ボツリヌス神経毒素阻害剤の同定のためのハイコンテントイメージングアッセイ
Summary
Botulinum neurotoxin is one of the most potent toxins among Category-A biothreat agents, yet a post-exposure therapeutic is not available. The high content imaging approach is a powerful methodology for identifying novel inhibitors as it enables multiparameter screening using biologically relevant motor neurons, the primary target of this toxin.
Abstract
Synaptosomal-associated protein-25 (SNAP-25) is a component of the soluble NSF attachment protein receptor (SNARE) complex that is essential for synaptic neurotransmitter release. Botulinum neurotoxin serotype A (BoNT/A) is a zinc metalloprotease that blocks exocytosis of neurotransmitter by cleaving the SNAP-25 component of the SNARE complex. Currently there are no licensed medicines to treat BoNT/A poisoning after internalization of the toxin by motor neurons. The development of effective therapeutic measures to counter BoNT/A intoxication has been limited, due in part to the lack of robust high-throughput assays for screening small molecule libraries. Here we describe a high content imaging (HCI) assay with utility for identification of BoNT/A inhibitors. Initial optimization efforts focused on improving the reproducibility of inter-plate results across multiple, independent experiments. Automation of immunostaining, image acquisition, and image analysis were found to increase assay consistency and minimize variability while enabling the multiparameter evaluation of experimental compounds in a murine motor neuron system.
Introduction
細菌ボツリヌス菌はボツリヌス神経毒、男1に知られている最も強力な生物毒素の1を生成します。 7明確なのBoNT血清型（のBoNT / AG）があります。のBoNT / A-ガルによりSNARE複雑なタンパク質分解2,3に神経筋接合部で麻痺を誘発する。 SNAREタンパク質分解は、神経伝達物質小胞の膜融合を防止し、したがって、ブロックはエキソサイトーシス4神経伝達物質。特定のSNAREターゲットは中毒過程に関与する特定のBoNT血清型に依存します。のBoNT / AおよびBoNT / E切断するSNAP-25のBoNT / Cを切断SNAP-25およびシンタキシン5両方のに対し。また、小胞関連膜タンパク質（VAMP）と呼ばれる残りの血清型クリーブシナプトブレビンは（。BoNT / Aには、それが天然に存在するボツリヌス中毒の割合が高いために責任があるとして、アッセイ開発のために選択された小分子の作用6。開発の最長持続時間を有した。 BoNT / A型に対する治療薬はのための主要な目標である創薬プログラムと活性部位のタンパク質分解阻害剤7、8-10を識別するために、従来のターゲットベースの方法を利用している。しかし、複数の血清型と、露光後の有効性に対する広域スペクトル活性を有する活性部位阻害剤の作成が困難な可能性が高いであろう。
したがって、我々は、のBoNT媒介運動ニューロン中毒をブロックすることができる小分子を同定するための機能的なエンドポイントとしてのBoNT SNAP-25の切断を使用して、革新的な、表現型の創薬アプローチを実施しています。 SNAP-25の分解はin vivoでの麻痺や致死性の予測となるようにSNAP-25は、神経伝達物質放出のために必要とされる。例えば、細胞ベースのスクリーニングは、毒素の不活化または標的細胞内部で毒素経路の阻害に関与する細胞因子の新たな調節因子の発見につながる可能性があります。表現型アッセイの開発における重要な因子は、生理学的に関連する生物学的モデルを選択することである。 WEなどは、SNAP-25 11- 13の発現を含む一次運動ニューロンの免疫学的性質を再現するマウス胚性幹（ES）細胞由来の運動ニューロンを、説明してきた。重要なことに、これらのセルラーシステムは、BoNT / A中毒に非常に敏感であり、毒素11,12の濃度を増加さに応じて、SNAP-25の用量依存的切断を実証している。分化した運動ニューロンはまた、ハイスループットプレートベースの分析のために十分であり、細胞アッセイのアレイの設計を可能にした量で産生される。
表現型のアッセイは、BoNT /マウスの運動ニューロン培養物の中毒の間内因的に発現完全長SNAP-25の切断を定量化するために二つの別個の抗体を利用する免疫蛍光法である。唯一の完全長SNAP-25を認識し、カルボキシル末端のBoNT / A切断感受性（BACS）抗体は、BoNT / Aの評価は、SNAP-25のタンパク質分解を仲介できますマウスの運動ニューロンにおける発現10。 HCIアッセイの概略図を図1に示されている。
Protocol
Representative Results
Discussion
ボツリヌス神経毒とその兵器の相対的な容易さの高い効力は、米国疾病管理予防センターによるカテゴリーA（最優先）biothreat剤としてのそれらの分類をもたらした。残念ながら、FDAは毒素が運動ニューロンによって内在された後のBoNT中毒に対抗するための治療薬を承認していないがあります。のBoNT中毒から神経細胞の回復を促進する任意のドラッガブルメカニズムが、この生物学的脅威に?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Funding was provided by the Joint Science and Technology Office – Chemical Biological Defense (JSTO-CBD) Defense Threat Reduction Agency (DTRA) under sponsor project number CCAR# CB3675 and National Institutes of Health (1 R21 AI101387-01 and 5 U01AI082051-05).
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Botulinum neurotoxin A | Metabiologics | NA | No catalog number |
| Microtitre plates | Greiner | 655946 | Poly-D-Lysine 96-well plates |
| BACs antibody | Lampire Biological | NA | |
| Microchem | National | 0255 | |
| Methanol | Thermo Scientific | A412-20 | |
| Formaldehyde | Thermo Scientific | 28908 | |
| Horse serum | Invitrogen | 16050 | |
| PE JANUS MDT Mini Automated Workstation | Perkin Elmer | AJMDT01 | |
| Opera | Perkin Elmer | OP-QEHS-01 | |
| Triton X 100 | Sigma-Aldrich | 9002-93-1 | |
| BIII tubulin antibody | R&D Systems | BAM1195 | |
| Tween 20 | Sigma | P1379-1L | |
| Hoechst 33342dye | Invitrogen | 3570 | |
| Antimouse IgG | Invitrogen | A21236 | |
| Anti rabbit IgG | Invitrogen | A10042 | |
| Columbus Image analysis software | Perkin Elmer | Ver 2.4 | |
| Spotfire | Perkin Elmer | Ver 5.5 | |
| Clorox bleach | Fisher Scientific | 18-861-284 | |
| PlateStack |
References
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