Summary

أعمدة كروماتوغرافيا تقارب الغشاء الخلوي لتحديد مستقلبات النباتات المتخصصة التي تتفاعل مع مستقبلات تروبوميوسين كيناز B المجمدة

Published: January 19, 2022
doi:

Summary

يصف البروتوكول إعداد أعمدة كروماتوغرافيا تقارب غشاء الخلية (CMAC) مع شظايا غشاء الخلية المجمدة التي تحتوي على بروتينات مستقبلات التروبوميوزين كيناز B الوظيفية عبر الغشاء. كما يتم شرح استخدام أعمدة CMAC في تحديد مستقلبات النباتات المتخصصة التي تتفاعل مع هذه المستقبلات والموجودة في المخاليط الطبيعية المعقدة.

Abstract

كانت المواد الكيميائية التي يتم تصنيعها بواسطة النباتات والفطريات والبكتيريا واللافقاريات البحرية مصدرا غنيا لضربات الأدوية الجديدة وخيوطها. تم تحديد الأدوية مثل الستاتين أو البنسلين أو الباكليتاكسيل أو راباميسين أو الأرتيميسينين ، التي يشيع استخدامها في الممارسة الطبية ، لأول مرة وعزلها عن المنتجات الطبيعية. ومع ذلك ، فإن تحديد وعزل المستقلبات المتخصصة النشطة بيولوجيا من المصادر الطبيعية هي عملية صعبة وتستغرق وقتا طويلا. تقليديا ، يتم عزل المستقلبات الفردية وتنقيتها من مخاليط معقدة ، بعد استخراج الكتلة الحيوية. في وقت لاحق ، يتم اختبار الجزيئات المعزولة في اختبارات وظيفية للتحقق من نشاطها البيولوجي. نقدم هنا استخدام أعمدة كروماتوغرافيا تقارب الغشاء الخلوي (CMAC) لتحديد المركبات النشطة بيولوجيا مباشرة من المخاليط المعقدة. تسمح أعمدة CMAC بتحديد المركبات التي تتفاعل مع البروتينات الوظيفية عبر الغشاء (TMPs) المجمدة المضمنة في بيئتها ثنائية الطبقة الفوسفاتية الأصلية. هذا نهج مستهدف ، والذي يتطلب معرفة TMP الذي يعتزم المرء تعديل نشاطه مع مرشح عقار الجزيء الصغير الذي تم تحديده حديثا. في هذا البروتوكول ، نقدم نهجا لإعداد أعمدة CMAC مع مستقبلات التروبوميوسين كيناز B (TrkB) المجمدة ، والتي ظهرت كهدف قابل للتطبيق لاكتشاف الأدوية للعديد من اضطرابات الجهاز العصبي. في هذه المقالة ، نقدم بروتوكولا مفصلا لتجميع عمود CMAC مع مستقبلات TrkB المجمدة باستخدام خطوط خلايا الورم الأرومي العصبي التي تبالغ في التعبير عن مستقبلات TrkB. كما نقدم النهج للتحقيق في وظائف العمود واستخدامه في تحديد مستقلبات النباتات المتخصصة التي تتفاعل مع مستقبلات TrkB.

Introduction

المخاليط النباتية غنية بالمركبات النشطة دوائيا1 ، وتعمل كمصدر جيد لتحديد نتائج الأدوية الجديدة وتؤدي إلى2،3،4،5. كان اكتشاف أدوية جديدة من المنتجات الطبيعية نهجا مثمرا والعديد من الأدوية المعتمدة حاليا نشأت من مركبات تم تحديدها لأول مرة في الطبيعة. من الصعب أن يقابل التنوع الكيميائي للمركبات الطبيعية مكتبات من صنع الإنسان من الجزيئات المصنعة كيميائيا. تتفاعل العديد من المركبات الطبيعية مع أهداف البروتين البشري وتعدل ويمكن اعتبارها جزيئات شبيهة بالأدوية محسنة تطوريا6. هذه المركبات الطبيعية مناسبة بشكل خاص لتحديد الرصاص المخدرات لاستخدامها في الاضطرابات العصبية6. اثنان من الأدوية المعتمدة حاليا من إدارة الأغذية والعقاقير لإدارة مرض الزهايمر (AD) مشتقة من قلويدات طبيعية ، وهي: galantamine و rivastigmine (مشتق من physostigmine)6. تم تحديد L-DOPA ، وهو حاليا الدواء الأكثر شيوعا لمرض باركنسون ، لأول مرة من الفول العريض (Vicia faba L.) 7. Pergolide و lisuride ، ناهضات مستقبلات الدوبامين هي مشتقات قلويدات الإرغوت الطبيعية من الفطريات الطفيلية Claviceps purpurea8. ريسيربين، قلويد معزول من جذر الثعبان الهندي (Rauvolfia serpentina (L.) Benth. ex Kurz) كان واحدا من أوائل الأدوية المضادة للذهان9. في الآونة الأخيرة ، تم ربط الاستجابة المناعية غير المنظمة والالتهاب الجهازي بتطور العديد من الأمراض العصبية ، مثل الاضطراب الاكتئابي الرئيسي أو الأمراض العصبية التنكسية10. تم العثور على نظام غذائي نباتي جنبا إلى جنب مع تدخلات نمط الحياة الأخرى لتحسين القدرات المعرفية والوظيفية لدى كبار السن 11،12،13،14،15،16،17،18،19،20،21 . تم العثور على بعض الجزيئات الكهربية التي تنتمي إلى triterpenes والبوليفينول لتعديل الاستجابات الالتهابية في كل من المختبر وفي النماذج الحية 12. على سبيل المثال ، تتداخل المركبات الطبيعية التي تحتوي على α،β الكربونيل غير المشبع (على سبيل المثال ، الكركمين ، القرفة ، القرفة) ، أو مجموعة الأيزوثيوسيانات (على سبيل المثال ، السلفورافان) مع مستقبلات Toll-4 (TLR4) التي تمنع التوليف النهائي للسيتوكينات المؤيدة للالتهابات في خط الخلايا المؤيدة لل B المعتمد على الفئران12,22 . تشير الأدلة الوبائية بقوة إلى أن المواد الكيميائية النباتية الغذائية ، الموجودة في المصفوفات الغذائية المعقدة ، قد تشكل أيضا مصدرا قابلا للتطبيق لأدوية جديدةتؤدي 6.

واحدة من العقبات الرئيسية في تحديد الجزيئات النشطة بيولوجيا الموجودة في المستخلصات النباتية ، بما في ذلك الأغذية النباتية ، هي تعقيد العينات التي تم التحقيق فيها. تقليديا ، يتم عزل المركبات الفردية وتنقيتها واختبارها لاحقا للنشاط البيولوجي. عادة ما يؤدي هذا النهج إلى تحديد المركبات الأكثر وفرة وتميزا. تعتمد مناهج اكتشاف الأدوية المظهرية بدون هدف جزيئي محدد على التجزئة الموجهة بيولوجيا للمخاليط المعقدة23. في هذا النهج ، يتم تقسيم المستخلص إلى أجزاء فرعية أقل تعقيدا يتم اختبارها لاحقا في اختبارات النمط الظاهري. يسترشد عزل وتنقية المركبات النشطة بالنشاط البيولوجي الذي تم التحقق منه في الفحص. قد تؤدي معرفة هوية هدف دوائي محدد إلى تسريع كبير في تحديد المركبات النشطة دوائيا الموجودة في المخاليط المعقدة. تعتمد هذه الأساليب عادة على تجميد الهدف الجزيئي ، على سبيل المثال ، إنزيم ، على سطح صلب ، مثل الخرز المغناطيسي23. وتستخدم الأهداف المجمدة لاحقا في تجارب الفرز التي تؤدي إلى عزل المركبات المتفاعلة مع الهدف. في حين تم استخدام هذا النهج على نطاق واسع في تحديد المركبات التي تستهدف البروتينات الخلوية ، فقد تم تطبيقه بشكل أقل شيوعا في تحديد المواد الكيميائية المتفاعلة مع البروتينات عبر الغشاء (TMPs)23. ينبع تحد إضافي في تجميد TMPs من حقيقة أن نشاط البروتين يعتمد على تفاعله مع الدهون الفوسفاتية في غشاء الخلية والجزيئات الأخرى في الطبقة الثنائية مثل الكوليسترول23,24. من المهم الحفاظ على هذه التفاعلات الدقيقة بين البروتينات وبيئتها ثنائية الطبقة الفوسفاتية الأصلية عند محاولة شل حركة الهدف عبر الغشاء.

في غشاء التقارب الخلوي ، يتم تجميد شظايا غشاء الخلية (CMAC) ، وليس البروتينات النقية ، على جزيئات الطور الثابت للغشاء الاصطناعي (IAM)23. يتم تحضير المراحل الثابتة IAM عن طريق الترابط التساهمي لنظائر الفوسفاتيديل كولين على السيليكا. تم مؤخرا تطوير فئات جديدة من المراحل الثابتة IAM التي يتم فيها تغطية مجموعات الأمين والسيلانول الحر (IAM. كمبيوتر شخصي. جسيمات DD2). خلال أعمدة CMAC إعداد شظايا غشاء الخلية يتم تجميدها على سطح جزيئات IAM من خلال الامتزاز.

وقد استخدمت أعمدة CMAC حتى الآن لشل حركة فئات مختلفة من TMPs بما في ذلك القنوات الأيونية (على سبيل المثال ، مستقبلات النيكوتين) ، GPCRs (على سبيل المثال ، مستقبلات المواد الأفيونية) ، ناقلات البروتين (على سبيل المثال ، p-glycoprotein) ، إلخ.24. وقد استخدمت أهداف البروتين المجمدة في توصيف الديناميكا الدوائية (على سبيل المثال، ثابت التفكك، Kd) أو تحديد حركيات الربط (kon and koff) لأربطة الجزيئات الصغيرة التي تتفاعل مع الهدف وكذلك في عملية تحديد خيوط الدواء الجديدة المحتملة الموجودة في المصفوفات المعقدة24 . نقدم هنا إعداد أعمدة CMAC مع مستقبل التروبوميوسين كيناز B (TrkB) المتجمد ، والذي ظهر كهدف قابل للتطبيق لاكتشاف الأدوية للعديد من اضطرابات الجهاز العصبي.

أظهرت الدراسات السابقة أن تنشيط مسار عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ (BDNF) / TrkB يرتبط بتحسين بعض الأمراض العصبية ، مثل AD أو اضطراب الاكتئاب الرئيسي25،26،27،28. وأفيد أن مستويات BDNF وتعبيره عن مستقبلاته TrkB تنخفض في AD ، وتخفيضات مماثلة تضعف وظيفة الحصين في النماذج الحيوانية من AD29. تم الإبلاغ عن انخفاض مستويات BDNF في مصل ودماغ مرضى AD 30،31،32. تم العثور على فرط التعبير عن تاو أو فرط الفسفرة لخفض تنظيم تعبير BDNF في الخلايا العصبية الأولية والنماذج الحيوانية AD33،34،35. بالإضافة إلى ذلك ، تم الإبلاغ عن أن BDNF له آثار وقائية على السمية العصبية الناجمة عن β أميلويد في المختبر وفي الجسم الحي36. وقد تبين أن إعطاء BDNF المباشر في دماغ الفئران يزيد من التعلم والذاكرة في الحيوانات الضعيفة إدراكيا37. ظهرت BDNF / TrkB كهدف صالح لتخفيف الاضطرابات العصبية والنفسية بما في ذلكAD 28,38. إن استهداف مسار إشارات BDNF / TrkB لتطوير العلاجات في AD من المحتمل أن يعزز فهمنا للمرض39. لسوء الحظ ، لا يمكن استخدام BDNF نفسه كعلاج بسبب خصائصه الدوائية السيئة وآثاره الجانبية الضارة40. تم استكشاف منشطات الجزيئات الصغيرة لمسارات TrkB / BDNF كروابط TrkB محتملة41،42،43. من بين ناهضات الجزيئات الصغيرة التي تم اختبارها ، 7,8-dihydroxyflavone (7,8-DHF) ، ثبت أنها تنشط مسار BDNF / TrkB41,44,45,46. ويجري حاليا النظر في مشتق من 7,8-DHF (R13؛ 4-Oxo-2-phenyl-4H-chromene-7,8-diyl bis(methylcarbamate)) كدواء محتمل ل AD47. في الآونة الأخيرة ، تبين أن العديد من مضادات الاكتئاب تعمل من خلال الارتباط المباشر ب TrkB وتعزيز إشارات BDNF ، مما يؤكد على أهمية متابعة TrkB كهدف صالح لعلاج الاضطرابات العصبية المختلفة48.

يصف البروتوكول عملية تجميع عمود TrkB الوظيفي وعمود التحكم السلبي TrkB-NULL. تتميز الأعمدة باستخدام منتج طبيعي معروف رباط جزيئي صغير: 7,8-DHF. بالإضافة إلى ذلك ، نصف عملية فحص المصفوفات المعقدة ، باستخدام المستخلص النباتي كمثال ، لتحديد المركبات التي تتفاعل مع TrkB.

Protocol

1. زراعة الخلايا من خلايا الورم الأرومي العصبي SH-SY5Y (خطوط الخلايا TrkB و TrkB-NULL (الأبوية) ) ملاحظة: تم شراء خطوط الخلايا (خط الخلية SH-SY5Y (TrkB، BR6) وخط الخلية الأبوية SH-SY5Y (TrkB NULL))49,50 من كيرافاست. تستخدم الخلايا المستزرعة كمصدر للمستقبلات عبر الغش…

Representative Results

بعد البروتوكول ، تم تجميع عمودين كروماتوغرافيين CMAC: أحدهما مع شظايا غشاء خلية الورم الأرومي العصبي SH-SY5Y المجمدة مع TrkB المعبر عنه بشكل مفرط والآخر مع شظايا غشاء خلية SH-SY5Y TrkB-NULL. يتم عرض عمود CMAC الذي تم تجميعه بشكل صحيح في الشكل 1 ويتم عرض الخطوات التي ينطوي عليها تجميد شظايا غ?…

Discussion

إن تحديد المركبات النشطة الموجودة في مخاليط معقدة من المستقلبات المتخصصة مهمة صعبة للغاية23. تقليديا ، يتم عزل المركبات الفردية ، ويتم اختبار نشاطها في فحوصات مختلفة. هذا النهج يستغرق وقتا طويلا ومكلفا وغالبا ما يؤدي إلى عزل وتحديد المركبات الأكثر وفرة وتميزا23. ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

تم دعم Z.C.A. من قبل مجلس البحوث العلمية والتكنولوجية في تركيا (TUBITAK) 2219- برنامج زمالة أبحاث ما بعد الدكتوراه الدولي. تم دعم الأبحاث الواردة في هذا المنشور من قبل المركز الوطني للطب التكميلي والتكاملي التابع للمعاهد الوطنية للصحة تحت رقم الجائزة 1R41AT011716-01. كما تم دعم هذا العمل جزئيا من قبل الجمعية الأمريكية لمنحة بدء أبحاث العقاقير ، ومنحة ريجيس تكنولوجيز إلى L.C. المحتوى هو مسؤولية المؤلفين وحدهم ولا يمثل بالضرورة وجهات النظر الرسمية للمعاهد الوطنية للصحة.

Materials

7-8 Dihydroxyflavone hydrate Sigma-Aldrich D5446-10 mg ≥98% (HPLC)
Adenosine 5'-triphosphate (ATP) disodium salt hydrate Sigma-Aldrich A2383-1 g
Ammonium acetate VWR Chemicals BDH BDH9204-500 g
BDNF antibody Invitrogen PA5-15198-400 μL Primary antibody; 2 mg/mL of concentration
Benzamidine hydrochloride hydrate Sigma-Aldrich B6506-25 g
Brain derived neurotrophic factor (BDNF) human Sigma-Aldrich B3795-10 μg Recombinant, expressed in E. coli, lyophilized powder, suitable for cell culture
Calcium chloride VWR Analytical BDH9224-1 kg
Cholic acid sodium salt Alfa Aesar J62050-100 g
Dounce homogenizer VWR 71000-516 40 mL, 285 mm (overall lenght), 32 x 140 mm (O.D. x H)
Ethanol Sigma-Aldrich 493511
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) VWR Analytical BDH-9232-500 g
Fetal bovine serum Sigma-Aldrich F2442-500 mL sterile-filtered, suitable for cell culture
G418 disulfate salt solution Sigma-Aldrich G8168-100 mL 50 mg/mL in H2O, 0.1 μm filtered, suitable for cell culture
Glycerol VWR Life Science E520-100 mL
Immobilized artificial membrane (IAM.PC.DD2) Regis Technologies, Inc. 1-771050-500
Magnesium chloride hexahydrate VWR Analytical BDH9244-500 mL
Methanol Sigma-Aldrich 322425
Nikon Plan Fluor Nikon Confocal laser scanning microscope
Normal goat serum (10%) Life Technologies 50197Z
Penicillin-Streptomycin Sigma-Aldrich P4333-100 mL
Phenylmethanesulfonyl fluoride (PMSF) Thermo Scientific 36978-5 g
Phosphate buffered saline (PBS) VWR Life Science K812-500 mL 1x
Potassium chloride VWR Chemicals BDH 0395-1 kg
Protease inhibitor cocktail VWR Life Science Ambreso M221-1 mL Proteomics grade, containing 50 mM AEBSF, 30 µM aprotonin, 1 mM bestatin, 1 mM E-64 and 1 mM leupeptin
RPMI-1640 medium Sigma-Aldrich R8758-500 mL with L-glutamine and sodium bicarbonate, liquid, sterile-filtered, suitable for cell culture
Secondary antibody goat anti-rabbit IgG (H+L) Invitrogen Alexa Flour Plus 488 A32731
SH-SY5Y Neuroblastoma cell lines expressing Trk-B Kerafast ECP007
SH-SY5Y Trk-NULL cell line Kerafast ECP005
Snake skin dialysis tubing Thermo Scientific 88245 10K MWCO, 35 mm dry I.D.
Sodium azide Sigma-Aldrich S2002
Sodium chloride BDH VWR Analytical BDH9286-2.5 kg
Tricorn 5/20 column GE Healthcare 24-4064-08
Tris-HCl VWR Life Science 0497-1 kg
Trypsin-EDTA solution Sigma-Aldrich T4049-500 mL 0.25%, sterile-filtered, suitable for cell culture, 2.5 g porcine trypsin and 0.2 g EDTA

References

  1. Thomford, N. E., et al. Natural Products for Drug Discovery in the 21st Century: Innovations for Novel Drug Discovery. International Journal of Molecular Sciences. 19 (6), 1578 (2018).
  2. Atanasov, A. G., Zotchev, S. B., Dirsch, V. M. International Natural Product Sciences Taskforce, Supuran, C.T. Natural products in drug discovery: advances and opportunities. Nature Reviews. Drug Discovery. 20 (3), 200-216 (2021).
  3. Altmann, K. H. Drugs from the Oceans: Marine Natural Products as Leads for Drug Discovery. Chimia. 71 (10), 646-652 (2017).
  4. Bernardini, S., Tiezzi, A., Laghezza Masci, V., Ovidi, E. Natural products for human health: an historical overview of the drug discovery approaches. Natural Product Research. 32 (16), 1926-1950 (2018).
  5. DeCorte, B. L. Underexplored Opportunities for Natural Products in Drug Discovery. Journal of Medicinal Chemistry. 59 (20), 9295-9304 (2016).
  6. Lee, J., Jo, D. G., Park, D., Chung, H. Y., Mattson, M. P. Adaptive cellular stress pathways as therapeutic targets of dietary phytochemicals: focus on the nervous system. Pharmacological Reviews. 66 (3), 815-868 (2014).
  7. Hornykiewicz, O. L-DOPA: from a biologically inactive amino acid to a successful therapeutic agent. Amino Acids. 23 (1-3), 65-70 (2002).
  8. Hoyer, D. Targeting the 5-HT system: Potential side effects. Neuropharmacology. 179, 108233 (2020).
  9. Nur, S., Adams, C. E. Chlorpromazine versus reserpine for schizophrenia. The Cochrane Database of Systematic Reviews. 4, (2016).
  10. Chung, H. Y., et al. Redefining Chronic Inflammation in Aging and Age-Related Diseases: Proposal of the Senoinflammation Concept. Aging and Disease. 10 (2), 367-382 (2019).
  11. Fitzgerald, K. N., et al. Potential reversal of epigenetic age using a diet and lifestyle intervention: a pilot randomized clinical trial. Aging. 13 (7), 9419-9432 (2021).
  12. Zhao, L., Lee, J. Y., Hwang, D. H. Inhibition of pattern recognition receptor-mediated inflammation by bioactive phytochemicals. Nutrition Reviews. 69 (6), 310-320 (2011).
  13. Corbi, G., et al. Dietary Phytochemicals in Neuroimmunoaging: A New Therapeutic Possibility for Humans?. Frontiers in Pharmacology. 7, 364 (2016).
  14. Davinelli, S., et al. Dietary phytochemicals and neuro-inflammaging: from mechanistic insights to translational challenges. Immunity & Ageing: I & A. 13, 16 (2016).
  15. Ostan, R., et al. Inflammaging and cancer: a challenge for the Mediterranean diet. Nutrients. 7 (4), 2589-2621 (2015).
  16. Martucci, M., et al. Mediterranean diet and inflammaging within the hormesis paradigm. Nutrition Reviews. 75 (6), 442-455 (2017).
  17. Szarcvel Szic, K., Declerck, K., Vidakovic, M., Vanden Berghe, W. From inflammaging to healthy aging by dietary lifestyle choices: is epigenetics the key to personalized nutrition. Clinical Epigenetics. 7 (1), 33 (2015).
  18. Dean, E., Gormsen Hansen, R. Prescribing optimal nutrition and physical activity as "first-line" interventions for best practice management of chronic low-grade inflammation associated with osteoarthritis: evidence synthesis. Arthritis. , 560634 (2012).
  19. Ruiz-Núñez, B., Pruimboom, L., Dijck-Brouwer, D. A., Muskiet, F. A. Lifestyle and nutritional imbalances associated with Western diseases: causes and consequences of chronic systemic low-grade inflammation in an evolutionary context. TheJournal of Nutritional Biochemistry. 24 (7), 1183-1201 (2013).
  20. Agarwal, P., et al. MIND Diet Associated with Reduced Incidence and Delayed Progression of Parkinsonism in Old Age. The Journal of Nutrition, Health & Aging. 22 (10), 1211-1215 (2018).
  21. Morris, M. C., et al. MIND diet associated with reduced incidence of Alzheimer’s Disease. Alzheimer’s & Dementia: The Journal of the Alzheimer’s Association. 11 (9), 1007-1014 (2015).
  22. Franceschi, C., Garagnani, P., Parini, P., Giuliani, C., Santoro, A. Inflammaging: a new immune-metabolic viewpoint for age-related diseases. Nature Reviews. Endocrinology. 14 (10), 576-590 (2018).
  23. Ciesla, L., Moaddel, R. Comparison of analytical techniques for the identification of bioactive compounds from natural products. Natural Product Reports. 33 (10), 1131-1145 (2016).
  24. Moaddel, R., Wainer, I. W. The preparation and development of cellular membrane affinity chromatography columns. Nature Protocols. 4 (2), 197-205 (2009).
  25. Ferrer, I., et al. BDNF and full-length and truncated TrkB expression in Alzheimer disease. Implications in therapeutic strategies. Journal of Neuropathology and Experimental Neurology. 58 (7), 729-739 (1999).
  26. Numakawa, T., Odaka, H., Adachi, N. Actions of Brain-Derived Neurotrophin Factor in the Neurogenesis and Neuronal Function, and Its Involvement in the Pathophysiology of Brain Diseases. International Journal of Molecular Sciences. 19 (11), 3650 (2018).
  27. Lima Giacobbo, B., et al. Brain-Derived Neurotrophic Factor in Brain Disorders: Focus on Neuroinflammation. Molecular Neurobiology. 56 (5), 3295-3312 (2019).
  28. Wang, Z. H., et al. Deficiency in BDNF/TrkB Neurotrophic Activity Stimulates δ-Secretase by Upregulating C/EBPβ in Alzheimer’s Disease. Cell Reports. 28 (3), 655-669 (2019).
  29. Devi, L., Ohno, M. TrkB Reduction Exacerbates Alzheimer’s Disease-like Signaling Aberrations and Memory Deficits without Affecting beta-Amyloidosis in 5XFAD Mice. Translational Psychiatry. 5 (5), 562 (2015).
  30. Jiao, S. S., et al. Brain-derived Neurotrophic Factor Protects against Tau-related Neurodegeneration of Alzheimer’s Disease. Translational Psychiatry. 6 (10), 907 (2016).
  31. Ng, T., Ho, C., Tam, W., Kua, E., Ho, R. C. Decreased Serum Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) Levels in Patients with Alzheimer’s Disease (AD): A Systematic Review and Meta-Analysis. International Journal of Molecular Sciences. 20 (2), 257 (2019).
  32. Amidfar, M., de Oliveira, J., Kucharska, E., Budni, J., Kim, Y. K. The Role of CREB and BDNF in Neurobiology and Treatment of Alzheimer’s Disease. Life Sciences. 257, 118020 (2020).
  33. Atasoy, I. L., et al. Both Secreted and the Cellular Levels of BDNF Attenuated due to Tau Hyperphosphorylation in Primary Cultures of Cortical Neurons. Journal of Chemical Neuroanatomy. 80, 19-26 (2017).
  34. Rosa, E., et al. Tau Downregulates BDNF Expression in Animal and Cellular Models of Alzheimer’s Disease. Neurobiology of Aging. 48, 135-142 (2016).
  35. Xiang, J., et al. Delta-secretase-cleaved Tau Antagonizes TrkB Neurotrophic Signalings, Mediating Alzheimer’s Disease Pathologies. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (18), 9094-9102 (2019).
  36. Giuffrida, M. L., Copani, A., Rizzarelli, E. A Promising Connection between BDNF and Alzheimer’s Disease. Aging. 10 (8), 1791-1792 (2018).
  37. Ando, S., et al. Animal Model of Dementia Induced by Entorhinal Synaptic Damage and Partial Restoration of Cognitive Deficits by BDNF and Carnitine. Journal of Neuroscience Research. 70 (3), 519-527 (2002).
  38. Fischer, D. L., Sortwell, C. E. BDNF Provides Many Routes Toward STN DBS-Mediated Disease Modification. Movement Disorders. Official Journal of the Movement Disorder Society. 34 (1), 22-34 (2019).
  39. Zhang, F., Kang, Z., Li, W., Xiao, Z., Zhou, X. Roles of Brain-derived Neurotrophic Factor/Tropomyosin-related Kinase B (BDNF/TrkB) Signalling in Alzheimer’s Disease. Journal of Clinical Neuroscience: Official Journal of the Neurological Society of Australasia. 19 (7), 946-949 (2012).
  40. Pilakka-Kanthikeel, S., Atluri, V. S., Sagar, V., Saxena, S. K., Nair, M. Targeted Brain Derived Neurotropic Factors (BDNF) Delivery across the Blood-Brain Barrier for Neuro-protection using Magnetic Nano Carriers: An In-vitro Study. PLoS One. 8 (4), 62241 (2013).
  41. Jang, S. W., et al. A Selective TrkB Agonist with Potent Neurotrophic Activities by 7,8-Dihydroxyflavone. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (6), 2687-2692 (2010).
  42. Todd, D., et al. A Monoclonal Antibody TrkB Receptor Agonist as a Potential Therapeutic for Huntington’s Disease. Plos One. 9 (2), 87923 (2014).
  43. Liu, X., et al. Optimization of a Small Tropomyosin-Related Kinase B (TrkB) Agonist 7,8-Dihydroxyflavone Active in Mouse Models of Depression. Journal of Medicinal Chemistry. 55 (19), 8524-8537 (2012).
  44. Liu, X., et al. Biochemical and Biophysical Investigation of the Brain-derived Neurotrophic Factor Mimetic 7,8-Dihydroxyflavone in the Binding and Activation of the TrkB Receptor. The Journal of Biological Chemistry. 289 (40), 27571-27584 (2014).
  45. Chen, L., Gao, X., Zhao, S., Hu, W., Chen, J. The Small-Molecule TrkB Agonist 7,8-Dihydroxyflavone Decreases Hippocampal Newborn Neuron Death After Traumatic Brain Injury. Journal of Neuropathology and Experimental Neurology. 74 (6), 557-567 (2015).
  46. Liu, X., et al. Optimization of a Small Tropomyosin-related Kinase B (TrkB) Agonist 7,8-Dihydroxyflavone Active in Mouse Models of Depression. Journal of Medicinal Chemistry. 55 (19), 8524-8537 (2012).
  47. Zhang, Z., et al. 7,8-Dihydroxyflavone Prevents Synaptic Loss and Memory Deficits in a Mouse Model of Alzheimer’s Disease. Neuropsychopharmacology: Official Publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 39 (3), 638-650 (2014).
  48. Casarotto, P. C., et al. Antidepressant Drugs Act by Directly Binding to TRKB Neurotrophin Receptors. Cell. 184 (5), 1299-1313 (2021).
  49. Iyer, R., et al. Entrectinib is a potent inhibitor of Trk-driven neuroblastomas in a xenograft mouse model. Cancer letters. 372 (2), 179-186 (2016).
  50. Iyer, R., et al. Nanoparticle delivery of an SN38 conjugate is more effective than irinotecan in a mouse model of neuroblastoma. Cancer letters. 360 (2), 205-212 (2015).
  51. Ng, E. S., Chan, N. W., Lewis, D. F., Hindsgaul, O., Schriemer, D. C. Frontal Affinity Chromatography-Mass spectrometry. Nature Protocols. 2 (8), 1907-1917 (2007).
  52. Maciuk, A., Moaddel, R., Haginaka, J., Wainer, I. W. Screening of Tobacco Smoke Condensate for Nicotinic Acetylcholine Receptor Ligands using Cellular Membrane Affinity Chromatography Columns and Missing Peak Chromatography. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 48 (2), 238-246 (2008).
  53. Harvey, A. L., Edrada-Ebel, R., Quinn, R. J. The Re-emergence of Natural Products for Drug Discovery in the Genomics Era. Nature Reviews. Drug Discovery. 14 (2), 111-129 (2015).
  54. Ciesla, L., et al. Development and Characterization of the α3β4α5 Nicotinic Receptor Cellular Membrane Affinity Chromatography Column and Its Application for on line Screening of Plant Extracts. Journal of Chromatography A. 1431, 138-144 (2016).

Play Video

Cite This Article
Arituluk, Z. C., Adhikari, B., Maitra, U., Goodman, C., Ciesla, L. M. Cellular Membrane Affinity Chromatography Columns to Identify Specialized Plant Metabolites Interacting with Immobilized Tropomyosin Kinase Receptor B. J. Vis. Exp. (179), e63118, doi:10.3791/63118 (2022).

View Video