Método para a identificação de molécula pequena inibidores da interacção proteína-proteína entre HCN1 e TRIP8b
Summary
A interacção entre os canais HCN e a sua sub-unidade auxiliar tem sido identificada como um alvo terapêutico em Perturbação Depressiva Major. Aqui, um método baseado em polarização de fluorescência para identificar pequenas moléculas inibidoras desta interacção proteína-proteína, é apresentada.
Abstract
canais fechado nucleótidos cíclicos activada por hiperpolarização (HCN) são expressas ubiquamente em todo o cérebro, onde funcionam para regular a excitabilidade de neurónios. A distribuição sub-celular de estes canais em neurónios piramidais CA1 do hipocampo de área é regulada por tetratricopeptide proteína contendo repetição Rab8b interagindo (TRIP8b), uma sub-unidade auxiliar. nocaute genética de HCN formador de poros, subunidades ou TRIP8b, ambas conduzem a um aumento no comportamento do tipo antidepressivo, sugerindo que a limitação da função dos canais HCN pode ser útil como um tratamento para o transtorno depressivo maior (MDD). Apesar do interesse terapêutico significativo, os canais HCN também são expressos no coração, onde regulam ritmicidade. Para contornar problemas fora do alvo associados com bloqueio dos canais HCN cardíacos, nosso laboratório propôs recentemente visando a interação proteína-proteína entre HCN e TRIP8b, a fim de interromper especificamente função do canal HCN no cérebro.TRIP8b se liga a HCN poros formando subunidades em dois sítios de interação distintas, embora aqui o foco é sobre a interação entre o tetratricopeptide repeat (TPR) domínios de TRIP8b e a cauda do terminal C do HCN1. Neste protocolo, uma descrição expandida de um método para purificar TRIP8b e a execução de uma tela de alto rendimento para identificar inibidores de pequenas moléculas da interacção entre o HCN e TRIP8b, é descrito. O método de rastreio de elevado rendimento utiliza uma polarização de fluorescência (FP) à base de ensaio para monitorar a ligação de um fragmento grande TRIP8b para um onze marcado com fluoróforo amino ácido péptido correspondente à cauda do terminal HCN1 C. Este método permite que compostos "hit" a ser identificado com base na alteração na polarização de luz emitida. Os ensaios de validação são então realizadas para garantir que 'hit' compostos não são artificial.
Introduction
Canais fechado nucleótidos cíclicos activada por hiperpolarização (HCN) são expressos no coração e no sistema nervoso central, onde eles desempenham um papel importante na regulação da excitabilidade da membrana 1. Canais HCN têm sido implicados na patogênese de Transtorno Depressivo Maior (MDD) 2, o que levou vários grupos a propor que a limitação HCN função de canal farmacologicamente pode ser eficaz como um novo tratamento para MDD 3. No entanto, visando directamente os canais HCN não é viável devido ao seu papel importante no potencial de ação cardíaco 4. A ivabradina, a única FDA aprovou antagonista do canal de HCN, é utilizado para o tratamento de insuficiência cardíaca para produzir um efeito bradicárdico 5. Como tal, existe uma necessidade de agentes farmacológicos que limitam a função do canal de HCN exclusivamente no sistema nervoso central.
Tetratricopeptide repetir contendo proteína interagindo Rab8b (TRIP8b) é uma especificidade do cérebroFIC sub-unidade auxiliar de canais HCN que controla a expressão de superfície e localização dos canais HCN 6,7. Nocaute genético de TRIP8b provoca uma redução de canais HCN cerebrais 7 sem afetar a expressão HCN no coração 8. Curiosamente, camundongos knockout TRIP8b gastar menos tempo imóveis na tarefa de natação forçada e suspensão pela cauda tarefa 7, dois testes de triagem comumente utilizados para eficácia antidepressiva 9-11. Estes resultados sugerem que, em vez de ter como alvo directamente canais HCN com uma pequena molécula antagonista da função do canal de HCN, rompendo a interacção entre TRIP8b e HCN pode ser suficiente para produzir um comportamento do tipo antidepressivo.
TRIP8b se liga a HCN em dois locais de ligação distintos. O domínio de ligação de nucleótido cíclico (CNBD) de HCN interage com um domínio conservado de terminal de TRIP8b localizado N para os domínios de TPR TRIP8b 12,13. Embora os resíduos da CNBD que estão envolvidos nesteinteração foram mapeados 14, a região de TRIP8b que está envolvido não foi reduzida além de um-80 amino fragmento de ácido 13. A segunda interação ocorre entre os domínios tetratricopeptide repeat (TPR) do TRIP8b eo tripeptide do terminal C do HCN ( 'SNL' em HCN1, HCN2 e HCN4, mas 'ANM' em HCN3) 3,12. A estrutura cristalina recentemente resolvido 15 desta interação cauda C revelou semelhança estrutural substancial para a interação entre o receptor de importação peroxisomal, peroxin 5 (PEX5), e sua interação parceiros, contendo tipo 1 sequências peroxisomais alvo (PTS1) 16.
Embora ambos os sítios de interacção são necessários para a função do canal de HCN, a interacção entre os domínios de TPR TRIP8b e do tripéptido C-terminal de HCN1 serve como o sítio de ligação dominante e regula a expressão de superfície de HCN. Portanto, esta interacção foi escolhida como o local segmentação neste estudo.Para o restante do manuscrito, quando é feita uma referência à interacção entre TRIP8b e HCN, é essa interação que está sendo referido. Esta interacção, se condensa por um fragmento altamente solúvel de TRIP8b correspondente ao seu terminal C conservada contendo os domínios TPR necessários para a ligação da cauda de terminal C de HCN (resíduos 241-602 da 1a-4 isoformas de TRIP8b) 3.
A fim de desenvolver uma tela de alto rendimento para identificar pequenas moléculas capazes de interromper esta interacção, uma polarização de fluorescência (FP) à base de ensaio foi aplicado 17. Polarização de fluorescência baseia-se na excitação de um ligando marcado com um fluororo com luz polarizada, e a medição do grau de polarização da fluorescência emitida 18. Na presença de um parceiro de ligação, o movimento de rotação do ligando fluorescente é restringida e luz polarizada é emitida 19. Na ausência de um parceiro de ligação, tele o movimento de rotação do ligando leva à emissão de luz despolarizada.
No protocolo em anexo, um método para a purificação de N-terminal etiquetado (6xHis) TRIP8b (241-602) usando ácido nitrilotriacético-níquel (Ni-NTA) grânulos é apresentada. Um protocolo semelhante foi utilizado para purificar a glutationa-S-transferase (GST) tagged terminal C de 40 aminoácidos de HCN1 (C40 HCN1) utilizado no passo 7 do protocolo. Para considerações de espaço, uma descrição detalhada do procedimento que foi omitido.
Nas etapas 2 a 7 do protocolo, um fluxo de trabalho rastreio de alto rendimento é apresentado (ver Figura 1). Interações proteína-proteína são um alvo notoriamente difícil para triagem de alto rendimento e os leitores são aconselhados a procurar recursos adicionais sobre o tema 20.
As etapas 2 e 3 do procedimento caracterizar a afinidade in vitro do TRIP8b purificado (241-602) construir fora isotiocianato de fluoresceína (FITC) tagged onze péptido de aminoácido correspondente à cauda de C terminal de HCN1 (HCN1 FITC). Com base na estrutura de cristal do complexo de HCN TRIP8b-15, este segmento de ácido onze amino é suficiente para produzir ligação com TRIP8b (241-602). No passo 2, a K d da interacção é medida por titulação TRIP8b (241-602) para uma concentração fixa de HCN1 FITC. No passo 3, uma versão não marcado do péptido HCN utilizado no passo 2 é titulada para uma concentração fixa de ambos TRIP8b (241-602) e HCN1 FITC para examinar se a etiqueta FITC interfere com a ligação. Estas experiências são essenciais para a selecção das concentrações adequadas de TRIP8b (241-602) e HCN1 FITC utilizados na tela de alto rendimento.
A premissa de tela de alto rendimento que é uma molécula pequena capaz de impedir a interacção entre TRIP8b (241-602) e HCN1 FITC irá produzir um DECRease em luz polarizada. No passo 4, o factor de Z do ensaio é calculado 21 para uma dada concentração de TRIP8b (241-602) e HCN1 FITC para assegurar que o ensaio é adequado para rastreio de alta (passo 5). Passos 6 e 7 são ensaios de validação para confirmar que os sucessos identificados no ecrã rendimento primário alta estão agindo por perturbar a interação entre TRIP8b (241-602) e HCN1 FITC em vez de através de um mecanismo não específico. No passo 6, carboxitetrametilrodamina (TAMRA) marcado com HCN1 péptido (HCN1 TAMRA) é utilizado num ensaio de polarização de fluorescência de outra forma idêntico ao filtrar os compostos fluorescentes que comprometem o ensaio de FP utilizando a marcação com FITC. Passo 7 utiliza um maior fragmento do terminal HCN1 C (HCN1 C40) e emprega um ensaio de proximidade baseado em talão, que se baseia no "encapsulamento" de um oxigénio singuleto a partir de um cordão de dador para um grânulo aceitador trazida para perto uma da outra por proteínas que interagem 22.
Protocol
Representative Results
Discussion
Devido ao seu potencial como um alvo terapêutico no TDM 24, tem havido um interesse considerável em abordagens farmacológicas que antagonizam a função do canal de HCN no sistema nervoso central 4. No entanto, estes esforços têm sido parado por o importante papel dos canais HCN em pacemaking cardíaca eo risco de arritmia 25. Nós fundamentado que interromper a interação entre HCN e seu sub-unidade auxiliar específica do cérebro, TRIP8b 8, pode ser suficiente para pr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by National Institutes of Health Grant R21MH104471 and R01MH106511 (D.M.C.), Brain Research Foundation SG 2012-01 (D.M.C.), Northwestern University Clinical and Translational Sciences Institute 8UL1TR000150 (Y.H.), Chicago Biomedical Consortium HTS-004 (Y.H. and D.M.C.), and National Institutes of Health Grant 2T32MH067564 (K.L.). A part of this work was performed by the Northwestern University Medicinal and Synthetic Chemistry Core (ChemCore) at the Center for Molecular Innovation and Drug Discovery (CMIDD), which is funded by the Chicago Biomedical Consortium with support from the Searle Funds at the Chicago Community Trust and Cancer Center Support Grant P30 CA060553 from the National Cancer Institute awarded to the Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center. The high throughput screen work was performed in the High Throughput Analysis Laboratory which is also a core facility of the Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center.
Materials
| Ni-NTA agarose | Qiagen | 30210 | |
| Dialysis cassette | ThermoFisher | 66456 | |
| Isopropyl b-D-1-thiogalactopyranoside | Sigma-Aldrich | I5502-1G | |
| 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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