Chemicky indukovaná dimerizace - Chemically induced dimerization

Chemicky vyvolaná dimerizace (CID) je biologický mechanismus, při kterém se dva proteiny vážou pouze v přítomnosti určité malé molekuly, enzymu nebo jiného dimerizačního činidla.[1] Geneticky upravené systémy CID se používají v biologickém výzkumu k řízení lokalizace proteinů, k manipulaci se signálními cestami a k ​​vyvolání aktivace proteinů.[2]

Schéma chemicky indukované dimerizace. Dva proteiny, které normálně neinteragují (nahoře), se vážou v přítomnosti dimerizačního činidla (dole).

Dějiny

První CID systém s malou molekulou byl vyvinut v roce 1993 a používán FK1012, derivát léčiva takrolimus (FK506), k vyvolání homo-dimerizace FKBP.[2] Tento systém byl použit in vivo vyvolat vazbu mezi receptory buněčného povrchu, které se nemohly vázat normálním způsobem, protože jim chyběla transmembránová a extracelulární doména. Přidání FK1012 k buňkám způsobilo přenos signálu.

Chemicky indukované dimerizační systémy

Cílové proteinyDimerizační prostředekReference
FKBPFKBPFK1012[3]
FKBPKalcineurin A (CNA)FK506[4]
FKBPCyP-FasFKCsA[5]
FKBPFRB (vazba FKBP-rapamycin) domény mTORRapamycin[6]
GyrBGyrBCoumermycin[7]
GAIGID1 (trpaslík necitlivý na gibberellin 1)Gibberellin[8]
ABIPYLKyselina abscisová[9]
ABIPYRMandiMandipropamid[10]
Značka SNAPHaloTagHaXS[11]
eDHFRHaloTagTMP-HTag[12]
Bcl-xLFab (AZ1)ABT-737[13]

Aplikace

CID se používá pro řadu aplikací v biomedicínském výzkumu. Ve většině aplikací je každý dimerizující protein exprimován jako součást fúzního konstruktu s jinými sledovanými proteiny. Přidání chemického dimerizačního činidla přináší oba konstrukty do vzájemné blízkosti a indukuje interakce mezi sledovanými proteiny. CID se používá k regulaci a monitorování genové transkripce, signální transdukce a posttranslačních modifikací v proteinech.

V poslední době se CID používá také k vytvoření základní součásti biopočítače, logické brány, z geneticky manipulovaných buněk.[8] V této aplikaci jsou ve stejné buňce exprimovány dva nezávislé systémy CID, jeden na bázi rostlinných proteinů a druhý na bakteriálních proteinech. Každou sadu proteinů lze vyvolat dimerizaci přidáním samostatné chemikálie. Vytvořením fúzních proteinů s dimerizujícími proteiny, membránově vázanými proteiny a proteiny, které aktivují ruffling buněk A brána a NEBO brána mohou být vytvořeny, které berou chemické dimerizační prostředky jako vstupy a vracejí rozrušený nebo nerozrušený stav jako výstup.

Reference

  1. ^ Kopytek SJ, Standaert RF, Dyer JC, Hu JC (květen 2000). „Chemicky indukovaná dimerizace dihydrofolátreduktázy homobifunkčním dimerem methotrexátu“. Chemie a biologie. 7 (5): 313–21. doi:10.1016 / s1074-5521 (00) 00109-5. PMID  10801470.
  2. ^ A b Fegan A, White B, Carlson JC, Wagner CR (červen 2010). "Chemicky řízené sestavení proteinu: techniky a aplikace". Chemické recenze. 110 (6): 3315–36. doi:10.1021 / cr8002888. PMID  20353181.
  3. ^ Spencer DM, Wandless TJ, Schreiber SL, Crabtree GR (listopad 1993). "Řízení přenosu signálu syntetickými ligandy". Věda. 262 (5136): 1019–24. Bibcode:1993Sci ... 262.1019S. doi:10.1126 / science.7694365. PMID  7694365.
  4. ^ Ho SN, Biggar SR, Spencer DM, Schreiber SL, Crabtree GR (srpen 1996). "Dimerní ligandy definují roli pro aktivační domény transkripce při opětovném zahájení". Příroda. 382 (6594): 822–6. Bibcode:1996 Natur.382..822H. doi:10.1038 / 382822a0. PMID  8752278. S2CID  3145479.
  5. ^ Belshaw PJ, Ho SN, Crabtree GR, Schreiber SL (květen 1996). „Řízení asociace proteinů a subcelulární lokalizace syntetickým ligandem, který indukuje heterodimerizaci proteinů“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 93 (10): 4604–7. Bibcode:1996PNAS ... 93,4604B. doi:10.1073 / pnas.93.10.4604. PMC  39324. PMID  8643450.
  6. ^ Rivera VM, Clackson T, Natesan S, Pollock R, Amara JF, Keenan T a kol. (Září 1996). "Humanizovaný systém pro farmakologickou kontrolu genové exprese". Přírodní medicína. 2 (9): 1028–32. doi:10,1038 / nm0996-1028. PMID  8782462. S2CID  30469863.
  7. ^ Farrar MA, Alberol-Ila J, Perlmutter RM (září 1996). „Aktivace kaskády Raf-1 kinázy dimerizací vyvolanou kumermycinem“. Příroda. 383 (6596): 178–81. Bibcode:1996 Natur.383..178F. doi:10.1038 / 383178a0. PMID  8774884. S2CID  4264147.
  8. ^ A b Miyamoto T, DeRose R, Suarez A, Ueno T, Chen M, Sun TP a kol. (Březen 2012). „Rychlé a ortogonální logické hradlování se systémem dimerizace indukovaným giberelinem“. Přírodní chemická biologie. 8 (5): 465–70. doi:10.1038 / nchembio.922. PMC  3368803. PMID  22446836.
  9. ^ Liang FS, Ho WQ, Crabtree GR (březen 2011). „Inženýrství dráhy stresu rostlin ABA pro regulaci indukované blízkosti“. Vědecká signalizace. 4 (164): rs2. doi:10.1126 / scisignal.2001449. PMC  3110149. PMID  21406691.
  10. ^ Ziegler MJ, Yserentant K, Middel V, Dunsing V, Gralak AJ, Pakari K a kol. (2020-04-09). "Chemická strategie pro řízení proteinových sítí in vivo". doi:10.1101/2020.04.08.031427. S2CID  215790898. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  11. ^ Erhart D, Zimmermann M, Jacques O, Wittwer MB, Ernst B, Constable E a kol. (Duben 2013). "Chemický vývoj intracelulárních proteinových heterodimerizátorů". Chemie a biologie. 20 (4): 549–57. doi:10.1016 / j.chembiol.2013.03.010. PMID  23601644.
  12. ^ Ballister ER, Aonbangkhen C, Mayo AM, Lampson MA, Chenoweth DM (listopad 2014). „Lokalizovaná dimerizace proteinu indukovaná světlem v živých buňkách pomocí dimerizátoru ve fotokameru“. Příroda komunikace. 5 (5475): 5475. Bibcode:2014NatCo ... 5,5475B. doi:10.1038 / ncomms6475. PMC  4308733. PMID  25400104.
  13. ^ Hill ZB, Martinko AJ, Nguyen DP, Wells JA (únor 2018). „Chemicky indukované dimerizéry na bázi lidských protilátek pro buněčné terapeutické aplikace“. Přírodní chemická biologie. 14 (2): 112–117. doi:10.1038 / NCHEMBIO.2529. PMC  6352901. PMID  29200207.