均質ビーズベースアッセイを用いたシャペロンコカペロン相互作用の研究
Summary
このプロトコルは、グルタチオン結合ドナービーズとGST融合TPR-モチーフコシャペロンおよびアクセプタービーズとHsp90由来ペプチドを結合してタンパク質とタンパク質相互作用を調べるための技術を提示する。この技術を用いて、Hsp90-FKBP51またはHsp90-FkbP52相互作用を破壊する小分子をスクリーニングし、強力で選択的なHsp90-FKBP51相互作用阻害剤を同定しました。
Abstract
ヒートショックタンパク質90(Hsp90)-コカペロン相互作用を標的とすると、Hsp90依存性細胞内プロセスを特異的に調節する可能性が得る。Hsp90のC末流で保存されたMEEVDペンタペプチドは、コシャペロンのテトラトリコペプチド反復(TPR)モチーフとの相互作用を担う。FK506結合タンパク質(FKBP)51およびFKBP52は、異なる機能を有するステロイドホルモン依存性疾患に関与する2つの類似したTPR-モチーフコシャペロンである。したがって、Hsp90とFKBP51またはFKBP52との間の相互作用を特異的に遮断する分子を同定することは、いくつかのヒト疾患に有望な治療可能性を提供する。ここでは、Hsp90とそのパートナーのコシャペロンFKBP51とFKBP52との相互作用をプローブするための増幅された発光近接均質アッセイのプロトコルについて説明する。まず、TPRモチーフ含有タンパク質FKBP51およびFKBP52をグルタチオンS-トランスファーゼ(GST)タグ付けされた形態で精製しました。GST融合TPR-モチーフタンパク質を有するグルタチオン結合ドナービーズと、Hsp90の10-mer C末端ペプチドと結合したアクセプタービーズを用いて、均質な環境下でタンパク質とタンパク質相互作用を調査した。このアッセイを使用して、Hsp90-FKBP51またはHsp90-FKBP52相互作用を破壊する小分子をスクリーニングし、強力で選択的なHsp90-FKBP51相互作用阻害剤を同定しました。
Introduction
分子シャペロンは、タンパク質のフォールディング、輸送、分解など、タンパク質ホメオスタシスに寄与します。彼らはいくつかの細胞プロセスを調節し、癌や神経変性疾患などの多数の疾患にリンクされています1.ヒートショックタンパク質90(Hsp90)は、その機能がATP加水分解によって駆動される立体構造変化に依存し、その共シャペロン2によって媒介されるクライアントタンパク質と結合する最も重要なシャペロンの1つである。治療目標としてHsp90の明らかな可能性にもかかわらず、その機能を微調整する大きな課題を表しています。N末端ATP結合領域を標的としたいくつかのHsp90阻害剤は臨床試験で評価されているが、いずれもマーケティングのために承認されていない3。明確に定義されたリガンド結合ポケット4の欠如のために、Hsp90のC末端領域を標的にすることは、限られた成功を持っていた4.近年、低分子によるHsp90-コカペロン相互作用の破壊が代替戦略5として検討されている。Hsp90-コカペロン相互作用を標的とすることは、一般的な細胞ストレス応答を引き出すものではなく、細胞内プロセスを特異的に調節する可能性を提供する。Hsp90のC末流で保存されたMEEVDペンタペプチドは、コシャペロン6のテトラトリコペプチド反復(TPR)モチーフとの相互作用を担う。ヒトタンパク質データベースにアポイントトされた736 TPRモチーフ含有タンパク質のうち、〜20種類の異なるタンパク質がこのペプチド7を介してHsp90と相互作用する。MEEVDペプチド結合を競合する分子は、TPRドメインを含むHsp90とコシャペロンとの相互作用を破壊するであろう。ペプチド結合部位は類似した三次構造を有するが、異なるTPRモチーフドメイン間の全体的な相同性は比較的低い7であり、Hsp90と特定のTPR-モチーフコシャペロンとの間の相互作用を特異的に遮断し得る分子を同定する機会を提供する。これらのTPR-モチーフコシャペロンの中でも、FK506結合タンパク質(FKBP)51およびFKBP52は、ステロイドホルモン受容体(SHR)シグナル伝達の調節因子であり、癌、ストレス関連疾患、代謝性疾患、およびアルツハイマー病8を含むいくつかのステロイドホルモン依存性疾患に関与する。FKBP51とFKBP52は80%の配列類似性>共有するが、それらの機能は異なる:FKBP52はSHR活性の肯定的な調節因子であり、FKBP51はほとんどの場合8において負の調節因子である。したがって、分子を同定し、Hsp90とFKBP51またはFKBP52との間の相互作用を特異的に遮断し、関連疾患に有望な治療可能性を提供する。
Mplified Luminescent PロキシミティH眼用Assay(アルファスクリーン)は、1994年にウルマンEFららによって最初に開発されました。現在では、ペプチド10、タンパク質11、DNA12、RNA13、糖14など、さまざまな種類の生物学的相互作用を検出するために広く使用されています。この技術では、ビーズの2種類(直径200nm)があり、一方がドナービーズ、もう1つがアクピコンドールビーズである。生体分子はこれらのビーズに固定化されています。彼らの生物学的相互作用は、ドナーとアクセクタービーズを近接させる。680 nmでは、ドナービーズの光化剤が酸素を点灯し、酸素を単一酸素に変換します。単一酸素は寿命が短いため、最大200nmまで拡散することしかできません。アクセクサビーズが近接している場合、そのチオキセン誘導体は、370nmで化学発光を生成する単一の酸素と反応する。このエネルギーは、520-620 nm15で発光する同じアクセプタビーズ内の蛍光体をさらに活性化する。生物学的相互作用が中断された場合、アクセプタービーズとドナービーズは近接に達することができず、その結果、単一の酸素崩壊および低生成信号が生じる。
ここでは、Hsp90とTPRコシャペロン、特にFKBP51およびFKBP52との相互作用を阻害する小分子をスクリーニングするためのこの技術を用いたプロトコルについて説明する。Hsp90極限C末端に対応する10アミノ酸長ペプチドは、アクセプタービーズに結合している。精製されたGSTタグ付きTPRコシャペロンは、グルタチオン結合ドナービーズと相互作用する。Hsp90由来ペプチドとTPR-モチーフコシャペロンとの相互作用がビーズを一緒に持ち込むとき、増幅シグナルが生成される(図1A)。スクリーニングされた小分子がHsp90とTPR-motifコシャペロンとの相互作用を阻害できる場合、この増幅シグナルは減少する(図1B)。それらのIC50 は、定量測定により算出することができる。このプロトコルは、任意のシャペロンに拡張することができます – TPR-モチーフコシャペロン相互作用は、関心のある、新しい分子の開発において非常に重要であり、特にHsp90とFKBP51またはFKBP52間の相互作用を遮断する。
図1: 本アッセイの基本原理( A)精製 GST-FKBP51 はグルタチオン結合ドナービーズと相互作用する。Hsp90の極度C末端に対応する10アミノ酸長ペプチドは、アクセプタービーズに結合されている。FKBP51のHsp90由来ペプチドとTPRドメインとの相互作用は、ドナーとアクセプタービーズを近接させます。680 nmでは、ドナービーズの光化剤が酸素を点灯し、酸素を単一酸素に変換します。アクセプティクサビーズ上のチオキセン誘導体は、一重の酸素と反応し、370 nmで化学発光を生成します。このエネルギーは、520-620 nmで発光するために、同じアクセプタービーズ内のフルオロフォアをさらに活性化します。(B)小分子がHsp90とFKBP51の相互作用を阻害すると、ドナーとアクセプタービーズは近接に達することができない。その後、短い寿命の単一の酸素が崩壊し、検出可能な信号が生成されません。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここでは、Hsp90とTPR-モチーフコシャペロン、特にFKBP51およびFKBP52との相互作用を阻害する小分子をスクリーニングするためのアッセイを用いたプロトコルについて説明する。高いZ’スコア(>0.8)は、ハイスループット形式の堅牢性と信頼性を示しています。結果は1時間以内に得ることができ、少量のビーズ、タンパク質および化合物が必要とされる。さらに、このプロトコルは、関心のある任?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、スウェーデン研究評議会(2018-02843)、ブレイン財団(Fo 2019-0140)、カロリンスカ研究所、ガンバーとヨーゼフ・アノール財団、マグヌス・ベルクヴァルス財団、ガンとベルティル・ストーネス財団、トレ・ニルソンズ医学研究財団、トレ・ニルソンズ財団からの助成金によって支えられました。
Materials
| 384-well plates | Perkin Elmer | 6008350 | Assay volume 25 ml |
| Amicon 10.000 MWCO centrifugation unit | Millipore | UFC901008 | Concentrate protein |
| Ampicillin | Sigma | A0166 | Antibiotics |
| Bacteria shaker Unimax 1010 | Heidolph | Culture bacteria | |
| cDNA clones for human FKBP51 | Source BioScience | clone id: 5723416 | pCMV-SPORT6 vector |
| cDNA clones for human FKBP52 | Source BioScience | clone id: 7474554 | pCMV-SPORT6 vector |
| Chemically Competent E. coli | Invitrogen | C602003 | One Shot BL21 Star (DE3) |
| Data analysis software | GraphPad Prism | 9.0.0 | Analysis data and make figures |
| Data analysis software | Excel | Analysis data | |
| DMSO | Supelco | 1.02952.1000 | Dilute compounds |
| DPBS | Gibco | 14190-144 | Prepare solution |
| EDTA | Calbiochem | 344504 | Prevent proteolysis during sonication |
| Glutathione | Sigma | G-4251 | Elute GST-tagged proteins |
| Glutathione donor beads | Perkin Elmer | 6765300 | Donor bead |
| GST-trap column | Cytiva (GE Healthcare) | 17528201 | Purify GST-tagged proteins |
| Isopropyl-β-D-thiogalactoside | Thermo Fisher Scientific | R0392 | Induce protein expression |
| LB Broth (Miller) | Sigma | L3522 | Microbial growth medium |
| PCR instrument | BIO-RAD | S1000 Thermal Cycler | Amplification/PCR |
| PD-10 column | Cytiva (GE Healthcare) | 17085101 | Solution exchange |
| pGEX-6P-1 vector | Cytiva (GE Healthcare) | 28954648 | Plasmid |
| pGEX-6P-2 vector | Cytiva (GE Healthcare) | 28954650 | Plasmid |
| Plate reader | Perkin Elmer | EnSpire 2300 Multilabel Reader | Read alpha plate |
| Plate reader software | Perkin Elmer | EnSpire Manager | Plate reader software |
| Plate reader software protocol | Perkin Elmer | Alpha 384-well Low volume | Use this protocol to read plate |
| PMSF | Sigma | P7626 | Prevent proteolysis during sonication |
| protease inhibitor cocktail | Sigma | S8830 | Prevent proteolysis during sonication |
| Sodium azide | Sigma | S2002 | As a preservative |
| Sodium cyanoborohydride (NaBH3CN) | Sigma | 156159 | Activates matrix for coupling |
| Ten amino acid peptide NH2-EDASRMEEVD-COOH corresponding to amino acids 714-724 of human Hsp90 beta isoform | Peptide 2.0 inc | Synthesize Hsp90 C-terminal peptide | |
| Test-Tube Rotator | LABINCO | Make end-over-end agitation | |
| Tris-HCl | Sigma | 10708976001 | Block unreacted sites of acceptor beads |
| Tween-20 | Sigma | P1379 | Prevent beads aggregation |
| Ultra centrifuge Avanti J-20 XP | Beckman Coulter | Centrifuge to get bacteria cell pellets | |
| Ultrasonic cell disruptor | Microson | Sonicate cells to release protein | |
| Unconjugated acceptor beads | Perkin Elmer | 6762003 | Acceptor beads |
| XCell SureLock Mini-Cell and XCell II Blot Module | Invitrogen | EI0002 | SDS-PAGE |
References
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