Ortogonální pár ligand-protein - Orthogonal ligand-protein pair

Ortogonální páry ligand-protein (také známý jako přepracováno ligand -receptor rozhraní nebo přepracováno enzym -Podklad interakce) jsou vazebný pár protein-ligand vytvořený tak, aby byl nezávislý na původním vazebném páru. To se provádí odebráním mutantního proteinu (přirozeně se vyskytujícího nebo selektivně upraveného), který je aktivován jiným ligandem (pečlivě syntetizovaným nebo vybraným). Záměrem je, aby ortogonální ligand neinteragoval s původním proteinem. Původní protein bude také navržen tak, aby v určitých případech neinteragoval s ortogonálním ligandem.^[1]

Příkladem rozhraní ortogonálních ligand-receptor jsou RASSL a DREADD. Oni jsou Receptory spojené s G proteinem které jsou aktivovány syntetizovanými ligandy, které by normálně v buňce neexistovaly, jako například antipsychotikum Klozapin, což vědcům umožňuje řídit interakci externě a nezávisle na interní aktivaci.

Přístupy a vzory

Přístup k proteinovému inženýrství

Přístup proteinového inženýrství zahrnuje syntézu nového ligandu a řízenou mutaci místa vazby ligandu proteinu. V tomto přístupu je třeba dávat pozor, aby se změnila pouze specificita ligandu, aniž by se změnily ostatní účinky proteinu.^[1]

Steric Úpravy

Návrh sterické modifikace lze shrnout do 3 změn páru ligand-protein:

1. Úprava vazebného místa pro ligand dotyčného proteinu za vzniku ortogonálního proteinu s větší kapsou pro uložení objemného postranního řetězce
2. Další modifikace ortogonálního proteinu, takže ligand divokého typu se při pokusu o vazbu střetává s objemným postranním řetězcem
3. Přidání objemné aminokyseliny na jednu stranu ligandu, což stericky brání ve vazbě na protein divokého typu, a odstranění skupiny z druhé strany modifikovaného ligandu, aby se zabránilo srážení s objemnou stranou dále upraveného ortogonálního proteinu řetěz^[1]

Obrácení Vodíkové vazby nebo interakce poplatek-poplatek

Dalším způsobem, jak navrhnout ortogonální protein, je přepnout polohu akceptorů a donorů vodíkové vazby. Například pokud je ligand donor vodíkové vazby a protein akceptor vodíkové vazby, přepněte ligand na akceptor vodíkové vazby a protein donor.^[1] Obrácení nabitých interakcí je podobné, ale zahrnuje změnu polohy kladného a záporného náboje na proteinu a ligandu.^[2]

Přístup syntetické chemie

Přístup syntetického chemika spočívá v tom, že vezme již existující mutantní formu proteinu, který slabě váže původní ligand, a syntetizuje nový ligand, ke kterému má mutantní protein silnou afinitu. Nevýhodou tohoto přístupu je, že protein stále slabě interaguje s přirozeným ligandem při nízkých koncentracích syntetického ligandu.^[3]

Potvrzené aplikace

Zemědělství

Vyvolaná odolnost proti suchu

Park et al. vytvořil rozhraní mezi ortogonálním receptorem a ligandem PYR1 a mandipropamid. PYR1 normálně se váže na kyselina abscisová které se pak společně vážou a inaktivují na PP2C jako reakci na stres ze sucha, což zastaví deaktivaci PP2C SnRK2. To způsobí kaskádu, která vede k aktivaci pomalý aniontový kanál 1 a uzavření buněk stráže listu a průduchy. Výsledkem je menší ztráta vody rostlinou. Přirozená reakce rostliny používající kyselinu abscisovou k vázání PYR1 v suchu není dostatečně silná a je aktivována příliš pozdě, aby významně bránila ztrátě úrody. Kyselina abscisová je v současné době také příliš drahá na to, aby mohla být syntetizována, aby mohla být použita jako sprej pro umělou kontrolu reakce sucha v masovém měřítku. Schopnost externě to ovládat postřikem PYR1^MANDI (ortogonální receptor) s mandipropamidem (ortogonální ligand a fungicid) má potenciál snížit ztrátu výnosu plodiny během sucha v rostlinách s těmito upravenými receptory a bylo potvrzeno, že funguje v řepce.^[4]

Lék

Hormonální regulace dráhy

Navrhování ligandů pro mutantní receptory, které nereagují na přirozený ligand, se může ukázat jako účinný způsob léčby onemocnění. TRβ histidin 435 je a T3 necitlivý mutant, který hraje roli v rakovině lidské hypofýzy a RTH. Hassan a Koh prokázali, že QH2 (ortogonální ligand) je schopen alostericky aktivujte mutantní TRβ receptory jaderných hormonů které ztratily svoji odezvu na endogenní T3 (přírodní mutanti), ale zachovali si svou vazebnou aktivitu k DNA.^[5]

Výzkum

Genový výraz:

Smíchání a přizpůsobení domén vázajících ligand a Domény vázající DNA různých hormonálních receptorů lze použít jako indukovatelný expresní mechanismus ke studiu působení jakéhokoli genu s a prvek hormonální odezvy v jeho promotér. Selektivní změna domény vázající ligand, aby byla kolmá k přirozenému rozhraní ligand-receptor, jakož i vytvoření domény vázající DNA a prvku hormonální odezvy ortogonálně, by poskytla výzkumníkovi přesnou kontrolu transkripce genu za účelem studia genová akce.^[2]

Transdukce signálu:

Studium signálních transdukčních drah a pokus o identifikaci působení proteinů zapojených do těchto drah je obtížné kvůli hojnosti a složitosti interakcí, rodinám proteinů se stejným nebo podobným účinkem a relativní nedostatečné selektivitě pro substráty (dobrý příklad) z nichž jsou bílkoviny kinázy ). Byla vyvinuta metoda pro použití radioaktivně značeného ATP ortogonální analog s ortogonální kinázou, která používá analog ATP k fosforylaci svých substrátů, což umožňuje identifikaci jeho cílů v dráze radioaktivní značkou, že přidá cíl. Variace tohoto přístupu lze použít k identifikaci funkce proteinů signální transdukce, jejichž funkce zůstává neurčená.^[6]

Reference