Biz peptidler viral füzyon peptidler bölünme sitenin temsil eden proteaz proteolitik aktivite hızlı bir tarama sağlayan bir fluorogenic peptid bölünme tahlil mevcut. Bu yöntem aynı zamanda bir protein sıra içinde diğer amino asit motif üzerinde proteaz aktivitesi için test etmek için kullanılabilir.
Coronaviruses veya grip virüsü gibi saran virüs ana hücre enfekte edebilmek için kendi füzyon proteinin proteolitik bölünme gerektirir. Genellikle virüsler hücre ve doku tropism sergi ve belirli hücre veya doku proteaz için uyarlanmış. Ayrıca, bu virüsler mutasyon veya eklemeler içine onların genom bölünme etkileyebilir ve böylece yeni bir ana bilgisayara uyarlamalar katkıda bulunabilir çoğaltma sırasında ortaya çıkarabilir. Burada, viral füzyon proteinlerin bölünme sitesini taklit peptidler hızlı bir tarama sağlayan bir fluorogenic peptid bölünme tahlil mevcut. Bu teknik çok esnek ve birçok farklı yüzeyler üzerinde tek bir proteaz proteolitik aktivite araştırmak için kullanılan ve buna ek olarak, ayrıca bir veya daha fazla peptid yüzeyler üzerinde birden fazla proteaz aktivitesinin incelenmesi sağlar. Bu çalışmada, Biz bölünme sitesi motifleri coronavirus spike protein taklit peptidler kullanılır. İnsan test ettik ve deve Ortadoğu solunum Sendromu coronaviruses (MERS-CoV) tek ve Çift Kişilik oyuncu değişikliği bölünme sitedeki furin etkinliği değiştirmek ve bölünme verimliliği önemli ölçüde değiştirmek göstermek için türetilmiş. Ayrıca bu yöntem Biyoinformatik ile birlikte test furin bölünme etkinliği farklı serotipleri ve suşların kedi coronavirus spike proteinlerin için kullanılır. Bu peptid tabanlı yöntem daha az emek ve zaman geleneksel yöntemlerle virüslere karşı proteolitik aktivite analizi için kullanılan daha yoğun ve sonuçları tek bir gün içinde elde edilebilir.
Konak hücre zarı ile viral fusion saran virüs yaşam döngüsü içinde çok önemli bir adımdır ve çoğaltma virüs ve hücre içine girişi kolaylaştırır. Tipik olarak, virüs özel bir protein (veya proteinler) üzerinde ana hücre membran reseptörleri bağlar ve virüs-hücre membran fusion1tetikler sahip. Viral füzyon protein üç ana sınıfları (ı-III)1grupladığınızda. Şu anda grip virüsü (temsil eden bir uzun süredir olabilmekte ortaya çıkması kuşlar) ve Orta Doğu Solunum Sendromu-coronavirus (MERS-CoV) gibi halk sağlığı için önemli bir endişe virüs sayısı (bir son temsil eden olabilmekte ortaya çıkması deve–dan), sözde kullanmak sınıf ı proteolitik işlemi kendi fusogenic etkinlik2uygulamak için ana bilgisayar proteaz tarafından istemeniz füzyon protein. Benzer şekilde, bir büyük hastalık tehdit yerli ve vahşi kediler için temsil eden, kedi coronavirus (FCoV), ayrıca bir sınıf sahip ben füzyon protein. Sınıf ı viral füzyon proteinler genellikle bir uncleaved habercisi sentezlenmiş ve genellikle bağlama ve füzyon olay tetikleme sırasıyla reseptör için sorumlu iki etki alanı oluşur. Bugüne kadar en iyi füzyon protein anlaşılır ve çok sayıda çalışma ana hücre giriş ve füzyon3mekanik rolü tarif var grip hemagglutinin (HA) olduğunu. Bu durumda bölünme füzyon proteinin bir özel sıra veya bölünme sitesinden HA içinde ve pH bağımlı konformasyon değişiklikleri, viral füzyon peptid1,2pozlama sonuçları ile birlikte ortaya çıkar.
Füzyon peptid ve onun önceki proteaz tanıma sıra patojenitesi ve virüs ana bilgisayar adaptasyon için önemlidir. Değişiklikleri proteaz tanıma sırasındaki bölünme virüs ve ana bilgisayar4için potansiyel olarak dramatik sonuçları ile önemli ölçüde değiştirebilir. Bir taraftan, bu bölünme iptal etmek ve böylece virüs yaşam döngüsü ortadan kaldırmak. Ama öte yandan, bir mutasyon belirli bir proteaz substrat özgüllüğü artırmak ve füzyon protein ayırmak “yeni” bir proteaz izin. Daha sonra bu gözlemlediği gibi Örneğin, grip virüsü alt türlerinden5,6hücre ve doku tropism genişletebilirsiniz. Patojenitesi kuş gribi (LPAI) virüsler genellikle düşük ve en insan grip virüsleri gastrointestinal veya solunum sistemi için onları harekete geçirmek proteaz sınırlı lokalizasyonu nedeniyle sınırlı bulunmaktadır. Genellikle, bu tür HA proteinlerin füzyon peptid tripsin benzeri serin proteaz tripsin, matriptase veya TMPRSS27, gibi tarafından tanınan ardışık olmayan bir temel amino asitler 1-2, oluşan bir dört-amino asit dizisi tarafından öncesinde 8. virüs insersiyonlara veya bölünme sitenin polybasic bir siteye değiştirmek mutasyonlar dakötüye furin HA etkinleştirmek için ve potansiyel bir çok daha ağır sistemik enfeksiyon6,9neden için sağlar. Bu virüsler H5N1 suşları tarafından harles yüksek patojenitesi kuş gribi virüsü (HPAI) olarak adlandırılır.
Grip HA aksine, iki ayrı bölünme site içinde onların spike protein MERS-CoV gibi pek çok coronaviruses var. S1/S2 sitesi N-terminal reseptör bağlayıcı etki (S1) (S2), C-terminal füzyon etki alanından S2 olarak adlandırılan ikinci bir bölünme siteyle ayıran ‘, S1/S2 sitesinde fusion peptid10yakınlık aşağı. Siteleri ardışık olarak S1 S2/S2 tarafından takip, i ciddi ki önerildi ‘. Aksine çoğu grip virüs suşları, MERS-CoV S protein/S2 S1 ve S2 HA’ siteleri proteaz furin gibi proprotein konvertaz (PC) aile tarafından tanınan. Bu motifi R/K-(X)0,2,4,6-R/K(X, any amino acid)2ile eşleştirilmiş temel kalıntıları, ayırmak. Genel olarak, akıntıya karşı bölünme sitesinin amino asitler için adlandırılır P1, P2, P3, vb. bölünme site ve amino asitler aşağı sayma P1 belirlenmiş ‘, P2′, P3’, vs. 11. FCoV suşları de tek bir ya da bir çift göğüs arası site yok. MERS-CoV gibi bazı FCoV suşlarının aynı zamanda sahip iki bölünme site (S1/S2 ve S2′) onların S protein. Ancak, bu özelliği özel bir serotip ben FCoVs (a clade) olduğunu. Buna ek olarak, serotip II (clade B) gruplandırma üyeleri yalnızca bir tek bölünme site var (S2′)2,12. Birkaç proteaz furin, tripsin benzeri proteaz ve cathepsin gibi FCoV bölünme siteleri ayırmak önerdi. Enterik FCoV (olarak da bilinen kedi enterik coronavirus veya FECV) S protein furin S1/S2 sitesindeki ve mutasyonlar bu sitedeki i ciddi muhtemeldir önerilmiştir (S2 gibi yanı sıra ‘) proteaz gereksinimleri değişikliklere yol açar. Bu mutasyonlar tropism ve sistemik olmak için virüs ve makrofaj-tropic (olarak da bilinen kedigil bulaşıcı peritonitis virüs ya da FIPV)13izin vererek bu virüslerin patojenitesi değişiklikler ile ilişkili bulunmuştur.
Virüs doğal mutasyonlar onların genleri içine her çoğaltma döngüsü sırasında tanıtmak. ve sık sık yeni alt türlerini ve grip, MERS-CoV ve FCoV açıklanan14,15,16. Halk Sağlığı tehdit ortaya çıkan virüs değerlendirmek için hızlı bir değerlendirme bir parçası olarak, bölünme sitesi ve nasıl bu virüsler aktive proteaz aralığını etkiler değişiklikleri öğrenmek için önemlidir. Burada, biz nasıl etkileyeceğini bölünme site değişiklikleri MERS-CoV S protein substrat özgüllüğü belirli bir proteaz ve hızlı bir şekilde ayırmak yeteneklerini için çeşitli proteaz ekran için çok hızlı bir değerlendirme sağlar peptid tabanlı bir tahlil tarif bir verilen veya birden çok dizileri4. Deneyler ikinci kümesi içinde farklı FCoV serotipi ve suşların üzerinde furin bölünme etkinliğini belirlemek için teknik kullanılır.
Bu tahlil kullanılan peptidler floresans rezonans enerji transferi (FRET) çift, N-terminus ve N-2,4-dinitrophenyl (DNP) C-terminus, 7-methoxycoumarin-4-yl asetil (MCA) ile değiştirilir. Tahlil sırasında MCA heyecanlı ve birbirlerine yakın çevrede bulunan çift olduğu sürece DNP tarafından giderdikten ışık enerji yayar. Bölünme ortaya çıkarsa, ancak, DNP emisyon artık gidermek mümkün değildir ve floresan plaka okuyucu tarafından okunabilir. Floresans değişimler peptit bölünme oranı belirlemek ve hangi belirli peptit (olarak da bilinen Vmax)17proteaz cleaves hız hesaplamak için deneme sırasında ölçülür.
Peptidler tasarlamak için ilgili füzyon proteinin gen gerekir sıralı ve/veya bir veritabanında kullanılabilir. Ancak, daha az emek-yoğun ve genellikle bölünme çözümlenecek memeli hücrelerinde ifade etmek için ifade vektörel çizimler içine füzyon protein Gen klonlama gerektiren geleneksel yöntemlere göre pahalı bir yöntemdir. Burada sunulan peptid deneyleri 1 peptidler ve proteaz mevcuttur en kısa zamanda gün içinde yapılabilir sonuna kadar başından beri bu kadar birkaç hafta birkaç gün sürebilir. Tahlil Kur örnek sayısına bağlı olarak 5 ve 30 dk arasında ve çalışma zamanı floresans plaka okuyucu içinde 1 h veri analizi en fazla 2 saat örnek boyutuna bağlı olarak daha sürebilir.
Burada, iki farklı örnek tahlil sunmak için seçtik. İlk örnekte, biz insan ve deve kaynaklı MERS-tür bariyer geçersen insanlarda aktive ediliyor, deve kaynaklı suşları potansiyelini değerlendirmek için CoV, furin aracılı bölünme karşılaştırır veri mevcut. İkinci örnekte, biz/S2 S1 ve S2 furin aracılı bölünme belirlemek için bir fluorogenic peptid tahlil kullanılan ‘ siteleri veya S2’ iki sitenin serotype ben ve iki serotip II FCoV suşları, anılan sıraya göre. Bu deneyler için tripsin bölünme bir pozitif kontrol kullanılan.
Burada proteaz tarafından onların proteolitik bölünme protein dizileri hızlı bir tarama için izin veren bir fluorogenic peptid tahlil mevcut. İlk örneğimizde sitesi motifler bu tahlil için bir uygulama göstermek için MERS-CoV spike (S) protein farklı bölünme seçtik. Birkaç ben proteinler MERS-CoV, SARS-CoV (şiddetli akut solunum Sendromu) ve grip gibi halk sağlığı için önemli kaygıları ve yeni alt türlerinden sürekli gelişmekte olan füzyon türler geçmeye bir potansiyele sahip sınıf sahip virüs zarflı engelleri onların doğal ana bilgisayarlara göre insanlar1,15,16. Belgili tanımlık virüs izole edip onları laboratuarda yetiştirilmesi her zaman mümkün olmayabilir veya her araştırma tesisinde kullanılabilir değil özel laboratuvarlar gerektirir. Bu nedenle, yöntemleri düzenli laboratuvar koşullarında yapılan gelişmekte olan virüslerin olası Halk Sağlığı tehdit değerlendirmek için bir ihtiyaç vardır. FCoV gibi hayvan bazı virüsler de aynı sahip insanlar hedefleme virüsler ek olarak, sınıf ı insan meslektaşlarına benzer özelliklere füzyon protein, bu nedenle,. Bu virüs izole da onları çalışmaya yenilikçi araçları kullanmak gerekli olduğunun bir meydan okuma olabilir.
Yukarıda belirtilen virüs yaşam döngüsü içinde önemli bir adımı konak hücre girişini ve füzyon tarafından ilgili füzyon proteinin proteolitik işleme ana bilgisayar proteaz1,2tarafından aracılı var. Bu bölümü viral ömrünün araştırmak için standart bir yol olduğunu füzyon protein gen bir memeli ifade vektör clone, protein ifade için izin, kuluçkaya veya faiz, ayrı tutulan proteaz ile ortak transfect memeli hücreleri transfect için protein ve western blot analizi gerçekleştirin. Bu yöntem ile bazı sınırlamaları geliyor: viral DNA/RNA klonlama, DNA veya RNA kullanılabilirse, gen sentezleme maliyetleri için kullanılabilirliğini füzyon protein ve onun göğüs arası ürün (ler) ve bunu tespit etmek için bir antikor kullanılabilirliğini alabilir birkaç Tüm çalışma gerçekleştirilene kadar hafta. Hatta daha fazla zaman alan, para ve emek yoğun çalışmanın ilgi sitesi-yönetmen mutagenesis gerektirdiğinden çeşitli mutasyonlar bölünme sitedeki araştırmak için ise olur. Biz burada tarif fluorogenic peptid tahlil bu sınırlamalar yoktur. Peptidler ilgi bağlı halk için elde edilebilir dizileri olarak tasarlanabilir, orada bu tür çalışmalar için uygundur rekombinant proteaz geniş bir sunar birçok tedarikçiler ve analizi de dahil olmak üzere tahlil içinde gerçekleştirilen bir tek gün.
Bizim örneğimizde, biz furin aracılı bölünme S2, muayene ‘ proteaz tanıma sitesi MERS-CoV S protein elde edilen insan ve Mısır ve Fas deve. İnsan EMC/2012 ve deve HKU205 S2’ siteleri içerir bir tipik RXXR furin bölünme motif. Ancak, algoritma HKU205 S2 Puanlama PiTou 2.0 bölünme göre ‘ site değil furin tarafından hangi biz deneysel olarak teyit edilen19i ciddi için tahmin. Neden neden HKU5 S2′ tarafından işlenmez furin P1 isoleucine nedeniyle olabilir ‘ konum. Ne zaman biz test bireysel mutasyonlar EMC/2012 S2 yapılan iki peptidler ‘ dizisi, biz başardık onaylamak P1 isoleucine’ alanin serin ikamesi için azaltılmış bölünme sonuçlandı, ancak bölünme büyük ölçüde abrogates. Mor213 S2′ site bir furin bölünme motif içermez ve neredeyse hiçbir bölünme algılamak için şaşırtıcı değildi. Biz de nasıl furin/S2 S1 ve S2 cleaves muayene ‘ proteaz tanıma siteleri FCoV S protein. Biz her iki FECV peptidler furin bölünme gözlemlemek mümkün (FECV ı-4 ve S1/S2 ve FECV II 1683 S2’), mutasyona uğramış dizileri FIPV virüslerden değil-i ciddi furin tarafından iken.
EMC/2012 S2, furin aracılı bölünme karşılaştırırken ‘ peptid (Şekil 1A) FECV ı-4 ve S1/2 peptidler (Şekil 2A) ile Vmax yaklaşık bir 26-fold fark olduğunu bulduk. Bu her iki dizileri (Tablo 1) furin bölünme motifi tarafından açıklanabilir. Furin bölünme için en düşük gereksinimi RXXR motifi olsa da, daha uygun2RXRR dizisidir. Bu nedenle, EMC/2012 S2′ RSAR desene sahiptir, peptid, RSRR furin bölünme sitesi (Tablo 1) içeren FECV ı-4 ve S1/2 peptid kıyasla daha az özgüllük ile i ciddi.
Ancak, bir büyük tahlil peptidler onlar genellikle katıştırılır proteinin üçüncül yapı yansıtmıyor kısıtlamasıdır. Bölünme tam uzunlukta füzyon proteinin füzyon peptid ortaya çıkaran ve Tetikleyiciler hücre giriş1ev sahibi. Biz peptidler daha fazla veya daha az doğrusal kabul ederken proteaz ve füzyon protein arasındaki etkileşimi de füzyon proteinin üçüncül yapı tarafından etkilenme ihtimali. Bu nedenle, peptid assay olarak algılanan bölünme yapay olabilir ve in vivo durumu yansıtmıyor olabilir. Bu grip H3N2 HA alt bölünme için matriptase tarafından bildirildi. Çeşitli gruplar tarafından matriptase peptid deneyleri içinde bölünme, H3N2 HA tarif ederken, aynı zamanda kuluçka tam uzunlukta H3N2 HA protein ve matriptase hücre kültüründe bir fusogenic HA protein4,20sonuçlanmamıştır gösterildi, 21. Biyolojik açıdan önemli düzenleme proteolitik bölünme, protein uyum düzeyini gösteriyor ki diğer örnekleri vardır. Füzyon protein bazen bölünme siteleri fusion üzerine ortaya çıkarmak için önceden füzyon olayların bir dizi gerekir tarif edilmiştir. Semliki orman virüs füzyon protein, örneğin, birçok onun füzyon protein ortaya çıkarmak ve proteolitik harekete geçirmek22kullanılabilmesi için prefusion olay sırasında yapısal düzenlemeler gerektirir. Bu nedenle, bir fluorogenic peptid tahlil elde edilen sonuçlar hücre füzyon deneyleri veya benzer deneyler tarafından doğrulanması gerekir. Ancak, peptid tahlil hala birkaç proteaz/peptid kombinasyonları ve bölünme gösterme kombinasyonları aynı sonuç vivo içindesergilemek çok olasılığı olduğundan emek ve zaman deneyleri takip azaltmak için hızlı bir tarama sağlar.
Testin ikinci büyük sınırlama proteaz ilgilendiriyor. Defa bu sadece çözünür proteaz ama değil transmembran proteaz test etmek mümkündür. Denemenin amacı bağlı olarak, bu bir sorun olabilir. Örneğin, grip HAs transmembran proteaz hücre zarlarında8‘ de yer alan bir dizi tarafından etkinleştirilir. Belli bir ölçüde bu sorunu çözünür proteolitik active etki alanları kullanarak atlatılabilmişlerdir, ama sonuçları dikkatle yorumlanmalıdır ve geleneksel yöntemleri ile doğrulanması. Matriptase ve onun aktivite doğru H3N2 HA beforementioned örnek başvurmak istediğiniz. Vivo matriptase hücre zarı bulunur ama piyasada bulunan enzim için çözünür katalitik adıdır. Füzyon protein ile ilgili olarak açıklandığı gibi o da bölünme ve sadece tek etki alanları test yanlış pozitif neden olabilir elde etmek için tam uzunlukta protein substrat etkileşimli olarak tam uzunlukta proteaz istemek mümkün olabilir.
Bu metodoloji furin tarafından belirli amino asit dizileri bölünme çalışmaya verimli olmasını göstermiştir. Ancak, teknik kapsamlarını uygulamaları (Örneğin, cathepsins, proprotein konvertaz), kullanılabilir herhangi bir proteaz için daha yararlı bir yöntem ekran peptid proteaz bölünme adayları için yapım. Ayrıca, bu tahlil proteaz inhibitörleri etkinliğini test etmek için de kullanılabilir ve bu nedenle, hızlı ve kolay aracı için ekran protein inhibitörleri23sağlar gösterilmiştir.
Burada açıklanan fluorogenic peptid bölünme tahlil hangi amino asit özellikleri ve sıra dayalı kararlı bir proteaz tarafından peptid bölünme öngörür algoritmaları, Puanlama bioinformatic bölünme bir ek temsil eder. Gelenek teknikleri kurutma Batı ile birlikte bu iki teknik proteaz bölünme içinde vitroçalışma için verimli bir yöntem kullanılabilir.
The authors have nothing to disclose.
Bu el yazması sunulan MERS proje NIH tarafından sağlanan için araştırma fonu R21 AI111085 verin. Kedi coronavirus çalışma araştırma hibe Morris hayvan Foundation, Winn kedi Vakfı ve Cornell Feline Sağlık Merkezi tarafından desteklenmiştir. Biz de Malik Peiris Mor213 sıra ile kamuya önce bize verdiğiniz için teşekkür ederiz istiyorum.
Peptides | Biomatik | N/A | |
Furin | NEB | P8077S | |
Trypsin, TPCK-treated | Sigma-Aldrich | 4352157-1KT | |
HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
CaCl2 | Sigma-Aldrich | C1016 | |
2-Mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M6250 | |
Triton-X100 | Sigma-Aldrich | X100 | |
PBS | Corning | 21-040-CV | |
SpectraMax Gemini XPS | Molecular Devices | XPS | |
SoftMax Pro 6.5.1 | Molecular Devices | N/A | |
96-well plate (solid black polystyrene with a flat bottom and non-treated) | Costar | 3915 | |
Light damping tubes | Watson Lab | 131-915BL or 131-915BR | |
Microsoft Excel | Microsoft | N/A | |
Prism 7 | GraphPad | N/A |