Studi di interazioni Chaperone-Cochaperone utilizzando il saggio omogeneo basato su perle

Gli chaperoni molecolari contribuiscono all’omeostasi delle proteine, compreso il ripiegamento, il trasporto e la degradazione delle proteine. Regolano diversi processi cellulari e sono legati a numerose malattie come il cancro e le malattie neurodegenerative¹. Heat shock protein 90 (Hsp90) è uno dei più importanti chaperoni la cui funzione dipende dai cambiamenti conformazionali guidati dall’idrolisi dell’ATP e dal legame con le proteine client mediate dai suoi co-chaperoni². Nonostante un evidente potenziale di Hsp90 come bersaglio terapeutico, la messa a punto della sua funzione rappresenta una grande sfida. Esistono diversi inibitori di Hsp90 che prendono di mira la regione di legame con l’ATP N-terminale, che sono stati valutati in studi clinici, ma nessuno di essi è stato approvato per la^{commercializzazione 3}. A causa della mancanza di una tasca legante ben^{definita 4}, mirata alla regione C-terminale di Hsp90 ha avuto un successo limitato⁴. Recentemente, l’interruzione delle interazioni Hsp90-cochaperone da parte di piccole molecole è stata studiata come strategia alternativa⁵. Il targeting delle interazioni Hsp90-cochaperone non susciterebbe una risposta generale allo stress cellulare e offre la possibilità di regolare specificamente vari processi intracellulari. Il pentapeptide MEEVD conservato al C-terminus di Hsp90 è responsabile dell’interazione con il motivo della ripetizione tetratricopeptidica (TPR) dei co-chaperoni⁶. Delle 736 proteine contenenti motivi TPR annotate nel database delle proteine umane, ~ 20 diverse proteine interagiscono con Hsp90 tramite questo peptide⁷. Le molecole che competono per il legame peptidico MEEVD interromperebbero le interazioni tra Hsp90 e co-chaperoni contenenti un dominio TPR. Il sito di legame peptidico ha una struttura terziaria simile, ma l’omologia complessiva tra diversi domini del motivo TPR è relativamente bassa⁷, fornendo l’opportunità di identificare molecole specificamente in grado di bloccare le interazioni tra Hsp90 e particolari co-chaperoni del motivo TPR. Tra questi co-chaperoni del motivo TPR, la proteina legante FK506 (FKBP) 51 e FKBP52 sono regolatori della segnalazione del recettore dell’ormone steroideo (SHR) e coinvolti in diverse malattie steroidee ormono-dipendenti tra cui cancro, malattie legate allo stress, malattie metaboliche e morbo di Alzheimer⁸. Sebbene FKBP51 e FKBP52 condividano > somiglianza di sequenza dell’80%, le loro funzioni differiscono: FKBP52 è un regolatore positivo dell’attività SHR, mentre FKBP51 è un regolatore negativo nella maggior parte dei casi⁸. Pertanto, l’identificazione delle molecole, bloccando in particolare le interazioni tra Hsp90 e FKBP51 o FKBP52, fornisce un potenziale terapeutico promettente per le malattie correlate.

Unsaggio Luminescente Pomogeno A(AlphaScreen) è stato sviluppato per la prima volta nel 1994 da Ullman EF et al.⁹. Ora è ampiamente usato per rilevare diversi tipi di interazioni biologiche, come il peptide¹⁰, la proteina¹¹, il DNA¹², l’RNA¹³e lo zucchero¹⁴. In questa tecnica, ci sono due tipi di perle (diametro 200 nm), una è la perle donatrice e l’altra è la perle accettore. Le biomolecole sono immobilizzate su queste perle; le loro interazioni biologiche portano le perle del donatore e dell’accettore nelle vicinanze. A 680 nm, un fotosensibilizzatore nel cordone donatore illumina e converte l’ossigeno in ossigeno singoletto. Poiché l’ossigeno singoletto ha una vita breve, può diffondersi solo fino a 200 nm. Se il perle accettore è in prossimità, il suo derivato tiosseno reagisce con l’ossigeno singoletto generando chemiluminescenza a 370 nm. Questa energia attiva ulteriormente i fluorofori nello stesso perle accettore per emettere luce a 520-620 nm¹⁵. Se le interazioni biologiche vengono interrotte, il perno accettore e il perno donatore non possono raggiungere la vicinanza, con conseguente decadimento dell’ossigeno singoletto e segnale basso prodotto.

Qui descriviamo un protocollo che utilizza questa tecnica per lo screening di piccole molecole che inibiscono le interazioni tra co-chaperoni Hsp90 e TPR, in particolare FKBP51 e FKBP52. I 10 peptidi lunghi di amminoacidi corrispondenti a Hsp90 estremo C-terminus sono attaccati a perline accettori. I co-chaperoni TPR purificati con tag GST interagiscono con le perle di donatore legate al glutatione. Quando l’interazione tra peptidi derivati da Hsp90 e co-chaperoni del motivo TPR riunisce le perle, viene prodotto un segnale amplificato (Figura 1A). Se le piccole molecole schermate possono inibire le interazioni tra Hsp90 e co-chaperoni del motivo TPR, questo segnale amplificato sarà diminuito (Figura 1B). Il loro IC₅₀ può essere calcolato mediante misurazione quantitativa. Questo protocollo può essere esteso a qualsiasi interazione di co-chaperone chaperone chaperone – TPR-motif ed è di grande importanza nello sviluppo di nuove molecole, bloccando in particolare l’interazione tra Hsp90 e FKBP51 o FKBP52.

Figura 1: Il principio di base di questo saggio. (A) GST-FKBP51 purificato interagisce con le perle donatrici legate al glutatione. I 10 peptidi lunghi di amminoacidi corrispondenti all’estremo C-terminus di Hsp90 sono attaccati alle perle accettori. L’interazione tra i peptidi derivati da Hsp90 e il dominio TPR di FKBP51 porta le perle del donatore e dell’accettore in prossimità. A 680 nm, un fotosensibilizzatore nel cordone donatore illumina e converte l’ossigeno in ossigeno singoletto. Il derivato tiossene sul perle accettore reagisce con l’ossigeno singoletto e genera chemiluminescenza a 370 nm. Questa energia attiva ulteriormente i fluorofori nello stesso perle accettore per emettere luce a 520-620 nm. (B) Quando piccole molecole inibiscono le interazioni tra Hsp90 e FKBP51, le perle del donatore e dell’accettore non possono raggiungere la prossimità. Quindi l’ossigeno singoletto con breve durata decade e non viene prodotto alcun segnale rilevabile. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.