Nötrofil elastaz (NE), katepsin G (CG), proteinaz 3 (PR3) ve nötrofil serine proteaz 4 (NSP4) dört nötrofil serin proteaz (NSP)1'dir. Miyeoperoksidaz ile birlikte nötrofil birincil veya azurofilik granüller içinde saklanırlar. Yüksek proteolitik içerikleri nedeniyle, birincil granüllerin salgılanması sıkı bir şekilde düzenlenir ve nötrofiller astarlama ve aktifleştirme uyaranları ile ardışık olarak zorlanması gerekir2.
Fagolysozomun içinde, NSP'ler hücre içi bakterisidal ajanlar olarak işlev görür3. Salgılandığında, NSP'ler iltihabın güçlü arabulucuları haline gelir: sitokinleri ve yüzey reseptörlerini ayırırlar, paralel pro-enflamatuar yolları aktive ederler3. Daha da önemlisi, enflamatuar durumlar kontrolsüz bir NSPs salgılanmasına sahiptir. Örneğin, iltihaplı hava yollarında, aşırı NE aktivitesi mukus hipersecretion, kadeh hücreleri metaplazi, CFTR inaktivasyonu ve hücre dışı matris remodeling4,5neden olur. Cathepsin G de inflamasyona katılır: özellikle IL-1 ailesinin iki bileşenini, IL-36α ve IL-36β6'yıayırır ve aktive eder. NE ile birlikte, CG hava yolu epitelinde proteaz ile aktive reseptörleri ayırır ve ayrıca TNF-α ve IL-1β'yi aktive eder.
Alfa-1-antitripsin, alfa-1-antikimyatripsin ve salgı lökosit proteaz inhibitörü gibi endojen anti-proteazlar nötrofil elastaz ve katepsin G aktivitesini düzenler5. Bununla birlikte, akciğer hastalığının ilerlemesi sırasında, proteazların sürekli salgılanması stoichiometrik olarak anti-proteaz kalkanını aşar, hava yollarında çözülmeyen nötrofilere, iltihaplanmanın kötüyelmesine ve doku hasarına yol açar5,7. Hasta hava yollarının çözünür fraksiyonlarında NE konsantrasyonu ve aktivitesinin hastalıkşiddetininumut verici bir biyobelirteci olduğu gösterilmiş olsa da 8 , NE ve CG ayrıca nötrofil plazma zarı ve anti-proteazlar için daha az erişilebilir hale geldikleri elektrostatik etkileşimler9,10 yoluyla hücre dışı DNA ile ilişkilidir. Daha da önemlisi, preklinik çalışmalar hücre yüzeyi ile ilişkili proteaz aktivitesinin çözünür muadili4,11'dendaha erken ve/veya bağımsız olarak göründüğü bir senaryo tanımlamıştır. Aslında, tespit edilebilir hale gelmek için, serbest proteaz aktivitesinin önce anti-proteaz kalkanını bastırması gerekir. Bunun yerine, hücre yüzeyinde, membran bağlı proteaz aktivitesi, büyük inhibitörlerin hücre plazma membranına erişilmemesi nedeniyle en azından kısmen bozulmadan kalır12. Bu tür karmaşık proteaz davranışı nötrofil aracılı inflamasyon başlangıcı ve yayılması üzerinde önemli sonuçlar doğurur ve bu nedenle hassas ve bilgilendirici araçlarla araştırılması gerekir.
Yıllar içinde, Förster rezonans enerji transferi (FRET) tabanlı problar, insan örneklerinde belirli bir proteaz aktivitesini verimli ve hızlı bir şekilde değerlendiren araçlar olarak çok sayıda biyomedikal uygulama buldu13. Proteaz muhabirleri, hedef enzim tarafından tanınan ve bir donör floroforunun enerjiyi bir alıcı moleküle aktardığı fiziksel bir süreç olan FRET'e dayanan bir tanıma motifi (yani bir peptit) oluşur. Enzim tarafından muhabir üzerinde, yani tanıma kısmının bölünmesiyle 2015 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 2018 yılında 20 Bu tür bir okuma kendi kendini normalleştirir ve oranmetriktir, bu nedenle pH ve yerel prob konsantrasyonu gibi çevresel koşullardan sadece marjinal olarak etkilenir. NEmo-114 ve sSAM15, sırasıyla özellikle NE ve CG aktivitesi hakkında rapor veren FRET problarıdır. Bununla birlikte, bu tür muhabirler özellikle herhangi bir hücresel bölmeye yerleşmiyor, bu nedenle insan sıvılarında bulunan proteaz aktivitesini izlemek için kullanılırlar. Proteaz aktivitesini mekansal olarak lokalize bir şekilde izlemek için, biz ve diğerleri moleküler etiketler 14 , 15 , 16 ,17,18,19aracılığıyla hücre altı bileşenlerle ilişkilendiren FRET probları geliştirdik. Böyle sentetik bir strateji, plazma zarını lokalize eden lipid ankrajları ile donatılmış iki FRET probu olan NEmo-2 ve mSAM'ın geliştirilmesine izin verdi. Bu muhabirler kistik fibrozis ve kronik obstrüktif akciğer hastalıklarında NE ve CG proteazlarının daha derin bir şekilde anlaşılmasına neden oldu14,15.
Burada, NEmo ve SAM serisi FRET probları ile insan balgamında çözünür ve membran bağlı NE ve CG faaliyetlerinin görselleştirilmesi ve ölçülmesi için ayrıntılı protokoller sağlanmaktadır. NSP patofizyolojisinin çeşitli yönlerini ele almak ve kullanıcıya özgü ihtiyaca göre sunulabilecek bir dizi yöntem sağlamak için floresan spektroskopi, floresan mikroskopi ve akış sitometrisi ile yapılan analizler gösterilmiştir.