0.1μM（行K内）まで200μM（A列内）から範囲をヒットするようなプレートに、試験するヒット化合物を分注します。の分注容積行AKで分配化合物の量に一致する行LN中のDMSO。
- 2分間プレートを振るし、室温で2.5時間インキュベートします。
- アッセイ緩衝液で抗GSTアクセプタービーズ1:50に希釈します。
- 16チャンネルピペットを用いてプレートの各ウェルに希釈されたアクセプタービーズの3.5μLを加え、穏やかに気泡を作成しないようにピペッティングして混ぜます。
- 暗所で室温で1時間静置します。
- ニッケルキレートドナービーズをアッセイ緩衝液で1:50に希釈します。光に混合物を置かないでください。
- 16チャンネルピペットを用いてプレートの各ウェルに希釈されたドナービーズの3.5μLを加え、穏やかに気泡を作成しないようにピペッティングして混ぜます。
- 暗所で室温で1.5時間静置します。
- プレートリーダーで読みます。 40ミリ秒励起時間、100ミリ秒発光時間、0.1ミリメートルの検出高さ：以下の測定パラメータを持つプレートリーダーを使用してください。
- EACのためのデータフィッティングによりIC 50値を計算します4パラメータ非線形回帰モデル23を使用して、時間化合物。
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Representative Results
私たちの以前の出版物に著作権の問題を回避するには、TAMRAタグ付きプローブHCN1 TAMRAは、 図2と図 3を生成するために使用されました。この置換は、結果にかなりの違いを行っていないことに注意してください、とプロトコルがHCN1 FITCして上に概説したものと同一です。 HCN1 TAMRA、TRIP8b（241から602）との相互作用を評価するために、ステップ2（ 図2）で概説したプロトコルを使用してHCN1 TAMRAの一定濃度に滴定しました。次に、ステップ3で概説した実験を実施し、非標識HCN1ペプチドはTRIP8b（241から602）とHCN1 TAMRA（ 図3）の固定濃度に滴定しました。
アッセイは、ハイスループットスクリーニングに適していたことを確認するには、その性能は、次のステップ4でプロトコルによって調べました。そして、0のZ係数。89は、アッセイは、ハイスループットスクリーニング（ 図4）のための準備ができていたことを示す、得られました。そして20,000化合物の小分子ライブラリーは、50％以上の阻害率を持っている全ての化合物は、その後HCN1 TAMRA（ステップ6）を有する第二のFPアッセイで試験したステップ5で説明した手順によりスクリーニングしました。最後に、確認されたヒットは、ビーズに基づく近接アッセイ（ステップ7、 図5）で試験しました。ワンヒット化合物、NUCC-5953は、これらの実験の結果として同定されました。
図1：HTS ワークフローハイスループットスクリーニングのためのワークフローを説明する概略図 。プロトコルのステップを表す各三角形で上から下へダイアグラム進む、。 表示するには、こちらをクリックしてください。この図の拡大版。
図2： タンパク質間相互作用のK d（A）の回路図がTRIP8bように、ステップ2で説明した実験を示す（241から602）（グレー）HCN1 TAMRA、TRIP8bのTPRドメインの一定の濃度に滴定するバインド。 11アミノ酸のペプチドに（端末と黒で、「SNL 'が強調されています）。 TRIP8bの濃度として、（B）（241から602）が増加、よりHCN1 TAMRA分子が結合された偏光増加（K D =0.320.01μM）となります。エラーバーは標準偏差を示す。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図 3： ポジティブコントロールのIC 50（A）、ステップ3として、非標識HCN1ペプチドの回路図実証実験パラダイムがTRIP8b（241から602）とHCN1 TAMRAの一定濃度に滴定され、標識されたペプチドが変位します。 （B）信号がHCN1 TAMRA（IC 50 =1.070.08μM）の変位を示し、非標識HCN1の濃度が増加するにつれて減少することに注意してください。エラーバーは標準偏差を示す。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図4：HTS から代表的な結果ハイスループットSCから（A）の結果。 REENは、グラフ上の各点は、単一の化合物を表し、ステップ5で概説したプロトコルを使用して行います。 XとY座標は、各実行中の阻害パーセントによって決定されます。画面から（B）の結果は、陽性および陰性対照（凡例を参照）でプロット。各化合物の平均阻害パーセントを、（アッセイの二つの実験にわたって）Y軸上にプロットされています。 （C）は、TAMRA標識HCN1ペプチドを使用して確認FP実験の結果。ステップ5で50％を超える阻害を示す化合物は、次に、（A）のように、ステップ6で使用されるX座標とY座標は、アッセイの二つの実験で阻害率によって決定されました。 Han らから再生。3。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
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図5： ビーズに基づく近接アッセイ （A）図は、ビーズに基づく近接アッセイを示します。 TRIP8b（241から602）は、ニッケルキレートドナービーズ（ストライプ円）に結合するN末端ヘキサヒスチジンタグが含まれています。 HCN1 C40は、アクセプタービーズに結合するN末端GSTタグを含みます。 TRIP8bのTPRドメインとHCN1のC末端トリペプチドの相互作用によって近接させた場合、波長680nmの光によるドナービーズの励起一重項酸素を生成します。この一重項酸素を転送エネルギーが定義された半径内のビーズを受容体及び光の放出につながるします。 TRIP8b（241から602）とHCN1 C40の固定濃度にヒット化合物（NUCC-5953）の濃度を増加させる（B）滴定。 Han らから再生。3。エラーバーは標準偏差を示します。ターゲット= "_空白"> この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
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Discussion
そのためMDD 24における治療標的としての可能性のため、中枢神経系4にHCNチャネル機能を拮抗薬理学的アプローチにかなりの関心が集まっています。しかし、これらの努力は、心臓ペースメーカーや不整脈25のリスクのHCNチャネルの重要な役割によってストールされています。私たちは、TRIP8b 8、HCNおよびその脳の特定の補助サブユニットとの間の相互作用を破壊すると、心臓のHCNチャネル3に影響を与えることなく、抗うつ様効果を生成するのに十分であるかもしれないと推論しました。この仮説は、マウスが抗うつ様行動7を示すTRIP8b欠い観測に支えられました。この相互作用を標的とすることは、MDDの治療のための新しいパラダイムになる可能性があります。
TRIP8bのTPRドメインおよびHCN1のC末端トリペプチドの間の相互作用の小分子阻害剤を同定するための詳細なプロトコール上記に提示。その一般的な適用を容易にするために、ここでは、このアッセイの開発につながった我々の推論を説明します。 TRIP8bが2箇所でHCNサブユニットに結合するが、我々はTRIP8bとHCNのC末端尾部のTPRドメイン間の相互作用に焦点を当てました。 X線結晶解析により、この相互作用の構造の解明は、HCN 15のC末端の周りTRIP8bのTPRドメインによって形成された深いポケットを明らかにしました。第TRIP8b-HCNの相互作用は、（TPRドメインにN末端に位置する）TRIP8bの80アミノ酸のストレッチとHCNの環状ヌクレオチド結合ドメインとの間で発生します。この相互作用は、それぞれのタンパク質の多くの異なるアミノ酸を横切って発生し、少ない明確に定義された分子間相互作用26と拡散面を構成します。これらの構造の観察に基づいて、我々はTRIP8bのTPRドメインおよびHCNのC末端との間の相互作用は、小分子INHIによって破壊に対してより感受性であると推論しましたBITOR。
最初に、TRIP8bのより大きなフラグメントは、より長い構築物はアロステリック調節部位を有しており、成功の可能性を増加させることができるという仮定に基づいたアッセイにおいて使用しました。全長TRIP8bを最初に使用したが、このアプローチは、タンパク質凝集、分解、および感度、凍結融解サイクルによって制限されました。続いて、2中間サイズのTRIP8b構築物、長い1（残基219から602）と短い1（残基259から602）は、中間構築する前に試験した（残基241から602）を選択しました。上記の4つ切断の各々は、HCNのC末端への結合に関連するTPRドメインを含有するが、唯一の中間の長クローン（241から602）は、スクリーニングアッセイにおいて使用するために十分に安定でした。特に、我々は、追加の分離工程なしのNi 2+アフィニティークロマトグラフィーにより精製した後、大量のタンパク質を得ることができました。
choos後TRIP8bとHCNの適切な断片をる、我々は次のTRIP8b（241から602）のための標識HCN1ペプチドの親和性を決定しました。一般的に、正確な測定は、リガンドの濃度は、実質的結合パートナー28のK D未満である場合に行うことができます。私たちのケースでは、ステップ2での実験のために標識HCN1ペプチドの50 nMのを使用し、0.320.01μMのK Dを得ました。タンパク質間相互作用に関するより実験的な設計上の考慮事項については、読者は、トピック27-30上のいくつかの優れたレビューの1と呼ばれています。
我々はTRIP8b（241から602）のための標識HCN1ペプチドのK Dを決定したら、ラベル自体が結合を妨害する場合、我々が決定。ステップ3では、我々は、標識されたペプチドを置換するTRIP8b（241から602）の固定濃度に非標識HCN1ペプチドを滴定することによって1.070.08μMのIC 50値を得ました。のK Dと組み合わせます TRIP8b（241から602）、およびチェン-Prusoff式を適用するための標識ペプチド、我々はその後、K D =0.93μMとしてTRIP8b（241から602）のための非標識ペプチドの親和性を推定しました。これは、標識されたペプチドのためのTRIP8b（241から602）の親和性と密接に一致している、およびペプチドを標識することは、実質的にTRIP8bへの親和性に影響を及ぼさなかったことを示唆しています。 100のZ因子によって示されるように蛍光偏光に基づく画面の重要な特徴は、ノイズ比に対する優れた信号です。同じ他のパラメータを使用して、FPシグナルの変化の大きさは、結合パートナー（TRIP8b（241から602））、およびフルオロフォア標識リガンドのサイズの大きさによって決定されます。 （44から224 MPに）偏光の変化は、との遊離および結合状態の間の11アミノ酸ペプチドリガンドを用いて観察〜42 kDaのTRIP8b（241から602）タンパク質は、標的との相互作用を再現するのに十分であると十分なダイナミックレンジを提供ライブラリースクリーニングのため。
ntent ">任意のハイスループットスクリーニングアッセイの課題の一つが真区別する信号強度の人為的変化からの化合物を「ヒット」されている。蛍光偏光ベースの画面では、多くの化合物は、蛍光団と直接対話または上の蛍光を発するようにどちらかが一般的です独自のこれらの問題を回避するために、2つの異なるフルオロフォアを用いた2段階のスクリーニング方法は、上述されている。この手順では、フルオロフォアと直接相互作用する蛍光化合物および化合物は、スクリーニングプロセスを介して前進する可能性を低減する。フルオロフォアを結合することに加えて、いくつかの化合物は、インビトロでの 「アグリゲータ」として作用し、蛍光偏光シグナルの非特異的変化をもたらす。これらの化合物は界面活性剤感受性ミセル構造を形成し、タンパク質-タンパク質相互作用31,32を阻害すると考えられている。これらの影響を軽減するために、それが重要ですその高で使用される蛍光偏光バッファ他の界面活性剤との付加的な検証を考慮すべきであるが、上記で概説したスループットスクリーニングプロトコルは、界面活性剤（トリトン）を含みます。なお、上述のスクリーニング法のいくつかの重要な制限があることに留意すべきです。 TRIP8bは、2つの場所にHCNに結合しているが、上記の画面は一つだけ相互作用部位を調べ、CNBDの相互作用を標的とする小分子を同定しません。同様に、アロステリックN末端領域にTRIP8bと相互作用することにより、HCNへの結合TRIP8bを調節する化合物は、ヒットとして識別されることはありません。これらの考慮事項の両方は、手順で概説したスクリーニングアッセイで再現性を確実に小さくTRIP8b断片（上記参照）を、使用した結果です。これらの制限を回避するために、将来の努力が全長HCNを組み込んだ細胞ベースのスクリーンを使用に向けられてもよく、TRIP8bは33,34を構成します 。画面のこの種は、高いトンに依拠することができますHCNとTRIP8bとの間の相互作用を破壊し、細胞表面でのHCNチャネルの発現を制限することができる化合物を同定するために、電気生理学的方法をhroughput。注目すべきは、これはin vivoでのオフターゲット効果につながる可能性として、小分子が直接アンタゴニストとしてHCNチャネル機能を制限していなかったことを確認するために、カウンターの画面を含める必要があるだろうこれらのような近づきます。
HCN1、HCN2、およびHCN4すべてが保存された「SNL 'C末端ペプチドを有するが、このトリペプチド残基のN末端は、実質的に変化し、そうTRIP8b結合親和性に影響を与えます。これは、スクリーンによって得られるか、または他のヒット化合物に基づいて設計された小分子ヒットTRIP8b-HCNの相互作用を破壊するにHCNアイソフォーム特異性を提供することができるという可能性を提起します。元の画面には、NUCC-5953はTRIP8bとHCN1 3との間の相互作用を破壊することができる第一小分子として同定されました。将来WOR薬剤開発に望ましい化学的特性を有する付加的な小分子阻害剤を同定することができる、このアッセイでKです。
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Ni-NTA agarose | Qiagen | 30210 | |
| Dialysis cassette | ThermoFisher | 66456 | |
| Isopropyl b-D-1-thiogalactopyranoside | Sigma-Aldrich | I5502 - 1 gr | |
| 384-Well Black plate | Corning | 3820 | |
| Proxiplate | Perkin-Elmer | 6008289 | |
| Anti-GST Acceptor beads | Perkin-Elmer | 6760603C | |
| NiChelate | Perkin-Elmer | AS101D | |
| pGS21-a | Genscript | SD0121 | |
| PMSF | Sigma-Aldrich | 10837091001 | |
| Coomassie Kit | ThermoFisher | 23200 | |
| Protein concentrator | ThermoFisher | 88527 | |
| Perkin Elmer Enspire Multimode Plate reader | Perkin-Elmer | #2300-001M | |
| BL21 (DE3) Competent Cells | Agilent | 200131 |
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