Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Burada membrana bağlı pirofosfataz (Thermotoga maritimadan) inhibitörleri için 96 kuyu plaka biçiminde mobibdenum mavi reaksiyonu dayalı bir tarama yöntemi salıyoruz.
Membrana bağlı pirofosfatazlar (mPPases) bakterilerde, arkelerde, bitkilerde ve protist parazitlerde oluşan dimerik enzimlerdir. Bu proteinler pirofosfatı iki ortofosfat molekülüne ayırırlar, bu moleküller proton ve/veya sodyum iyonile birleştiğinde membran boyunca pompalanırlar. Hayvanlarda ve insanlarda homolog protein oluşmadığından, mPPP'ler potansiyel ilaç hedeflerinin tasarımında iyi adaylardır. Burada 96 kuyu plaka sisteminde mobibdenmavi reaksiyon kullanan mPPase inhibitörleri için ayrıntılı bir protokol sayılmaktadır. Termofilik bakteri Thermotoga maritima (TmPPase) mPPase'yi model enzim olarak kullanıyoruz. Bu protokol basit ve ucuzdur ve tutarlı ve sağlam bir sonuç verir. Testin başlangıcından emici ölçüme kadar etkinlik test protokolünü tamamlamak sadece bir saat sürer. Bu çıktıda üretilen mavi renk uzun bir süre için kararlı olduğundan, sonraki tsay(lar) önceki toplu işlemden hemen sonra gerçekleştirilebilir ve emicilik daha sonra tüm gruplar için aynı anda ölçülebilir. Bu protokolün dezavantajı, elle yapılır ve böylece yorucu yanı sıra pipetting ve zaman tutma iyi beceriler gerektirir olabilir. Ayrıca, bu istihda kullanılan arsenit-sitrat çözeltisi sodyum arsenit içerir, toksik ve gerekli önlemler ile ele alınmalıdır.
Toplam hücresel proteinlerin yaklaşık %25'i membran proteinleridir ve bunların yaklaşık %60'ı ilaç hedefleri1,2'dir. Potansiyel ilaç hedeflerinden biri3, membrana bağlı pirofosfatlar (mPPases), iki ortofosfat içine pirofosfat hidrolizi ile membran boyunca proton ve / veya sodyum iyon pompa dimerik enzimlervardır 4. mPPases çeşitli organizmalarda bulunabilir5 bakteri gibi, arke, bitkiler, ve protist parazitler, insanlar ve hayvanlar hariç4. Protist parazitlerde, örneğin Plasmodium falciparum, Toxoplasma gondii ve Trypanosoma brucei, mPPases parazit virülans için gerekli 6 ve parazitlerde bu ifadenin nakavt dış temel pH maruz kalma sırasında hücre içi pH bakımında başarısızlığa yol açar7. Omurgalılarda homolog protein ve önemi nedeniyle, mPPases protistal hastalıklar için potansiyel ilaç hedefleri olarak kabul edilebilir3.
Bu çalışmada mPPase inhibitörlerinin in vitro taraması TmPPase model sistemine dayanmaktadır. TmPPase, T. maritima'dan gelen sodyum iyon pompalama ve potasyum iyne bağımlı mPPase olup 71 °C8'deoptimum aktiviteye sahiptir. Bu enzimin faydaları örneğin üretim ve arınma kolaylığı, iyi termal stabilite ve yüksek özgül aktivite vardır. TmPPase pozisyon tam koruma yanı sıra protist mPPases3,9 ve Vigna radiata10 mPPase çözülmüş yapısına tüm katalitik artıkların kimliğini yanı sıra yüksek benzerlik gösterir. Farklı konformasyonlarda TmPPase mevcut yapıları da yapı tabanlı uyuşturucu tasarım deneyi için yararlıdır (sanal tarama ve de novo tasarım olarak).
Burada TmPPase inhibitörlerinin 96 kuyu plaka biçiminde taranması için ayrıntılı bir protokol sunarız (Şekil 1). Protokol ilk Fiske ve Subbarow11tarafından geliştirilen mobibdenum mavi reaksiyon, kolorimetrik yöntemine dayanmaktadır. Bu yöntem, ortofosfat ve molybdate asidik koşullar altında 12 fosfathomolybdic asit oluşumunu içerir, daha sonra karakteristik mavi renkli fosfathomolybdenum türleri vermek için azalır12.
1. Protein hazırlama
NOT: TmPPase'nin ifadesi ve arınması başka bir yerde13olarak tanımlanmıştır.
2. Bileşik hazırlama
3. Asayi hazirlama için reaktifler
4. Bir 96 kuyu plakası için faaliyet telbettei
NOT: Tişin şematik iş akışı için Şekil 1'e bakınız.
5. Sonuç analizi
Bu protokolde, pirofosfatazların ortak inhibitörü olan IDP ile birlikte sekiz bileşik (Şekil2A)pozitif kontrol olarak test edildi. Her bileşik üç farklı konsantrasyonda (1 μM, 5 μM ve 20 μM) trilikat olarak test edildi. Taramanın iş akışı Şekil 1'degösterilmiştir , numune ve reaktif hazırlığından başlayarak 860 nm'de emici ölçüme kadar.
Bu protokolün sonunda, Çözelti A + B ve arsenit-sitrat eklendikten sonra, çözeltiler gözlemlenebilir ve enzimatik reaksiyon oluşumunu gösteren molybdate ile fosfat iyonlarının karmaşık oluşumu nedeniyle 709 nm ve 860 nm14 maksimum emilimi ile istikrarlı bir mavi renk geliştirmek. Bu deney için, 709 nm15de emiciliğe göre daha iyi algılama sınırı ve hassasiyeti olduğu için serbest bırakılan Pi miktarının ölçümü için 860 nm'de emicilik kullanıyoruz. Mavi renk tam olarak oda sıcaklığında kuluçka 30 dakika içinde geliştirilmiştir ve en az 5 saat14için kararlı. Tizin 10 μM Pi konsantrasyonuna kadar hassasiyeti vardır ve absorbans 10−800 μM14konsantrasyon aralığında doğrusaldır. Buradaki temsili sonuç olarak, e1−E3 (Şekil 2C)kuyuları inhibitörsüz reaksiyon karışımını içerir ve tayın sonunda mavi çözelti gözlemlenebilir. Bu durum, idp için F1−F3 ve bileşim 1 (TmPPase9'unyakın zamanda bilinen rekabetçi olmayan inhibitörü OLAN ATC 9) için A4−A6 kuyularında olduğu gibi, tam inhibisyonun sağlanamadığı düşük bileşik konsantrasyonlarda da görülebilir. IDP ve bileşik 1'indaha yüksek konsantrasyonu, enzimatik aktivitenin inhibisyonunu gösteren mavi renkte o kadar az (IDP için G1−G3 ve H1−H3 ve Bileşik 1için B4−B6 ve C4−C6) gözlemlenebilir. İnhibe etmeyen bileşiklerin üç konsantrasyonu da(2, 3, ve 8) aynı mavi renk yoğunluğunu sergilerken, E1−E3'ü herhangi bir inhibitör olmaksızın(Şekil 2C).
860 nm'de emiciölçümden sonra veriler işlenebilir ve analiz edilebilir (bkz. protokol bölüm 5). Şekil 2B, doğrusal montajı ile Pi standardının kalibrasyon çizimini gösterir (y = 0.0576x + 0.0019; r2 = 0,999). Şekil 3 enzimatik aktivitenin çizimini gösterir (%) her test bileşiğin konsantrasyonuna karşı. İnhibisyon aktivitesi olan bileşikler için doğrusal olmayan bir eğri uydurması da gösterilir. Pozitif kontrol olarak kullanılan IDP, yüksek konsantrasyonda aktivitede azalma olduğunu açıkça göstermektedir. Üç farklı konsantrasyona göre hesaplanan IC50 (tahmini) 88,2 μM(Tablo 1),sekiz konsantrasyon noktası14olan bir önceki ölçüme (80,0 μM) benzer. Bileşikler 1, 4, 5, 6, ve 7, konsantrasyon ic50 ile arttığı için IDP olarak benzer bir eğilim gösterdi (tahmini) yaklaşık 1.3 μM, 7.4 μM, 19.0 μM, 37.4 μM, ve 156.1 μM, sırasıyla (Tablo 1). Bileşikler için 2, 3, ve 8 aktivite veya inhibisyon hiçbir azalma istif konsantrasyonlarında görülebilir. Sekiz konsantrasyon noktaları ile ek bir titret hassas IC50oluşturmak için yapılabilir. Şekil 4, 1, 5, 6, 7 ve 8 bileşimleri için inhibisyon eğrisini gösterir, ic50 ile 1,7 μM, 21,4 μM, 58,8 μM, 239,0 μM ve >500 μM, sırasıyla9.
Şekil 1: TmPPase inhibisyonu 96 iyi plaka formatında şematik bir iş akışı. Kırmızı numaralandırma protokole göre test adımlarını gösterir ve mavi oklar aralık sırasını gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Örnekler, 96 kuyu plakası içinde düzenlenmesi ve renk gelişimi. (A) 1 −8 bileşimlerinin yapıları titreşme için kullanılır. Bu bileşiklerin inhibisyon aktivitesi Vidilaseris ve ark.9bildirilmiştir. (B) Örnek düzenlemesi. (C) Renk gelişimi, arsenit-sitrat çözeltisi ilavesi sonra 30 dk. Kontrol inhibitörü (IDP) konsantrasyonları ve kullanılan numuneler sırasıyla 2,5 μM, 25 μM ve 250 μM konsantrasyonve 1 μM, 5M ve 20 μM konsantrasyondur. Mavi rengin yoğunluğu enzimatik reaksiyon nedeniyleserbest bırakılan P miktarına karşılık gelir ve renk eksikliği hiçbir enzimatik reaksiyona karşılık gelir. (D) Doğrusal montajlı A860'a karşı Pi standardı (nmol) için kalibrasyon eğrisi (y = 0,0576x + 0,0019; r2 = 0,999). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Üç farklı inhibitör konsantrasyonu için TmPPase yüzde aktivitesieğrisi. IC50 'yi hesaplamak için doğrusal olmayan regresyon eğrileri (tahmini) IDP'nin yanı sıra 1, 4, 5, 6 ve 7 bileşikleri için de gösterilmiştir, ancak 2, 3ve 8 bileşimleri için değil, tsay konsantrasyonlarında TmPPase aktivitesini inhibe etmedikleri için. LogIC50 ve IC50 (tahmini) her bileşiğin Tablo 1'degösterilmiştir. Tüm veriler ortalama ± SD olarak üç çoğaltma ile gösterilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: 1, 5, 6, 7 ve 8 bileşimlerinin sekiz konsantrasyon noktasından inhibisyon eğrisi. Bu rakam Vidilaseris ve ark.9 hafif modifikasyon ile alınır. Tüm veriler ortalama ± SD olarak üç çoğaltma ile gösterilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Örnek | LogIC50 | IC50 (tahmini) (μM) |
ıdp | 1,95 ± 0,0142 | 87.9 ± 2.46 |
1 | 0,112 ± 0,0274 | 1.29 ± 0.0816 |
2 | − | inhibisyonu yok |
3 | − | inhibisyonu yok |
4 | 0,870 ± 0,0447 | 7.39 ± 0.760 |
5 | 1,28 ± 0,0296 | 19.0 ± 1.29 |
6 | 1,57 ± 0,0846 | 37.4 ± 7.29 |
7 | 2.19 ± 0.366 | 156 ± 131 |
8 | − | inhibisyonu yok |
Tablo 1: IDP'nin LogIC50 ve IC50 (tahmini) ve Şekil 3'teki verilere göre 1−8 bileşikleri.
Burada Vidilaseris ve ark14dayalı bir 96 iyi plaka formatında T. maritima membran bağlı pirofosfatse için inhibitörleri basit tarama için ayrıntılı bir protokol rapor . Bu protokol ucuz dur ve asidik koşullarda ortofosfat ve molybdate oluşan ve farklı bir mavi renk 12 ile fosfathomolybdenum türlerine indirgenmiş12fosfathomolybdic asit, dayanmaktadır. Bu yöntem diğer protokoller üzerinde tercih edilir, daha hassas malakit yeşil test16gibi , Bu yöntem TmPPase reaktivasyonu için gerekli olan yüksek fosfolipid konsantrasyonu varlığında girişim göstermez çünkü14.
Tarama protokolünün iş akışı Şekil 1'de gösterilmiştir ve bu işlem 1 saat içinde tam olarak gerçekleştirilebilir. Bu protokol 71 °C'de en uygun çalışma sıcaklığı ve 5 dk reaksiyon süresi ile TmPPase için optimize edilebiyir. Reaksiyon karışımından bu sıcaklıkta su buharlaşacağı için,buharlaşmayı önlemek için yapışkan bir sızdırmazlık levhası (şeritleri sığdırmak ve kaplayacak şekilde dilimlenmiş) uygulanır ve buharlaşan su sadece santrifüj le geri toplanır. 5 dk kuluçka süresi hala enzimatik olarak salınan fosfatın doğrusal aralığında olduğu ve güvenilir tarama için yeterli olduğu için seçilir14. Bu protokolde, iyi ve güvenilir bir sonuç elde etmek için zamanlama ve pipetleme becerileri önemli faktörlerdir. Şeritler arasında 20 s aralığı ile tsurel sırasında reaktiflerin eklenmesi sonraki adımları gerçekleştirme kolaylığı için optimize edilmiş bir zamanlama seçeneğidir.
Farklı mPPP'ler için, inhibisyon teşbinin kullanımından önce optimum sıcaklık ve kuluçka süresi ayrı ayrı belirlenmelidir. Yukarıdaki enzim reaktivasyon protokolü TmPPase için optimize edilmiş ve diğer mPPases farklı bir reaktivasyon protokolü gerekebilir. Örneğin, Pyrobaculum aerophilum'dan mPPase'nin yeniden aktivasyonu için DDM eklenmemelidir, çünkü enzimatikaktivitesini azaltacaktır 17. Enzim önceden iyi hazırlanırsa daha az aktif olacağından, tekrar aktive edilen enzimin eklenmesi, tsurel asyona başlamadan kısa bir süre önce reaksiyon karışımına eklenmelidir. Arsenit-sitrat çözeltisi ilave edildikten sonra reaksiyon ürünü en az 5 saat14oranında stabildir. Bu nedenle, bir sonraki tsay toplu hemen yapılabilir ve emme ölçümü daha sonra tüm toplu tek bir kerede yapılabilir.
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Bu çalışma Jane ve Aatos Erkko Vakfı ve BBSRC (BB/M021610) adrian Goldman hibe tarafından desteklenmiştir, Finlandiya Akademisi (No. 308105) Keni Vidilaseris, (No. 310297) Henri Xhaard ve (No. 265481) Jari Yli-Kauhaluoma ve Helsinki Üniversitesi Araştırma Fonları Gustav Boije af Gennäs için. Yazarlar bernadette Gehl'e proje sırasında ki teknik yardımları için teşekkür eder.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır