열충격 단백질 90 억제제 발견을 위한 말라카이트 그린 분석
Summary
말라카이트 그린 분석 프로토콜은 열충격 단백질 90(Hsp90) 억제 인자 및 ATP 의존성 효소에 대한 기타 억제제 화합물을 발견하는 간단하고 비용 효율적인 방법입니다.
Abstract
열충격 단백질 90(Hsp90)은 여러 발암성 단백질에 대한 샤페로닝 효과로 인해 유망한 항암 표적입니다. Hsp90의 활성은 아데노신 삼인산(ATP)을 아데노신 이인산(ADP) 및 유리 인산염으로 가수분해하는 능력에 따라 다릅니다. Hsp90의 ATPase 활성은 보호자 기능과 관련이 있습니다. ATP는 Hsp90의 N-말단 도메인에 결합하고, 그 결합을 방해하는 것이 Hsp90 기능을 억제하는 가장 성공적인 전략인 것으로 밝혀졌습니다. ATPase 활성은 ATP 가수 분해에 의해 형성된 유리 인산염의 양을 결정하는 비색 말라카이트 그린 분석에 의해 측정 될 수있다. 여기서, 말라카이트 그린 포스페이트 분석 키트를 사용하여 효모 Hsp90의 ATPase 활성을 결정하는 절차가 설명된다. 또한, 겔다나마이신을 진정한 억제제로 복용하여 Hsp90 억제제를 발견하기 위한 자세한 지침이 제공됩니다. 마지막으로, 효모 Hsp90에 대한 억제제 분자의 고처리량 스크리닝(HTS)을 통한 이 분석 프로토콜의 적용에 대해 논의합니다.
Introduction
열충격 단백질 90(Hsp90)은 암의 발병 및 진행을 담당하는 단백질의 안정성을 유지하는 분자 샤페론입니다. 또한, 항종양제에 대한 내성 발달을 담당하는 단백질도 Hsp90의 고객이다1. Hsp90은 전체 단백질의 2% 미만을 구성할 수 있는 정상 세포와 비교하여 모든 암세포 유형(세포 단백질의 >90%)에서 유비쿼터스로 과발현됩니다. 더욱이, 암세포의 Hsp90은 공동 샤페론과 복합체에 존재하는 반면, 정상 세포에서는 주로 자유롭고 복합체가 없는 상태로 존재합니다 2,3. 최근 몇 년 동안, 몇몇 Hsp90 억제제는 시험관 내 및 생체 내 연구에서 세놀리틱 효과를 갖는 것으로 입증되었으며, 여기서 마우스의 수명을 크게 향상시켰습니다 4,5,6. 앞서 언급한 모든 발견은 Hsp90 억제제가 부작용이 적고 내성 발생 가능성이 감소하면서 여러 암 유형에 효과적일 수 있다는 사실을 입증합니다. Hsp90의 샤페로닝 기능은 Hsp90의 N-말단 도메인에서 ATP를 결합하고 이를 ADP와 유리 인산염7로 가수분해함으로써 달성됩니다. Hsp90의 ATP 결합 포켓에 경쟁적으로 결합하는 작은 분자는 단백질의 샤페로닝 효과를 성공적으로 억제하는 것으로 밝혀졌습니다. 현재까지, 이것은 Hsp90 억제를 위한 최선의 전략으로 남아 있으며, 이는 이러한 억제제가 임상 시험에 도달했다는 사실에 의해 뒷받침된다8. 그 중 하나인 Pimitespib은 2022년 6월 일본에서 위장관 기질 종양(GIST) 치료제로 승인되었습니다9. 이는 샤페론의 약물성이 1994년에 확립된 이후 승인된 최초의 Hsp90 억제제이다10.
말라카이트 그린 분석법은 무기 인산염의 검출을 위한 간단하고, 민감하며, 빠르고, 저렴한 절차로, 원하는 표적에 대한 화합물의 자동화 및 고처리량 스크리닝(HTS)에 적합하다11. 이 분석은 HTS 12,13,14,15,16,17뿐만 아니라 소규모 실험실 규모 설정에서 Hsp90 억제제의 스크리닝에 성공적으로 사용되었습니다. 이 분석은 Hsp90의 ATPase 활성으로 인해 형성된 유리 무기 인산염을 결정하는 비색법을 사용합니다. 이 정량화의 기초는 유리 인산염과 몰리브덴 사이에 인산염 분해 화합물이 형성되는 것이며, 이는 이후 말라카이트 그린과 반응하여 녹색을 생성합니다(그림 1). 이 빠른 색 형성은 분광 광도계 또는 플레이트 리더에서 600-660 nm18,19 사이에서 측정됩니다.
본 프로토콜에서, 효모 Hsp90을 이용한 말라카이트 그린 분석을 수행하는 절차 및 샤페론에 대한 억제제의 후속 확인이 기재되어 있다. Hsp90의 약물성이 처음으로 확립된 천연물 분자인 겔다나마이신(geldanamycin, GA)은 진정한 억제제로 간주되었다10. HTS는 테스트를 위해 많은 수의 분자를 사용할 수 있기 때문에 현재 약물 발견 프로그램의 필수적인 부분이 되었습니다. 이 기술은 Covid-19 감염 치료를 위한 약물의 용도 변경이 시급하기 때문에 지난 2년 동안 더 중요해졌습니다20,21. 따라서, 말라카이트 그린 분석법을 채택하여 효모 Hsp90 단백질에 대한 분자의 HTS에 대한 상세한 개요가 제시된다.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hsp90은 새로운 항암제 분자 발견의 중요한 표적입니다. 1994 년에 약물 성이 확립 된 이래10, 18 개의 분자가 임상 시험에 도달했습니다. 현재 7 개의 분자가 단독으로 또는22 개의 조합으로 다양한 임상 시험 단계에 있습니다. 이러한 모든 소분자는 N-말단 ATP 결합 억제제입니다. 샤페론을 억제하는 다른 수단(C-말단 억제제, 중간 도메인 억제제)은 N-말단 억제제만큼…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
본 연구는 한국연구재단(NRF)의 박사후 연구원인 한국연구연구원(KRF) 프로그램의 지원을 받아 과학기술정보통신부(NRF-2019H1D3A1A01102952)의 지원을 받았다. 저자들은 이 프로젝트에 재정 지원을 해준 KIST 교내 보조금과 해양수산부 보조금 번호 2MRB130에 감사드립니다.
Materials
| 1M Magnesium chloride solution in water | Sigma-Aldrich | 63069-100ml | |
| 1M Potassium chloride solution in water | Sigma-Aldrich | 60142-100ml | |
| 96-well plate | SPL Life Sciences | Not applicable | |
| Adenosine 5′-triphosphate disodium salt hydrate | Sigma-Aldrich | A7699-5G | |
| Biomek FX laboratory automation workstation | Beckman Coulter | Not applicable | |
| Compounds 3-96 | Not applicable | Not applicable | Histidine tagged yeast Hsp90 was obtained from Dr. Chrisostomos Prodromou, School of Life Sciences, University of Sussex, United Kingdom, and protein was expressed in KIST Gangneung Institute of Natural Products. Details cannot be disclosed due to patent infringement issues. |
| Dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | D8418 | |
| Geldanamycin, 99% (HPLC), powder | AK Scientific, Inc. | V2064 | |
| Invitroge UltraPure DNase/RNase-Free Distilled Water | ThermoFisher Scientific | 10977015 | |
| Malachite Green Phosphate Assay Assay kit | Sigma-Aldrich | MAK307-1KT | |
| Multi-Detection Microplate Reader Synergy HT | Biotek Instruments, Inc. | Not applicable | |
| Synergy HT multi-plate reader | Biotek Instruments, Inc. | Not applicable | |
| Trizma hydrochloride buffer solution, pH7.4 | Sigma-Aldrich | 93313-1L | |
| Yeast Hsp90 | Not applicable | Not applicable | School of Life Sciences, University of Sussex, United Kingdom and protein was expressed in KIST Gangneung Institute of Natural Products. Primary Accession number: P02829 |
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