Химически индуцированная димеризация

Химически индуцированная димеризация ( CID ) — это биологический механизм, при котором два белка связываются только в присутствии определенной небольшой молекулы, фермента или другого димеризующего агента. ^[1] Генно-инженерные системы CID используются в биологических исследованиях для контроля локализации белков, управления сигнальными путями и индукции активации белков. ^[2]

История

Первая низкомолекулярная система CID была разработана в 1993 году и использовала FK1012 , производное препарата такролимус (FK506), для индукции гомодимеризации FKBP . ^[2] Эту систему использовали in vivo для индукции связывания между рецепторами клеточной поверхности, которые не могли связываться обычным способом, поскольку у них отсутствовал трансмембранный и внеклеточный домен. Добавление FK1012 к клеткам вызывало передачу сигнала.

Системы химически индуцированной димеризации

Целевые белки		Димеризующий агент	Ссылки
ФКБП	ФКБП	ФК1012	^[3]
ФКБП	Кальцинеурин А (CNA)	ФК506	^[4]
ФКБП	CyP-Fas	ФКЦСА	^[5]
ФКБП	Домен FRB (FKBP-рапамицин-связывающий) mTOR	Рапамицин	^[6]
ГырБ	ГырБ	Кумермицин	^[7]
ПРЕДМЕТ	GID1 (нечувствительный к гиббереллину карлик 1)	Гиббереллин	^[8]
АБИ	PYL	Абсцизовая кислота	^[9]
АБИ	ПИР ^{Купаться}	Мандипропамид	^[10]
SNAP-тег	Приветтег	ХаХС	^[11]
eDHFR	Приветтег	TMP-HTag	^[12]
Bcl-xL	Потрясающе (AZ1)	АБТ-737	^[13]
антикофеина верблюжьего Нанотело	Нанотело верблюдовых (гомодимер)	Кофеин	^[14]
ВХ -антикотиновый	ВЛ – антиникотиновый	Никотин	^[15]
Анти-RR120 верблюжье нанотело	Нанотело верблюдовых (гомодимер)	RR120 ( азокраситель )	^[15]
^ОГОНЬярлык	^ОГОНЬсмерть	^{соответствовать}550	^[16]

Приложения

CID использовался для ряда приложений в биомедицинских исследованиях. В большинстве случаев каждый димеризующийся белок экспрессируется как часть слитой конструкции с другими представляющими интерес белками. Добавление химического димеризующего агента сближает обе конструкции друг с другом и индуцирует взаимодействие между интересующими белками. CID использовался для регулирования и мониторинга транскрипции генов, передачи сигналов и посттрансляционных модификаций белков.

Недавно CID также использовался для создания основного компонента биокомпьютеров — логических вентилей — из генетически модифицированных клеток. ^[8] В этом приложении две независимые системы CID, одна на основе растительных белков, а другая на основе бактериальных белков, экспрессируются в одной и той же клетке. Каждый набор белков можно вызвать димеризацию путем добавления отдельного химического вещества. Создавая слитые белки мембраносвязанные белки и белки, которые активируют взъерошивание клеток воротами И и ИЛИ с димеризующимися белками, можно создать , которые принимают химические димеризующие агенты в качестве входных данных и возвращают взъерошенное или невозмутенное состояние в качестве выхода.

Ссылки

^ Копытек С.Дж., Стандарт РФ, Дайер Дж.К., Ху Дж.К. (май 2000 г.). «Химически индуцированная димеризация дигидрофолатредуктазы гомобифункциональным димером метотрексата» . Химия и биология . 7 (5): 313–21. дои : 10.1016/s1074-5521(00)00109-5 . ПМИД 10801470 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Феган А, Уайт Б, Карлсон Дж. К., Вагнер Ч. Р. (июнь 2010 г.). «Химически контролируемая сборка белка: методы и применение». Химические обзоры . 110 (6): 3315–36. дои : 10.1021/cr8002888 . ПМИД 20353181 .
^ Спенсер Д.М., Уэндлесс Т.Дж., Шрайбер С.Л., Крэбтри Г.Р. (ноябрь 1993 г.). «Управление передачей сигнала с помощью синтетических лигандов». Наука . 262 (5136): 1019–24. Бибкод : 1993Sci...262.1019S . дои : 10.1126/science.7694365 . ПМИД 7694365 .
^ Хо С.Н., Биггар С.Р., Спенсер Д.М., Шрайбер С.Л., Крэбтри Г.Р. (август 1996 г.). «Димерные лиганды определяют роль доменов активации транскрипции в повторной инициации». Природа . 382 (6594): 822–6. Бибкод : 1996Natur.382..822H . дои : 10.1038/382822a0 . ПМИД 8752278 . S2CID 3145479 .
^ Белшоу П.Дж., Хо С.Н., Крэбтри Г.Р., Шрайбер С.Л. (май 1996 г.). «Контроль ассоциации белков и субклеточной локализации с помощью синтетического лиганда, индуцирующего гетеродимеризацию белков» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (10): 4604–7. Бибкод : 1996PNAS...93.4604B . дои : 10.1073/pnas.93.10.4604 . ПМК 39324 . ПМИД 8643450 .
^ Ривера В.М., Клаксон Т., Натесан С., Поллок Р., Амара Дж.Ф., Кинан Т. и др. (сентябрь 1996 г.). «Гуманизированная система фармакологического контроля экспрессии генов». Природная медицина . 2 (9): 1028–32. дои : 10.1038/nm0996-1028 . ПМИД 8782462 . S2CID 30469863 .
^ Фаррар М.А., Альберол-Ила Дж., Перлмуттер Р.М. (сентябрь 1996 г.). «Активация киназного каскада Raf-1 путем димеризации, индуцированной кумермицином». Природа . 383 (6596): 178–81. Бибкод : 1996Natur.383..178F . дои : 10.1038/383178a0 . PMID 8774884 . S2CID 4264147 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Миямото Т., ДеРоуз Р., Суарес А., Уэно Т., Чен М., Сан Т.П. и др. (март 2012 г.). «Быстрый и ортогональный логический вентиль с системой димеризации, индуцированной гиббереллином» . Химическая биология природы . 8 (5): 465–70. дои : 10.1038/nchembio.922 . ПМЦ 3368803 . ПМИД 22446836 .
^ Лян Ф.С., Хо WQ, Крэбтри GR (март 2011 г.). «Разработка пути стресса растений ABA для регулирования индуцированной близости» . Научная сигнализация . 4 (164): сс2. дои : 10.1126/scisignal.2001449 . ПМК 3110149 . ПМИД 21406691 .
^ Зиглер М.Дж., Изерентант К., Миддел В., Дансинг В., Гралак А.Дж., Пакари К. и др. (09.04.2020). «Химическая стратегия контроля белковых сетей in vivo». дои : 10.1101/2020.04.08.031427 . S2CID 215790898 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Эрхарт Д., Циммерман М., Джеймс О., Виттвер М.Б., Эрнст Б., Констебль Э. и др. (апрель 2013 г.). «Химическая разработка гетеродимеризаторов внутриклеточных белков» . Химия и биология . 20 (4): 549–57. doi : 10.1016/j.chembiol.2013.03.010 . ПМИД 23601644 .
^ Баллистер Э.Р., Аонбангкхен С., Мэйо А.М., Лэмпсон М.А., Ченовет Д.М. (ноябрь 2014 г.). «Локализованная димеризация белков, индуцированная светом, в живых клетках с использованием димеризатора с фотоклеткой» . Природные коммуникации . 5 (5475): 5475. Бибкод : 2014NatCo...5.5475B . дои : 10.1038/ncomms6475 . ПМЦ 4308733 . ПМИД 25400104 .
^ Хилл З.Б., Мартинко А.Дж., Нгуен Д.П., Уэллс Дж.А. (февраль 2018 г.). «Химически индуцированные димеризаторы на основе человеческих антител для клеточной терапии» . Химическая биология природы . 14 (2): 112–117. дои : 10.1038/NCHEMBIO.2529 . ПМК 6352901 . ПМИД 29200207 .
^ Лесн, Жан; Чанг, Хун Джу; Де Виш, Анжелика; Палони, Маттео; Барт, Филипп; Гишу, Жан-Франсуа; Майонове, Полина; Бардуччи, Алессандро; Лабесс, Жиль; Бонне, Джером; Коэн-Гонсо, Мартин (12 февраля 2019 г.). «Структурная основа химически индуцированной гомодимеризации однодоменного антитела» . Научные отчеты . 9 (1): 1840. Бибкод : 2019НатСР...9.1840Л . дои : 10.1038/s41598-019-38752-y . ISSN 2045-2322 . ПМК 6372657 . ПМИД 30755682 . S2CID 60441585 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Шеллер, Лео; Стриттматтер, Тобиас; Фукс, Дэвид; Бояр, Дэниел; Фюссенеггер, Мартин (23 апреля 2018 г.). «Обобщенная сенсорная платформа внеклеточных молекул для программирования клеточного поведения» . Химическая биология природы . 14 (7): 723–729. дои : 10.1038/s41589-018-0046-z . ISSN 1552-4469 . ПМИД 29686358 . S2CID 13821360 .
^ Боттон, Сара; Жолио, Октава; Чакил, Зейнеб Вилдан; Эль Хаджи, Лина; Ракотоарисон, Луиза-Мари; Бонкомпейн, Гаэль; Перес, Франк; Готье, Арно (2023). «Технология флуорогенной химически индуцированной димеризации для контроля, визуализации и определения близости белков» . Природные методы . 20 (10): 1553–1562. дои : 10.1038/s41592-023-01988-8 . ISSN 1548-7105 .

[1] Копытек С.Дж., Стандарт РФ, Дайер Дж.К., Ху Дж.К. (май 2000 г.). «Химически индуцированная димеризация дигидрофолатредуктазы гомобифункциональным димером метотрексата» . Химия и биология . 7 (5): 313–21. дои : 10.1016/s1074-5521(00)00109-5 . ПМИД 10801470 .

[Fegan_2010-2] Перейти обратно: ^а ^б Феган А, Уайт Б, Карлсон Дж. К., Вагнер Ч. Р. (июнь 2010 г.). «Химически контролируемая сборка белка: методы и применение». Химические обзоры . 110 (6): 3315–36. дои : 10.1021/cr8002888 . ПМИД 20353181 .

[3] Спенсер Д.М., Уэндлесс Т.Дж., Шрайбер С.Л., Крэбтри Г.Р. (ноябрь 1993 г.). «Управление передачей сигнала с помощью синтетических лигандов». Наука . 262 (5136): 1019–24. Бибкод : 1993Sci...262.1019S . дои : 10.1126/science.7694365 . ПМИД 7694365 .

[4] Хо С.Н., Биггар С.Р., Спенсер Д.М., Шрайбер С.Л., Крэбтри Г.Р. (август 1996 г.). «Димерные лиганды определяют роль доменов активации транскрипции в повторной инициации». Природа . 382 (6594): 822–6. Бибкод : 1996Natur.382..822H . дои : 10.1038/382822a0 . ПМИД 8752278 . S2CID 3145479 .

[5] Белшоу П.Дж., Хо С.Н., Крэбтри Г.Р., Шрайбер С.Л. (май 1996 г.). «Контроль ассоциации белков и субклеточной локализации с помощью синтетического лиганда, индуцирующего гетеродимеризацию белков» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (10): 4604–7. Бибкод : 1996PNAS...93.4604B . дои : 10.1073/pnas.93.10.4604 . ПМК 39324 . ПМИД 8643450 .

[6] Ривера В.М., Клаксон Т., Натесан С., Поллок Р., Амара Дж.Ф., Кинан Т. и др. (сентябрь 1996 г.). «Гуманизированная система фармакологического контроля экспрессии генов». Природная медицина . 2 (9): 1028–32. дои : 10.1038/nm0996-1028 . ПМИД 8782462 . S2CID 30469863 .

[7] Фаррар М.А., Альберол-Ила Дж., Перлмуттер Р.М. (сентябрь 1996 г.). «Активация киназного каскада Raf-1 путем димеризации, индуцированной кумермицином». Природа . 383 (6596): 178–81. Бибкод : 1996Natur.383..178F . дои : 10.1038/383178a0 . PMID 8774884 . S2CID 4264147 .

[Miyamoto_2012-8] Перейти обратно: ^а ^б Миямото Т., ДеРоуз Р., Суарес А., Уэно Т., Чен М., Сан Т.П. и др. (март 2012 г.). «Быстрый и ортогональный логический вентиль с системой димеризации, индуцированной гиббереллином» . Химическая биология природы . 8 (5): 465–70. дои : 10.1038/nchembio.922 . ПМЦ 3368803 . ПМИД 22446836 .

[9] Лян Ф.С., Хо WQ, Крэбтри GR (март 2011 г.). «Разработка пути стресса растений ABA для регулирования индуцированной близости» . Научная сигнализация . 4 (164): сс2. дои : 10.1126/scisignal.2001449 . ПМК 3110149 . ПМИД 21406691 .

[10] Зиглер М.Дж., Изерентант К., Миддел В., Дансинг В., Гралак А.Дж., Пакари К. и др. (09.04.2020). «Химическая стратегия контроля белковых сетей in vivo». дои : 10.1101/2020.04.08.031427 . S2CID 215790898 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[11] Эрхарт Д., Циммерман М., Джеймс О., Виттвер М.Б., Эрнст Б., Констебль Э. и др. (апрель 2013 г.). «Химическая разработка гетеродимеризаторов внутриклеточных белков» . Химия и биология . 20 (4): 549–57. doi : 10.1016/j.chembiol.2013.03.010 . ПМИД 23601644 .

[12] Баллистер Э.Р., Аонбангкхен С., Мэйо А.М., Лэмпсон М.А., Ченовет Д.М. (ноябрь 2014 г.). «Локализованная димеризация белков, индуцированная светом, в живых клетках с использованием димеризатора с фотоклеткой» . Природные коммуникации . 5 (5475): 5475. Бибкод : 2014NatCo...5.5475B . дои : 10.1038/ncomms6475 . ПМЦ 4308733 . ПМИД 25400104 .

[13] Хилл З.Б., Мартинко А.Дж., Нгуен Д.П., Уэллс Дж.А. (февраль 2018 г.). «Химически индуцированные димеризаторы на основе человеческих антител для клеточной терапии» . Химическая биология природы . 14 (2): 112–117. дои : 10.1038/NCHEMBIO.2529 . ПМК 6352901 . ПМИД 29200207 .

[14] Лесн, Жан; Чанг, Хун Джу; Де Виш, Анжелика; Палони, Маттео; Барт, Филипп; Гишу, Жан-Франсуа; Майонове, Полина; Бардуччи, Алессандро; Лабесс, Жиль; Бонне, Джером; Коэн-Гонсо, Мартин (12 февраля 2019 г.). «Структурная основа химически индуцированной гомодимеризации однодоменного антитела» . Научные отчеты . 9 (1): 1840. Бибкод : 2019НатСР...9.1840Л . дои : 10.1038/s41598-019-38752-y . ISSN 2045-2322 . ПМК 6372657 . ПМИД 30755682 . S2CID 60441585 .

[:0-15] Перейти обратно: ^а ^б Шеллер, Лео; Стриттматтер, Тобиас; Фукс, Дэвид; Бояр, Дэниел; Фюссенеггер, Мартин (23 апреля 2018 г.). «Обобщенная сенсорная платформа внеклеточных молекул для программирования клеточного поведения» . Химическая биология природы . 14 (7): 723–729. дои : 10.1038/s41589-018-0046-z . ISSN 1552-4469 . ПМИД 29686358 . S2CID 13821360 .

[16] Боттон, Сара; Жолио, Октава; Чакил, Зейнеб Вилдан; Эль Хаджи, Лина; Ракотоарисон, Луиза-Мари; Бонкомпейн, Гаэль; Перес, Франк; Готье, Арно (2023). «Технология флуорогенной химически индуцированной димеризации для контроля, визуализации и определения близости белков» . Природные методы . 20 (10): 1553–1562. дои : 10.1038/s41592-023-01988-8 . ISSN 1548-7105 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]