用生物层干涉法捕获小分子离子通道蛋白的相互作用动力学
Summary
该协议描述了纯化 hEAG1 离子通道蛋白与小分子脂配体磷酸肌醇4、5-bisphosphate (PIP2) 的相互作用。实验表明, BLI 可能是一种新的小分子离子通道配体筛选的潜在方法。
Abstract
生物层干涉法 (BLI) 是测定蛋白质和蛋白质-小分子相互作用的重要工具。在这里, 我们首先描述了这个新的无标签技术的应用研究人 EAG1 (hEAG1) 通道蛋白与小分子 PIP 的相互作用2。hEAG1 通道被认为是潜在的治疗靶点, 因为它在癌症中的异常过度表达, 以及某些类型的神经系统疾病所涉及的一些增益功能突变。我们从哺乳动物稳定表达系统中纯化 hEAG1 通道蛋白, 并用 BLI 测量与 PIP2的交互作用。hEAG1 蛋白与 PIP 的结合动力学的成功测量2表明 BLI 法是一种潜在的高通量方法, 用于离子通道药理学中新的小分子配体筛选。
Introduction
靶向细胞表面可接触的离子通道蛋白质与小分子提供了巨大的潜力, 配体筛选和生物药物发现1,2,3。因此, 研究离子通道与小分子之间的相互作用及其相应的作用是需要适当的工具。在离子通道功能检测中, 膜片钳记录已被证明是一种独特而不可替代的技术。然而, 确定小分子是否直接靶向离子通道需要其他技术。传统上, 采用放射性配体结合试验观察小分子与靶离子通道蛋白结合的动力学。然而, 由于其对放射性标记和检测的要求, 这种技术的使用受到限制。此外, 在研究中对小配体进行标记的先决条件是防止其在许多类型的离子通道中使用, 而不需要已知的特异配体。一些无标签的技术, 如核磁共振光谱学, x 射线衍射, 微型 thermophoresis (MST)4和表面等离子共振 (SPR) 已被用来测量蛋白质-小分子相互作用。但是这些类型的化验通常无法提供足够的信息, 因为很难获得全长蛋白质, 低分辨率的动力学, 低吞吐量和高成本的5。与这些技术相比, 生物层干涉法 (BLI) 正在成为一种新的无标签方法, 以克服这些缺陷, 通过固定少量蛋白质样品在表面上的蛋白质-小分子相互作用生物传感器和测量光学变化信号6,7。BLI 技术作为一种有前途的生物传感器平台, 已经进行了观察小分子与天然水溶性蛋白质 (如人单克隆抗体 CR80208 ) 的相互作用, 并报告了详细的化验程序。上一篇文章9。虽然离子通道蛋白在新的治疗靶点发现中的关键作用已经得到了确认, 但是基于 BLI 的离子通道蛋白-小分子相互作用的研究还没有被描述。
人类的以太hEAG1) 在各种类型的癌细胞和中枢神经系统中表达, 这使得该通道成为许多癌症和神经疾病的潜在治疗目标10,11, 12,13,14。我们实验室的电生理研究证实了磷酸肌醇4、5-bisphosphate (PIP2) 对 hEAG1通道15 的抑制作用。根据我们的结果, 测试 PIP2与 hEAG1 的直接交互使用 BLI 技术可以作为其他类型的离子通道蛋白-小分子化合物相互作用的模型, 特别是那些缺乏特定配体的通道。根据 BLI 化验的指示, 我们准备生物素化 hEAG1 蛋白, 并将它们固定在链亲和素 (SA) 生物传感器的表面上, 然后将它们与 PIP 2 解决方案相互作用, 观察它们之间的直接绑定。蛋白质和脂质。在将 PIP2附着到 hEAG1 蛋白涂层表面后, 表面层的厚度增加, 这直接关系到光谱的变化, 可以实时地测量16。由于关联步长的正移和离解步的负移位, 可以确定约束动力学。根据这一原理, 利用亲和纯化方法对 HEK-239T 稳定表达系统中的功能 hEAG1 离子通道蛋白进行纯化, 以维持体外功能状态, 然后测定其结合的动力学不同浓度 PIP2, 并产生了 semblable 的动力学数据, 如观察到的电生理测量15。BLI 和电生理测量结果之间的密切对应, 首次证明了 BLI 作为离子通道膜蛋白-小分子相互作用的适当分析工具的适用性。
Protocol
Representative Results
Discussion
膜离子通道已被证实为治疗各种人类疾病 (包括心血管和神经系统疾病) 的13% 以上的主要治疗靶点, 如18。膜片钳记录是测量小分子离子通道功能的黄金标准, 已广泛应用于离子通道配体的筛选。然而, 这种电生理方法无法证明小分子是否直接与通道绑定, 或者不是19, 因为小分子可以对与通道相互作用的其他蛋白质或细胞间通路采取行动。与广泛使用的放射性配体…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作得到了生物 ID 中心和上海交通大学交叉学科研究基金 (YG2016QN66)、中国国家自然科学基金 (31271217) 和中国国家基础研究项目 (2014CB910304) 的支持。
Materials
| DMEM/High Glucose Medium | HyClone | SH30243.01 | |
| Phosphate Buffered Saline (1x) | HyClone | SH30256.01 | |
| Fetal Bovine Serum | Gibco | 10270 | |
| Penicillin/Streptomycin | Gibco | 1697550 | |
| Cell Culture Dish | Corning | 430599 | 150 mm X 25 mm |
| Nonidet P-40 Substitute | Amresco | E109 | |
| Sodium chloride | BBI Life Sciences | A610476 | |
| Potassium chloride | BBI Life Sciences | A610440 | |
| Bovine Serum Albumin | BBI Life Sciences | A600332 | |
| Polyoxyethylene-20-Sorbitan Monolaurate | BBI Life Sciences | A600560 | |
| ANTI-FLAG M2 Affinity Gel | Sigma | A2220 | |
| 3x FLAG peptide | Sigma | F4799 | |
| Octet-RED96 | Pall/FortéBio | 30-5048 | |
| Data Acquisition software | Pall/FortéBio | Version 7.1 | |
| Data Analysis software | Pall/FortéBio | Version 7.1 | |
| Biosensor/Streptavidin | Pall/FortéBio | 18-5019 | |
| Microtiter plate | Greiner Bio-one | 655209 | |
| Sulfo-NHS-LC-LC-Biotin | ThermoFisher | 21338 | |
| Centrifugal Machine | ThermoFisher | 75004250 | |
| PageRuler Prestained Protein Ladder | ThermoScientific | 318120 | |
| Ultrafiltration device | MILLIPORE | UFC503008 | NMWL of 30 kDa |
| phosphatidylinositol 4, 5-bisphosphate (PIP2) | Sigma | P9763 | |
| Monoclonal ANTI-FLAG M2 antibody | Sigma | F1804 | 1:2000 dilution |
| goat anti-mouse HRP-conjugated secondary antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-2005 | 1:5000 dilution |
| Enhanced BCA Protein Assay Kit | Beyotime | P0010 | |
| Protease Inhibitor Cocktail Tablets | Roche | 04693159001 | |
| Amersham Imager 600 Imaging System | GE Healthcare Bio-Sciences | ||
| Western blot system | BIO-RAD |
References
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