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Dieses Protokoll enthält Anweisungen für die klonale-Zelllinie Auswahl und einem Calcium-Biolumineszenz-Assay, um die Struktur-Aktivitäts-Beziehungen von synthetisierten Arthropoden Neuropeptide auf ihren verwandten GPCRs zu analysieren. Dieser Test kann für die Rezeptor deorphanization und Struktur-Wirkungs-Beziehungen für synthetische Analog-Design-und Peptid-/ Drogen-Lead Discovery verwendet werden.
Arthropoden Hormonrezeptoren sind potentielle Ziele für neue Pestizide, wie sie viele wichtige physiologische und verhaltensbezogene Prozesse regulieren. Die meisten von ihnen gehören zu der Superfamilie der G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs). Wir haben uns auf die Charakterisierung von Arthropoden Kinin Rezeptoren aus der Zecke und Moskito konzentriert. Arthropoden Kinine sind multifunktionale Neuropeptide mit myotroper, harntreibend und Neurotransmitter-Funktion. Hier wird ein Verfahren zur systematischen Analyse von Struktur-Aktivitäts-Beziehungen von Insekten Kinine auf zwei heterologen Kinin-Rezeptor-exprimierenden Systemen beschrieben. Wir liefern wichtige Informationen, die für die Entwicklung von biostabilen Kinin-Analoga mit dem Potenzial, das Diuretikum, myotroper und / oder Verdauungsprozesse in Zecken und Mücken stören.
Die Kinin Rezeptoren aus dem südlichen Vieh tick, Boophilus microplus (Canestrini), und die Mücke Aedes aegypti (Linnaeus), waren stabil in der Säugetier-Zelllinie CHO-K1 zum Ausdruck gebracht. Funktionelle Analysen dieser Rezeptoren wurden abgeschlossen mit einem Calcium-Biolumineszenz Platten-Assay, dass die intrazelluläre Biolumineszenz Maßnahmen zur zytoplasmatischen Kalziumspiegel auf Peptid-Anwendung, um diese rekombinanten Zellen zu bestimmen. Diese Methode nutzt die Aequorin-Protein, einem Photoprotein von leuchtenden Quallen isoliert. Wir transient transfizierten die Aequorin Plasmid (mtAEQ/pcDNA1) in Zelllinien, die stabil exprimiert die Kinin Rezeptoren. Diese Zellen wurden dann mit dem Cofaktor Coelenterazin, die Komplexe mit intrazellulären Aequorin behandelt. Diese Bindung bricht in Anwesenheit von Calcium, emittierende Lumineszenz Ebenen bezeichnend für die Calcium-Konzentration. Wie der Kinin-Rezeptor-Signale durch die Freisetzung von intrazellulären Calcium ist die Intensität des Signals, um die Wirksamkeit des Peptids verbunden.
Dieses Protokoll ist eine Synthese aus mehreren zuvor beschriebenen Protokolle mit Modifikationen, es zeigt Schritt-für-Schritt-Anleitungen für die stabile Expression von GPCRs in einer Säugetier-Zelllinie durch funktionelle Assays Platte (Staubly et al, 2002 und Stables et al, 1997.. ). Mit dieser Methode können wir stabile Zelllinien, die Mücke und die Zecke Kinin Rezeptoren herzustellen waren, vergleichen Sie die Potenz von drei Moskito Kinine, identifizieren kritische Aminosäure-Positionen für die Ligand-Rezeptor-Interaktion und führen semi-Throughput-Screening von Peptid- Bibliothek. Da Insekten Kinine anfällig für schnelle enzymatische Abbau durch endogene Peptidasen sind, sind sie stark in Verwendung als Werkzeuge für die Schädlingsbekämpfung oder endokrinologischen Studien beschränkt. Deshalb haben wir auch Kinin-Analoga, die Amino Isobuttersäure (Aib), um ihre Potenz und Biostabilität verbessern getestet. Diese Peptidase-resistenter Analog stellt einen wichtigen Vorsprung bei der Entwicklung von biostabilen Insekten Kinin-Analoga und kann bei der Entwicklung von Neuropeptid-basierte Arthropoden Regelstrategien Hilfe.
1. Gründung von stabilen Zelllinien
2. Die Calcium-Biolumineszenz Platten-Assay
3. Gerätebedienung und Datenanalyse
4. Repräsentative Ergebnisse:
Wenn in CHO-K1-Zellen exprimiert, verhielten sich die Mücke Aedes aegypti Kinin-Rezeptor als Multiligand Rezeptor und funktionell reagierte auf so niedrige Konzentrationen wie 1 nM der drei endogenours Aedes Kinine, Aedae Kinine 1-3, getestet einzeln mit dem Kalzium-Biolumineszenz Platten-Assay . Abbildung 1 zeigt, dass die Reihenfolge der Wirksamkeit erhalten Aedae-K-3> Aedae-K-2> Aedae-K-1, auf den jeweiligen EC 50-Werte von Aedae-K-3, 16.04 nM beruhte; Aedae-K- 2, 26,6 nM und Aedae-K-1, 48,85 nM, die statistisch signifikant verschieden (P <0,05) (Pietrantonio et al., 2005).
Wir verwendeten auch diesen Test, um festzustellen, welche Kinin Rückstände von entscheidender Bedeutung für die Kinin-Peptid-Rezeptor-Interaktion sind. Insect Kinin Peptide haben eine C-terminale Pentapeptid, dass die minimale Sequenz für die biologische Aktivität, die auch als Kern bezeichnet erforderlich ist. In Tabelle 1 wurden die Kinin Peptid Kern-Analoga als Alanin Ersatz-Serie der Core-Kinin Pentapeptid FFSWGa synthetisiert und getestet von einem Kalzium-Biolumineszenz Platten-Assay (Taneja-Bageshwar et al., 2006). Wir fanden, dass die Aminosäuren Phe 1 und Trp 4 wesentlichen für die Aktivität der Insekten Kinine für beide Rezeptoren wurden.
Der Test kann auch verwendet werden, um Peptide für eine verbesserte Biostabilität konzipiert testen. Tabelle 2 zeigt die entworfen Kinin-Analoga, die Amino Isobuttersäure (Aib) auf die Zecke rekombinanten Kinin-Rezeptor und Abbildung 2 zeigt die Aktivität getestet Vergleich von sechs alpha-Amino Isobuttersäure-Analoga auf die Zecke Kinin-Rezeptor exprimierenden CHO-K1-Zelllinie durch eine Kalzium- Biolumineszenz Platten-Assay (Taneja-Bageshwar et al., 2009). Das Hexapeptid analog FFFSWGa ist für eine positive Kontrolle für Rezeptor-Aktivität aufgenommen. Die analogen FF [Aib] WGA führte aktiver als diese Hexapeptid Steuerung analog. Die analogen mit zwei Aminoisobuttersäure Ersatz, [Aib] FF [Aib] WGA wurde der stärkste der Doppel-Ersatz-Analoga getestet (Tabelle 2 und Abbildung 2).
Weitere Beispiele dafür, wie dieser Test wurde und angewendet sehen Nachman und Pietantonio (2010), Nachman et al. (2009), Taneja-Bageshwar et al. (2008a) und Taneja-Bageshwar et al. (2008b).
Abbildung 1. Schätzung von Aedes Kinine effektive Konzentration (EC 50) auf CHO-K1 E10-Zellen durch ein Kalzium-Biolumineszenz Platten-Assay. Die y-Achse in die Konzentrations-Wirkungs-Kurven von Biolumineszenz-Einheiten als Prozentsatz der maximalen Antwort für jeden beobachteten ausgedrückt wurde erhalten Peptid. Die Datenpunkte repräsentieren den Durchschnitt von sechs Wiederholungen in drei unabhängigen Experimenten. Die Balken stellen den Standardfehler. (A) Schätzung von Aedae-K1 EC 50 = 48 nM. (B) Abschätzung der Aedae-K2 EC 50 = 26 nM. (C) Schätzung von Aedae-K3 EC 50 = 16 nM. EC 50 Aedae-K3 50 Aedae-K2 50 Aedae-K1; P <0,05. Statistische Analysen und Diagramme wurden mit dem GraphPad Prism 4.0-Software.
Abbildung 2. Activity Vergleich von sechs alpha-Amino Isobuttersäure-Analoga auf die Zecke Kinin-Rezeptor exprimierenden CHO-K1-Zelllinie durch eine Kalzium-Biolumineszenz Platten-Assay. Die y-Achse repräsentiert Prozent maximal Biolumineszenz Einheiten für jeden analogen als Prozentsatz der Biolumineszenz bei einer Konzentration beobachtet ausgedrückt Vergleich der maximalen Resonanz bei allen Konzentrationen für jeden analogen getestet beobachtet. Statistische Analysen und Diagramme wurden mit GraphPad Prism 4.0-Software durchgeführt.
Tick-Rezeptor-Zell-Linie | Mosquito-Rezeptor-Zell-Linie | |||
Peptide | EC 50 (nM) | Maximal Biolumineszenz Resonanz auf 1 mM | EC 50 (nM) | Maximal Biolumineszenz Resonanz auf 1 mM |
AFSWGa | Ich | Ich | Ich | Ich |
FASWGa | 586 | 5.600 | ND | 400 |
FFAWGa | 64 | 12.800 | 621 | 3.050 |
FFSAGa | Ich | Ich | Ich | Ich |
FFSWAa | 417 | 10.600 | 2.800 | 1.830 |
FFSWGa | 590 | 10.800 | ND | 525 |
FSWGa | Ich | Ich | Ich | Ich |
FFSWa | Ich | Ich | Ich | Ich |
FFSWG-OH | Ich | Ich | Ich | Ich |
FFFSWGa | 259 | 13.000 | 562 | 10.000 |
FF [Aib] WGA | 29 | 12.700 | 445 | 9.300 |
Tabelle 1. Geschätzte Potenzen (EC 50) und maximal Biolumineszenz Resonanz aller Peptide auf Pump und Moskito-Rezeptor transfizierten Zelllinien getestet *.
* Der EC 50 Schätzungen der Konzentration erforderlich, um eine halbmaximale Antwort induzieren. I: Inaktiv, wenn Biolumineszenz Reaktion weniger als 300 Einheiten (Level of vector-only-transfizierten Zellen) ist. A: Die Position, wo der jeweilige Rückstand in das Peptid FFSWGa durch Alanin ersetzt wurde. ND: Die analogen getestet wurde, aber entweder nicht sehr aktiv oder nicht aktiv war bei niedrigeren Molaritäten, also ein EC50 konnte nicht ermittelt werden.
K-Aib-1 | [Aib] FF [Aib] WGA |
K-Aib-2 | [Α MeF] FF [Aib] WGA |
K-Aib-3 | Ac-R [Aib] FF [Aib] WGA |
K-Aib-4 | Ac-R [β3F] FF [Aib] WGA |
K-Aib-5 | [Aib] RFF [Aib] WGA |
K-Aib-6 | [Aib-Aib-Aib-Aib] RFF [Aib] WGA |
Tabelle 2. Kinin-Analoga (K), die Amino Isobuttersäure (Aib) auf die Zecke rekombinanten Kinin-Rezeptor getestet. Ac: Acetyl; α Me: α methyl-Phenylalanin; β3F: β3-Phenylalanin; a: Amid.
Wir konnten die funktionelle Charakterisierung des ersten Neuropeptid-Rezeptor aus der Arachnida (Zecken, Milben und Spinnen), die Zecke Kinin-Rezeptor entdeckt durchführen, die dieses Protokoll verwenden. Diese Methode hat drei primäre Anwendungen. Erstens kann die Technik für die Rezeptor-Ligand deorphanization durch Aktivität Messungen angewendet werden. Zweitens kann der Assay-Lösung Ligand-Rezeptor-Struktur-Aktivitäts-Beziehungen (SAR). Drittens können die Methoden in der Wirkstoffforschung eingesetzt werden. Darüber hinaus kann dieses Protokoll verwendet, um die Aktivität von Agonisten oder Antagonisten an fast jedem GPCR zu studieren. Wir sind dabei, dieses Protokoll für das Screening von kleinen Bibliotheken anzupassen. Die Zelllinie wir genutzt drückt nicht die allgegenwärtige G-Protein G 16. Wir brauchten es, weil Arthropoden Kinin Rezeptoren Signal durch den Gq-Protein und die intrazellulären Calcium-Kaskade und sie erhalten diese Signalwege in Säugerzellen wie hier gezeigt.
Drs. CJP Grimmelikhuijzen und Michael Williamson von der University of Copenhagen (Dänemark) sind für die Bereitstellung der Aequorin Plasmid geschätzt. Unsere Mitarbeiterin, Dr. Ronald J. Nachman von ARS-USDA (TX, USA), ist für die Peptid-Synthese und für die Bereitstellung der Novostar Plattenlesegerät anerkannt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name des Reagenzes | Firma | Katalog-Nummer | Kommentare (optional) |
---|---|---|---|
DMEM | Invitrogen | ABCD1234 | |
CHO-K1-Zellen | ATCC | CCL-61 | Manassas, VA, USA |
F12K Medium | Invitrogen | 21127 | |
Fetal Bovine Serum | Sigma-Aldrich | F0643 | |
Trypsin-EDTA (10x) | Invitrogen | 15400 | |
Antibiotika-Antimykotikum | Invitrogen | 15240 | |
Opti-MEM I Reduzierte Serum Medium | Invitrogen | 31985 | |
Lipofectin Reagent | Invitrogen | 18292-011 | |
Geneticin | Invitrogen | 10131035 | |
MC1061/P3 Ultracomp | Invitrogen | C663-03 | |
QIAprep Spin Miniprep Kit | Qiagen Inc. | 19064 | |
FuGENE 6 Transfektionsreagenz | Roche | 11 814 443 001 | |
96-Well-weißen dünnen Boden microtitere Platte | Costar | 3610 | |
Calcium-freiem DMEM Medien | Invitrogen | 21068 | |
Coelenterazin | Invitrogen | C-2944 | |
Helle-Line Hämazytometer | Hausser Scientific | Horsham, PA | |
Novostar | BMG Labtechnologies | ||
Prism-Software 4.0 | GraphPad Software Inc. | San Diego, CA, USA | |
T-25 und T-75 Flaschen | BD Falcon | 353014 und 353135 |
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