Ортогональная пара лиганд-белок
Ортогональные пары лиганд-белок (также известные как реконструированные лиганд - рецептор интерфейсы или реконструированные фермент - субстрат взаимодействия ) представляют собой связывающую пару белок-лиганд, созданную так, чтобы она была независимой от исходной пары связывания. Это делается путем взятия мутантного белка (встречающегося в природе или селективно созданного), который активируется другим лигандом (тщательно синтезированным или отобранным). Целью здесь является то, что ортогональный лиганд не будет взаимодействовать с исходным белком. Исходный белок также будет спроектирован так, чтобы в некоторых случаях не взаимодействовать с ортогональным лигандом. [1]
Примером ортогональных интерфейсов лиганд-рецептор являются RASSL и DREADD . Это рецепторы, связанные с G-белком , которые активируются синтезированными лигандами, которые обычно не существуют в клетке, такими как антипсихотик Клозапин , что позволяет исследователям контролировать взаимодействие извне и независимо от внутренней активации.
Подходы и конструкции
[ редактировать ]Белково-инженерный подход
[ редактировать ]Подход белковой инженерии включает синтез нового лиганда и направленную мутацию сайта связывания лиганда белка. При таком подходе нужно быть осторожным и менять только специфичность лиганда, не меняя при этом другие действия белка. [1]
Стерическая модификация
[ редактировать ]Дизайн стерической модификации можно свести к трем изменениям пары лиганд-белок:
- Изменение сайта связывания лиганда рассматриваемого белка для получения ортогонального белка с большим карманом для размещения объемистой боковой цепи.
- Дальнейшая модификация ортогонального белка, так что лиганд дикого типа сталкивается с объемистой боковой цепью при попытке связывания.
- Добавление объемистой аминокислоты к одной стороне лиганда, чтобы предотвратить ее связывание с белком дикого типа, и удаление группы с другой стороны модифицированного лиганда, чтобы предотвратить ее столкновение с объемистой стороной дополнительно сконструированного ортогонального белка. цепь [1]
Реверс водородных связей или взаимодействие заряд-заряд
[ редактировать ]Другой способ создания ортогонального белка — поменять местами акцепторы и доноры водородных связей. Например, если лиганд является донором водородной связи, а белок — акцептором водородной связи, замените лиганд на акцептор водородной связи, а белок — на донора. [1] Обращение заряженных взаимодействий аналогично, но оно включает в себя переключение положения положительного заряда и отрицательного заряда белка и лиганда. [2]
Подход синтетической химии
[ редактировать ]Подход химика-синтетика заключается в том, чтобы взять уже существующую мутантную форму белка, которая слабо связывает исходный лиганд, и синтезировать новый лиганд, к которому мутантный белок имеет сильное сродство. Недостатком этого подхода является то, что белок по-прежнему слабо взаимодействует с природным лигандом при низких концентрациях синтетического лиганда. [3]
Подтвержденные заявки
[ редактировать ]Сельское хозяйство
[ редактировать ]Индуцированная засухоустойчивость
[ редактировать ]Парк и др. создали ортогональный интерфейс рецептор-лиганд между PYR1 и мандипропамидом . PYR1 обычно связывается с абсцизовой кислотой , которая затем вместе связывается и инактивирует PP2C в качестве реакции на стресс засухи, что мешает PP2C деактивировать SnRK2 . Это вызывает каскад, который приводит к активации медленного анионного канала 1 и закрытию замыкающих клеток листа и устьиц . В результате потери воды растениями уменьшаются. Естественная реакция растения на использование абсцизовой кислоты для связывания PYR1 в условиях засухи недостаточно сильна и активируется слишком поздно, чтобы существенно замедлить потерю урожая. Абсцизовая кислота в настоящее время слишком дорога для синтеза, чтобы ее можно было использовать в виде спрея для искусственного контроля реакции на засуху в массовом масштабе. Возможность контролировать это извне путем распыления PYR1. ВАННА (ортогональный рецептор) с мандипропамидом (ортогональный лиганд и фунгицид) потенциально могут снижать потери урожая во время засухи у растений с этими сконструированными рецепторами, и было подтверждено, что он работает на рапсе. [4]
Лекарство
[ редактировать ]Контроль гормонального пути
[ редактировать ]Разработка лигандов для мутантных рецепторов, не реагирующих на природный лиганд, может оказаться эффективным способом лечения заболеваний. TRβ- гистидин 435 представляет собой нечувствительный к Т3 мутант, который играет роль в развитии рака гипофиза человека и РТГ. Хассан и Ко показали, что QH2 (ортогональный лиганд) способен аллостерически активировать мутантные рецепторы ядерного гормона TRβ , которые потеряли свою чувствительность к эндогенному Т3 (естественные мутанты), но сохранили свою ДНК-связывающую активность. [5]
Исследовать
[ редактировать ]Смешивание и сопоставление лиганд-связывающих доменов и ДНК-связывающих доменов различных рецепторов гормонов можно использовать в качестве индуцируемого механизма экспрессии для изучения действия любого гена с элементом гормонального ответа в его промоторе . Выборочное изменение лиганд-связывающего домена, чтобы сделать его ортогональным естественному интерфейсу лиганд-рецептор, а также ортогональность ДНК-связывающего домена и элемента гормонального ответа дало бы исследователю точный контроль над транскрипцией гена для изучения действие гена. [2]
Изучение путей передачи сигнала и попытки идентифицировать действие белков, участвующих в этих путях, затруднены из-за обилия и сложности взаимодействий, семейств белков с одинаковым или сходным действием, а также относительного отсутствия селективности в отношении субстратов (хороший пример). из них протеинкиназы ) . Был разработан метод использования радиоактивно меченного ортогонального аналога АТФ с ортогональной киназой, которая использует аналог АТФ для фосфорилирования своих субстратов, что позволяет идентифицировать его мишени в пределах пути по радиоактивной метке, которая добавит мишень. Вариации этого подхода можно использовать для идентификации функции белков сигнальной трансдукции, функция которых остается неопределенной. [6]
Ссылки
[ редактировать ]- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Боерсма, Мелисса (2008). Разработка сродства и селективности пептидных ингибиторов белок-белковых взаимодействий посредством модификации боковой цепи и основной цепи . Университет Висконсин-Мэдисон: ProQuest LLC. стр. 5–10. ISBN 9780549809890 . Проверено 8 октября 2015 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Ши, Ю.; Ко, Джей Ти (1 мая 2001 г.). «Селективная регуляция экспрессии генов с помощью ортогональной пары рецептор-лиганд эстрогена, созданной путем обмена полярных групп» . Химия и биология . 8 (5): 501–510. дои : 10.1016/s1074-5521(01)00028-x . ISSN 1074-5521 . ПМИД 11358696 .
- ^ Чокалингам, К; Чжао, Х. (июль 2005 г.). «Создание новых специфических пар лиганд-рецептор для регуляции трансгена». Тенденции в биотехнологии . 23 (7): 333–335. дои : 10.1016/j.tibtech.2005.05.002 . ПМИД 15978316 .
- ^ Пак, Сан-Юль; Петерсон, Фрэнсис К.; Москуна, Асаф; Яо, Джин; Волкман, Брайан Ф.; Катлер, Шон Р. (23 апреля 2015 г.). «Агрохимический контроль использования растительной воды с использованием инженерных рецепторов абсцизовой кислоты». Природа . 520 (7548): 545–548. Бибкод : 2015Natur.520..545P . дои : 10.1038/nature14123 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 25652827 . S2CID 4456559 .
- ^ Хасан, А. Камрул; Ко, Джон Т. (12 июля 2006 г.). «Функционально ортогональная пара лиганд-рецептор, созданная путем воздействия на аллостерический механизм рецептора гормона щитовидной железы» . Журнал Американского химического общества . 128 (27): 8868–8874. дои : 10.1021/ja060760v . ISSN 0002-7863 . ПМК 2515387 . ПМИД 16819881 .
- ^ Ульрих, Скотт М; Бузко, Александр; Шах, Кавита; Шокат, Кеван М (24 ноября 2000 г.). «На пути к созданию ортогональной пары протеинкиназа/нуклеотид-трифосфат» . Тетраэдр . 56 (48): 9495–9502. дои : 10.1016/S0040-4020(00)00834-6 .