Method Article
* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Qui presentiamo un metodo di screening per gli inibitori di pyrophosphatase legati alla membrana (da Thermotoga maritima) basato sulla reazione blu molybdenum in un formato 96 pozzo piastra.
I piifofosti legati alla membrana (mPPases) sono enzimi dimerici che si verificano nei batteri, negli arcai, nelle piante e nei parassiti protisti. Queste proteine si sciolgono il pirofosfato in due molecole di ortopofosde, che è accoppiato con protone e/o ione di sodio che pompa attraverso la membrana. Poiché non si verificano proteine omologhe negli animali e negli esseri umani, gli mPPasi e sono buoni candidati nella progettazione di potenziali bersagli farmacologici. Qui presentiamo un protocollo dettagliato per lo screening per gli inibitori mPPase utilizzando la reazione blu molybdenum in un sistema di piastra 96. Usiamo mPPase dal batterio termofilo Thermotoga maritima (TmPPase) come enzima modello. Questo protocollo è semplice ed economico, producendo un risultato coerente e robusto. Ci vuole solo circa un'ora per completare il protocollo di analisi dell'attività dall'inizio del saggio fino alla misurazione dell'assorbimento. Poiché il colore blu prodotto in questo saggio è stabile per un lungo periodo di tempo, il saggio successivo può essere eseguito immediatamente dopo il lotto precedente e l'assorbimento può essere misurato in un secondo momento per tutti i lotti contemporaneamente. Lo svantaggio di questo protocollo è che è fatto manualmente e quindi può essere estenuante così come richiedono buone abilità di pipettaggio e di mantenimento del tempo. Inoltre, la soluzione arsenite-citrate utilizzata in questo saggio contiene arsenite di sodio, che è tossico e deve essere maneggiato con le precauzioni necessarie.
Circa il 25% del totale delle proteine cellulari sono proteine di membrana e circa il 60% di esse sono bersagli farmacologici1,2. Uno dei potenziali bersagli farmacologici3, pirofofosasi legati alla membrana (mPPases), sono enzimi dimero che pompano protone e/o ione di sodio attraverso la membrana da idrolisi di piofosfato in due ortoposfati4. mPPases può essere trovato in vari organismi5 come batteri, archea, piante e parassiti protisti, con l'eccezione di esseri umani e animali4. Nei parassiti protisti, per esempio Plasmodium falciparum, Toxoplasma gondii e Trypanosoma brucei, mPPases sono essenziali per la virulenza del parassita6 e knockout di questa espressione nei parassiti portano al fallimento nel mantenimento del pH intracellulare dopo l'esposizione al pH di base esterno7. A causa della loro importanza e della mancanza di proteine omologhe presenti nei vertebrati, mPPases può essere considerato come potenziali bersagli farmacologici per le malattie protische3.
Lo screening in vitro degli inibitori di mPPase in questo lavoro si basa su un sistema modello TmPPase. TmPPase è un mPPasi dipendente dagli ioni di sodio e ioscio da T. maritima e ha la sua attività ottimale a 71 gradi centigradi8. I benefici di questo enzima sono ad esempio la sua facilità di produzione e purificazione, una buona stabilità termica e un'elevata attività specifica. TmPPase mostra sia un'elevata somiglianza oltre alla completa conservazione della posizione, sia l'identità di tutti i residui catalitici al protista mPPases3,9 e la struttura risolta di Vigna radiata10 mPPase. Le strutture disponibili di TmPPase in diverse conformazioni sono utili anche per l'esperimento di progettazione di farmaci basati sulla struttura (come screening virtuale e progettazione de novo).
Qui segnaliamo un protocollo dettagliato per lo screening degli inibitori di TmPPase in un formato 96 ben piatto (Figura 1). Il protocollo si basa sul metodo colorimetrico della reazione blu molybdenum, che è stato sviluppato per la prima volta da Fiske e Subbarow11. Questo metodo comporta la formazione di 12-ciclomolistici da ortopofosfato e molybdate in condizioni acide, che viene poi ridotto per dare caratteristiche specie di fosfomilybdenum di colore blu12.
1. Preparazione delle proteine
NOTA: l'espressione e la purificazione di TmPPase è stata descritta altrove13.
2. Preparazione composta
3. Reagenti per la preparazione del saggio
4. Anale di attività per una piastra da 96 pozzetto
NOTA: vedere la figura 1 per il flusso di lavoro schematico del saggio.
5. Analisi dei risultati
In questo protocollo, sono stati testati otto composti (Figura 2A) insieme a IDP, un inibitore comune di pirofofosofasi, come controllo positivo. Ogni composto è stato testato in triplice copia a tre diverse concentrazioni (1 M, 5 M e 20 M) in triplice copia. Il flusso di lavoro dello screening è illustrato nella Figura 1, a partire dalla preparazione del campione e del reagente fino alla misurazione dell'assorbimento a 860 nm.
Alla fine di questo protocollo, dopo l'aggiunta della soluzione A e B e dell'arsenite-citrato, le soluzioni sviluppano un colore blu stabile con il massimo assorbimento a 709 nm e 860 nm14 a causa della complessa formazione di ioni fosfati con molybdate che può essere osservata e mostra il verificarsi della reazione enzimatica. Per questo esperimento, utilizziamo l'assorbimento a 860 nm per la misurazione della quantità di Pi rilasciata in quanto ha un migliore limite di rilevamento e sensibilità rispetto all'assorbimento a 709 nm15. Il colore blu è completamente sviluppato in 30 min di incubazione a temperatura ambiente e stabile per almeno 5 h14. Il saggio ha la sensibilità fino alla concentrazione di Pi di 10 M e l'assorbimento è lineare su un intervallo di concentrazione di 10-800 M14. Nel risultato rappresentativo qui, i pozzi E1-E3 (Figura 2C) contengono la miscela di reazione senza inibitore e la soluzione blu può essere osservata alla fine del saggio. Questo può essere osservato anche a basse concentrazioni composte in cui non è stata raggiunta l'inibizione completa, come nei pozzi F1-F3 per IDP e pozzi A4-A6 per il composto 1 (ATC, un inibitore non competitivo recente di TmPPase9) alla concentrazione di 2,5 e 1 M, rispettivamente. La maggiore concentrazione di IDP e composto 1, meno o meno il colore blu può essere osservata (G1-G3 e H1-H3 per IDP e B4B6 e C4-C6 per il composto 1) indicando l'inibizione dell'attività enzimatica. Tutte e tre le concentrazioni di composti non inibitori (2, 3e 8) mostravano la stessa intensità di colore blu, così come i pozzi E1-E3 senza alcun inibitore (Figura 2C).
Dopo la misurazione dell'assorbimento a 860 nm, i dati possono essere elaborati e analizzati (vedere la sezione protocollo 5). La figura 2D mostra il grafico di calibrazione dello standard Pi con il suo raccordo lineare (y - 0,0576x - 0,0019; r2 - 0,999). La figura 3 mostra la trama dell'attività ezimatica (%) contro la concentrazione di ogni composto testato. Per i composti con attività di inibizione, viene mostrato anche un raccordo di curva non lineare. L'IDP, utilizzato come controllo positivo, mostra chiaramente una diminuzione dell'attività a una maggiore concentrazione. L'IC50 (stima) calcolato sulla base di tre diverse concentrazioni è di 88,2 M (tabella 1), che è simile alla misura precedente (80,0 M) con otto punti di concentrazione14. Composti 1, 4, 5, 6, e 7 hanno mostrato una tendenza simile a quella dell'IDP poiché la concentrazione è aumentata con l'IC50 (stima) di circa 1,3 m, 7,4 m, 19,0 M, 37,4M e 156,1 M, rispettivamente(tabella 1). Per i composti 2, 3, e 8 nessuna riduzione dell'attività o dell'inibizione può essere osservata alle concentrazioni di analisi. Un ulteriore saggio con otto punti di concentrazione può essere fatto per generare preciso IC50. La figura 4 mostra la curva di inibizione per i composti 1, 5, 6, 7 e 8 con un IC50 di 1,7 M, 21,4 m, 58,8 M, 239,0 M e >500 M, rispettivamente9 .
Figura 1: Un flusso di lavoro schematico del saggio di inibizione di TmPPase in un formato a 96 piastra. La numerazione rossa mostra i passi del saggio in base al protocollo e le frecce blu mostrano l'ordine degli intervalli. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Campioni, la loro disposizione e lo sviluppo del colore in una piastra di 96 pozzi. (A) Le strutture dei composti 1e8 utilizzati per il saggio. L'attività di inibizione di questi composti è stata riportata in Vidilaseris et al.9. (B) Disposizione del campione. (C) Sviluppo del colore, 30 min dopo l'aggiunta della soluzione arsenite-citrato. Le concentrazioni di inibitore di controllo (IDP) e i campioni utilizzati, disposti dall'alto verso il basso, sono rispettivamente di 2,5 M, 25 m e di concentrazione di 250 M e di 1 concentrazione m, 5 M e 20 M. L'intensità del colore blu corrisponde alla quantità di Pi rilasciata a causa della reazione ezimatica e la mancanza di colore non corrisponde a nessuna reazione ezimatica. (D) Curva di calibrazione per lo standard Pi (nmol) rispetto a A860 con raccordo lineare (y - 0,0576x - 0,0019; r2 - 0,999). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Curva dell'attività percentuale di TmPPase per tre diverse concentrazioni di inibitori. Le curve di regressione non lineari per calcolare l'IC50 (stima) sono indicate per idP così come per i composti 1, 4, 5 , 6e 7 ma non per i composti 2, 3e 8 in quanto non inibivano l'attività di TmPPase alle concentrazioni di analisi. Il logIC50 e IC50 (stima) di ogni composto è mostrato nella Tabella 1. Tutti i dati vengono visualizzati come media: SD con tre repliche. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Curva di inibizione da otto punti di concentrazione di composti 1, 5, 6, 7 e 8. Questa cifra è tratta da Vidilaseris et al.9 con lievi modifiche. Tutti i dati vengono visualizzati come media: SD con tre repliche. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Esempio | LogIC50 (in modo | IC50 (stima) |
Idp | 1,95 x 0,0142 | 87,9 x 2,46 |
1 | 0,112 - 0,0274 | 1,29 x 0,0816 |
2 | − | nessuna inibizione |
3 | − | nessuna inibizione |
4 | 0,870 - 0,0447 | 7,39 x 0,760 |
5 | 1.28 - 0,0296 | 19.0 - 1,29 |
6 | 1,57 - 0,0846 | 37,4 x 7,29 |
7 | 2.19 - 0,366 | 156 x 131 |
8 | − | nessuna inibizione |
Tabella 1: LogIC50 e IC50 (stima) di IDP e composti 1/8 in base ai dati della Figura 3.
Qui riportiamo un protocollo dettagliato per lo screening semplice degli inibitori per la pirofosasi legata alla membrana da T. maritima in un formato 96 pozzo basato su Vidilaseris et al.14. Questo protocollo è poco costoso e basato su 12-acido fosforolismibdico, che è formato da ortopofosfato e molybdate in condizioni acide e ridotto a specie di fosfomilybdenum con un colore blu distinto12. Questo metodo è preferito rispetto ad altri protocolli, come il più sensibile asdetto verde malachite16, perché questo metodo non mostra interferenze in presenza di alta concentrazione di fosfolipidi che è necessaria per La riattivazione DiTmPPase14.
Il flusso di lavoro del protocollo di screening è illustrato nella Figura 1 e questo processo può essere completato in 1 h. Questo protocollo è ottimizzato per TmPPase con la temperatura di lavoro ottimale a 71 gradi centigradi e un tempo di reazione di 5 min. Man mano che l'acqua evapora a questa temperatura dalla miscela di reazione, viene applicato un foglio di tenuta adesivo (affettato per adattarsi e coprire le strisce) per evitare l'evaporazione14 e l'acqua evaporata viene semplicemente riraccoltata con centrifugazione. Il tempo di incubazione di 5 min è scelto in quanto è ancora nella gamma lineare del fosfato ezimaticamente rilasciato e sufficiente per uno screening affidabile14. In questo protocollo, i tempi e le abilità di pipettaggio sono fattori importanti per ottenere un risultato buono e affidabile. L'aggiunta di reagenti durante il saggio con intervallo di 20 s tra le strisce è un'opzione di temporizzazione ottimizzata per facilitare l'esecuzione dei passaggi successivi.
Per i diversi mPPases, la temperatura ottimale e il tempo di incubazione devono essere determinati separatamente prima dell'uso nell'anibizza. Il protocollo di riattivazione degli enzimi di cui sopra è ottimizzato per TmPPase e altri mPPases potrebbero aver bisogno di un protocollo di riattivazione diverso. Ad esempio, DDM non dovrebbe essere aggiunto per la riattivazione di mPPase da Pyrobaculum aerophilum in quanto diminuirà la sua attività ezimatica17. Poiché l'enzima diventerà meno attivo se preparato con largo anticipo, l'aggiunta dell'enzima riattivato deve essere aggiunta alla miscela di reazione poco prima dell'inizio del saggio. Dopo l'aggiunta della soluzione arsenite-citrato il prodotto di reazione è stabile per almeno 5 h14. Pertanto, il batch successivo del saggio può essere eseguito immediatamente e la misurazione dell'assorbimento può essere eseguita in un secondo momento per tutti i lotti contemporaneamente.
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questo lavoro è stato sostenuto dalle sovvenzioni della Jane and Aatos Erkko Foundation e della BBSRC (BB/M021610) ad Adrian Goldman, l'Accademia di Finlandia (n. 308105) a Keni Vidilaseris, (n. 310297) a Henri Xhaard, e (n. 265481) a Jari Yli-Kauhaluoma, e l'Università di Helsinki Fondi di Ricerca a Gustav Boije af Gennàs. Gli autori ringraziano Bernadette Gehl per il suo aiuto tecnico durante il progetto.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Adhesive sealing sheet | Thermo Scientific | AB0558 | |
Ammonium heptamolybdate tetrahydrate | Merck | F1412481 636 | |
Ascorbic acid | Sigma-Aldrich | 95212-250G | |
BioLite 96Well Multidish | Thermo Scientific | 130188 | |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Merck | 1167431000 | |
8-well PCR Tube Strips 0.2 ml without caps (120) | Nippon genetics | FG-028 | |
Dodecyl maltoside (DDM) | Melford | B2010-100G | |
Ethanol | Merck | 1009901001 | |
Glacial acetic acid | Merck | 1000631011 | |
Hydrochloric acid | Sigma-Aldrich | 258148-500ML | |
Imidodiphosphate sodium salt | Sigma-Aldrich | I0631-1G | |
L-α-Phosphatidyl choline from soybean lecithin | Sigma | 429415-100GM | |
Magnesium chloride | Sigma-Aldrich | 8147330500 | |
Multiplate 96-Well PCR Plates | Bio-Rad | MLL9651 | |
MultiSkan Go | Thermo Scientific | 10680879 | |
Nepheloskan Ascent (Type 750) | Labsystems | ||
Polystyrene Petri dish (size 150 mm x 15 mm) | Sigma-Aldrich | P5981-100EA | |
Potassium chloride | Merck | 104936 | |
Prism 6 software | GraphPad | ||
QBT2 Heating block | Grant Instruments | ||
Sodium meta-arsenite | Fisher Chemical | 12897692 | |
Sodium phosphate dibasic (Pi) | Sigma | S0876-1KG | |
Sodium pyrophosphate dibasic | Fluka | 71501-100G | |
Trisodium citrate dihydrate | Fluka | 71404-1KG |
Richiedi autorizzazione per utilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi AutorizzazioneThis article has been published
Video Coming Soon