Erfassung der Interaktion Kinetics eines Ionenkanals Proteins mit kleinen Molekülen durch die Bio-Schicht Interferometrie Assay
Summary
Hier das Protokoll beschreibt die Wechselwirkungen von gereinigten hEAG1 Ionen-Kanal-Protein mit niedermolekularer Lipid Liganden Phosphatidylinositol 4, 5-Bisphosphate (PIP-2). Die Messung zeigt, dass BLI eine mögliche Methode für neue kleine Molekül-Ion Channel Liganden Screening werden könnte.
Abstract
Die Bio-Layer-Interferometrie (BLI)-Assay ist ein wertvolles Instrument zur Messung von Protein-Protein und Protein-kleine Molekül Interaktionen. Hier beschreiben wir zunächst die Anwendung dieser neuartigen markierungsfreie Technik auf der Wechselwirkung des menschlichen EAG1 Kanalproteine (hEAG1) mit dem kleinen Molekül-PIP-2. hEAG1 Kanal ist wegen seiner abweichenden Überexpression in Krebs und ein paar Gain-of-Function-Mutationen in einigen Arten von neurologischen Erkrankungen beteiligt als mögliche therapeutische Ziel anerkannt. Wir hEAG1 Kanal-Proteine von einem Säugetier stabile Expressionssystem gereinigt und die Interaktion mit PIP2 von BLI gemessen. Die erfolgreiche Messung der Kinetik der Bindung zwischen hEAG1 Protein und PIP2 zeigt, dass die BLI-Assay eine potenzielle Hochdurchsatz-Ansatz für neuartige Small-Molecule-Liganden Screening in der Ionen-Kanal Pharmakologie ist.
Introduction
Ausrichtung der Zelle Oberfläche zugänglich Ion Kanalproteinen mit kleinen Molekülen, bietet ein enormes Potenzial für die Liganden Screening und biologische Drug Discovery1,2,3. Somit ist ein geeignetes Instrument für die Untersuchung der Interaktion zwischen Ionenkanal und kleine Moleküle und ihre entsprechende Funktion erforderlich. Die Patch-Clamp-Aufnahme wurde zu einer einzigartigen und unersetzlichen Technik in Ionen-Kanal funktionelle Assay nachgewiesen. Feststellung, ob die kleinen Moleküle direkt Ionenkanäle Ziel erfordern jedoch andere Technologien. Traditionell wurde radioaktives Ligand-Bindung-Assay verwendet, die Kinetik der Bindung zwischen niedermolekularer und seine Zielprotein Ionen-Kanal zu beobachten. Allerdings beschränkt sich die Nutzung dieser Technik wegen seiner Anforderung in radioaktiven Markierung und Erkennung. Darüber hinaus verhindert, dass der erforderliche Schritt, den kleinen Liganden in der Studie zu kennzeichnen seine Verwendung in vielen Arten von Ionenkanälen ohne bekannte spezifische Liganden. Einige markierungsfreie Techniken wie NMR-Spektroskopie, x-ray Diffraction, Microscale Thermophorese (MST)4 und Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) wurden verwendet, um die Protein-kleine Molekül-Interaktionen zu messen. Aber diese Art von Tests in der Regel können nicht wegen der Schwierigkeit, in voller Länge Protein, niedrige Auflösung von Dynamik, niedriger Durchsatz und hohe Kosten5zu erhalten ausreichenden Informationen zur Verfügung stellen. Im Gegensatz zu diesen Techniken taucht Bio-Schicht Interferometrie (BLI) als eine neuartige markierungsfreie Methodik zur Überwindung dieser Nachteile zum Nachweis von Protein-kleine Molekül Interaktionen durch eine winzige Mengen des Proteins Probe auf den Oberflächen der Immobilisierung Biosensor und Messung der optischen Veränderung signalisiert6,7. Als eine vielversprechende Biosensor-Plattform BLI Technik wird bereits durchgeführt, um die Interaktion von kleinen Molekülen mit natürlichem Wasser lösliche Proteine wie ein menschlicher monoklonaler Antikörper CR80208 beobachten und die detaillierte Testverfahren ist berichtet worden, einem vorherige Artikel9. Obwohl die Schlüsselrolle der Ionen-Kanal-Protein für neue therapeutische Targets Entdeckung erkannt wurde, wurde die Ionen-Kanal Protein-kleine Molekül Interaktion Assay anhand BLI nicht beschrieben.
Der Mensch Äther À Gogo- Kanäle (hEAG1) werden in verschiedene Arten von Krebszellen und zentrale Nervensystem, wodurch der Kanal A möglichen therapeutischen Angriffspunkt vieler Krebsarten und neuronalen Erkrankungen10,11, ausgedrückt 12,13,14. Die elektrophysiologische Untersuchung in unserem Labor hat die inhibitorische Wirkung von Phosphatidylinositol 4, 5-Bisphosphate (PIP2) am hEAG1-Kanal15bestätigt. Anhand unserer Ergebnisse, PIP2 Tests, direkt als Modell für andere Arten von Ionen-Kanal Protein-kleine Molekül zusammengesetzte Interaktion vor allem für diese Kanäle fehlen spezifische Liganden Interaktion mit den hEAG1 mit BLI Technik sein kann. Entsprechend den Anweisungen des BLI Assays, wir vorbereitet biotinylierte hEAG1 Proteine und immobilisiert ihnen auf der Oberfläche des Streptavidin (SA) Biosensor Tipps gefolgt von Interaktion sie PIP2 Lösungen zu beobachten, deren direkte Bindung zwischen den Protein und die Lipid. Nach die Befestigung des PIP2 an die hEAG1 Protein beschichtete Oberfläche, die Dicke der Schicht auf der Oberfläche erhöht, die direkt korreliert die spektrale Verschiebung und können in Echtzeit-16gemessen werden. Die verbindliche Kinetik kann durch eine positive Wende im Verein Schritt und eine negative Verschiebung der Dissoziation Schritt ermittelt werden. Nach diesem Prinzip wir gereinigt die funktionale hEAG1 Ionen-Kanal-Protein von HEK-239T stabile Expressionssystem mit Affinität Reinigung Methode, die in-vitro- funktionellen Zustand beizubehalten, dann gemessen die Kinetik der Bindung von unterschiedlicher Konzentration2PIP und ergab eine semblable kinetischen Daten wie Elektrophysiologische Messungen15beobachtet. Die enge Korrespondenz zwischen den Ergebnissen aus den BLI und Elektrophysiologische Messungen zeigen zum ersten Mal die Eignung von BLI als geeignete analytisches Werkzeug für Ionen-Kanal Membran-Protein-kleine Molekül Interaktion.
Protocol
Representative Results
Discussion
Membran-Ionenkanäle sind als die primäre therapeutische Ziele von über 13 % der derzeit bekannten Medikamente zur Behandlung einer Vielzahl von Krankheiten, einschließlich Herz-Kreislauf- und neurologischen Störungen18überprüft worden. Patch-Clamp-Aufnahme, der goldene Standard zur Messung der funktionellen Ionenkanäle mit kleinen Molekülen, hat wurde am meisten benutzt für Ionen-Kanal Liganden screening. Jedoch können nicht solche elektrophysiologische Ansätze zeigen, ob die kleinen M…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von Bio-ID Center und SJTU Cross-Disciplinary Research Fund in Medizin und Technik (YG2016QN66), National Natural Science Foundation of China (31271217) und National Basic Research Program of China (2014CB910304) unterstützt.
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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