هيكل القائم على تصميم الأدوية تلعب دورا هاما في تطوير العقاقير. متابعة أهداف متعددة في نفس الوقت يزيد كثيرا من فرص النجاح لاكتشاف الرصاص. يسلط الضوء على المقالة التالية كيفية مركز سياتل الجينوم الإنشائية للأمراض المعدية يستخدم نهجا متعدد الاهداف لتحديد الجينات إلى هيكل إنفلونزا PB2 A الوحيدات.
تفشي جائحة من سلالات الأنفلونزا شديدة الضراوة يمكن أن يسبب الاعتلال والوفيات على نطاق واسع في المجتمعات البشرية في جميع أنحاء العالم. في الولايات المتحدة وحدها، هي سبب ما معدله 41،400 حالة وفاة و1860000 المستشفيات عن طريق العدوى فيروس الإنفلونزا كل عام 1. وقد تم ربط الطفرات نقطة في البلمرة الأساسية البروتين الوحيدات 2 (PB2) إلى التكيف من العدوى الفيروسية في البشر 2. وقد كشفت النتائج المستخلصة من هذه الدراسات أهمية بيولوجية من PB2 كعامل الفوعة، وبالتالي إبراز إمكاناتها كهدف العقاقير المضادة للفيروسات.
برنامج علم الجينوم الهيكلي طرح من قبل المعهد الوطني للحساسية والأمراض المعدية (NIAID) يوفر التمويل لالزمرد الحيوية وثلاث مؤسسات شمال غرب المحيط الهادئ الأخرى التي تشكل معا مركز سياتل الجينوم الإنشائية للأمراض المعدية (SSGCID). ويكرس SSGCID إلى تزويد المجتمع العلمي مع ثلاث،هياكل البروتين الأبعاد (ه) من مسببات الأمراض المعدية فئة AC. مما يجعل هذه المعلومات متاحة الهيكلية للمجتمع العلمي يعمل على تسريع هيكل القائم على تصميم الأدوية.
هيكل القائم على تصميم الأدوية تلعب دورا هاما في تطوير العقاقير. متابعة أهداف متعددة في نفس الوقت يزيد كثيرا من فرص النجاح لاكتشاف قيادة جديدة من خلال استهداف طريقا أو عائلة بروتين كامل. وقد وضعت الزمرد بيو خط أنابيب عالية الإنتاجية، متعدد الاهداف المعالجة المتوازية (MTPP) لتحديد الجينات إلى هيكل لدعم الكونسورتيوم. نحن هنا وصف البروتوكولات المستخدمة لتحديد بنية الوحيدات PB2 من أربعة إنفلونزا A سلالات مختلفة.
المعالجة المتوازية متعددة الهدف
هيكل القائم على تصميم الأدوية تلعب دورا هاما في اكتشاف المخدرات. ويكرس SSGCID إلى تزويد المجتمع العلمي مع هياكل البروتين ثلاثة أبعاد من مسببات الأمراض المعدية فئة AC. وجعل هذه المعلومات متاحة على نطاق واسع الهيكلية تخدم في نهاية المطاف إلى تسريع هيكل القائم على تصميم الأدوية.
الخطوة الأولى الحاسمة لنهج MTPP هو تصميم بناء. بنيات متعددة من كل البروتين المستهدف يزيد من احتمال تحديد هيكل ناجح وزيادة التحول. فلا مناص من أن بعض بنيات البروتين ستفشل خلال مراحل خط الانابيب. تنفيذ أسلوب الاستنساخ الأنابيب يعتمد أسلوب MTPP من خلال السماح للتوليد العديد من يبني في شكل 96-جيدا دون العمل خطوات تنقية مكثفة. الاقتران استنساخ الأنابيب مع القدرة على تحليل بروتين تعبير في نفس شكل 96-جيدا (الفرجار مختبررقاقة 90) يعجل مزيد من التدفق الإجمالي. الاقتران من هذه الأساليب يسمح لسرعة تحديد بنيات التي تنتج بروتين قابل للذوبان والتي تضمن نجاح إنتاج البروتين على نطاق واسع وتنقية.
أحد الجوانب الأساسية لنجاح MTPP عالية الإنتاجية هو صانع البروتين (رقم براءة الاختراع الأمريكية 6818060، الزمرد BIO) الصك. صانع البروتين هو مواز نظام السائل اللوني 24 قناة وضعت خصيصا لتعزيز كفاءة إنتاج بروتين عالية الإنتاجية والهيكلية المتعلقة الجيني التطبيقات البحثية خط أنابيب. باستخدام بروتوكول سبق وصفها لصانع البروتين، ومزايا واضحة في المقارنة إلى نظام FPLC سطر واحد. ويمكن لشخص واحد تنقية ما يصل إلى 48 هدفا في نفس الوقت ضمن فترة ثماني ساعات. في المقابل، يمكن لشخص واحد باستخدام نظام FPLC سطر واحد يطهر فقط كحد أقصى من أربعة أهداف ضمن نفس الإطار الزمني. مستويات عالية من النقاء لكل هدفتحقق مع صانع البروتين هي عامل حاسم في نجاح متزايد في وقت لاحق من البلورات البروتينية لتحليل هيكل.
القيود واستكشاف الأخطاء وإصلاحها
حل هياكل ثلاثية الأبعاد بواسطة البلورات بالأشعة السينية هو جهد متعدد نظموا العديد من التحديات، واحدة منها هو عدم القدرة على الحصول على كميات كبيرة من البروتين الهدف قابل للذوبان. استراتيجية واحدة والتي يمكن تنفيذها للتغلب على مشكلة الذوبان هو استخدام مضيف التعبير البديلة مثل E. الخلايا القولونية غير قادرة على أداء العديد من حقيقية النواة التعديلات بعد متعدية الهامة. التعبير في مختلف الخميرة، وخطوط الخلية الحشرات والثدييات التي هي قادرة على أداء هذه التعديلات بعد متعدية غالبا ما تكون بديلة مناسبة. يتم التعبير عن البروتينات المستهدفة في بعض الأحيان ولكن غير قابلة للذوبان تماما في ظروف تحلل القياسية. صانع البروتين يمكن أن يكون مصدرا قيما للاختبار السريع للأوضاع تحلل الخلايا البديلةكما هو موضح في سميث وآخرون. 2011 13. هذه الاستراتيجية غالبا ما يكون ضروريا للحفاظ على الاهداف المتحركة عبر خط الانابيب. في أي خط أنابيب الجينوميات الهيكلي، وبروتوكولات موحدة قد لا تكون مناسبة لكل الهدف الذي يأتي من خلال خط أنابيب، وربما بحاجة إلى أهداف التحسين الفردية. على سبيل المثال، اخترنا لاستخدام 20٪ جلايكول الإثيلين لكل cryoprotectant. في الحالات أن هذا الشرط غير مناسب، قد cryoprotectants أو تركيزات البديل يجب أن يتم اختباره.
ونظرا للطبيعة الفريدة من كل هدف البروتين الفردية، ومعدل منظم وخطوة لا يمكن التنبؤ بها في تحديد هيكل هو التبلور. للإزاحة خط أنابيب MTPP نسبة النجاح منخفضة عادة من بلورة البروتين مع التحسين من شاشات مصفوفة متفرق الأولي. كل الكريستال الأولي ضرب من المتاحة تجاريا شاشات مصفوفة متناثر هو الأمثل مع مزيد من منشئ E-الشاشة (الزمرد BIO). تم تصميم الشاشة الأمثل عس اوند حالة ضرب الكريستال الأولية، تغيير تركيزات من المخازن المؤقتة، وأملاح، ومواد مضافة. شاشات الأمثل ناجحة تسفر عن بلورات المناسبة للدراسة الحيود وتحديد هيكل.
برنامج علم الجينوم الهيكلي طرح من قبل المعهد الوطني للحساسية والأمراض المعدية (NIAID) يوفر التمويل لالزمرد الحيوية وثلاث مؤسسات شمال غرب المحيط الهادئ الآخرين الذين هم معا SSGCID (الزمرد بيو، SeattleBiomed، جامعة واشنطن والمختبر الوطني شمال غرب المحيط الهادئ) . وقد تم اختيار كل عضو من أعضاء الكونسورتيوم لخبرتهم في تطبيق تكنولوجيات للدولة من بين الفن المطلوبة لإنجاز أهداف البرنامج الجينوميات الهيكلية المعدية. حتى الآن، قد أودعت SSGCID 461 هياكل في الترتيب PDB على أنها سابع أكبر مساهم في العالم، وفي عام 2011، والأكثر إنتاجية. وتقدم البروتوكولات والمنهجيات من SSGCID بقصد الاستفادة منالمجتمع العلمي وإدامة البحوث من الأمراض المعدية.
The authors have nothing to disclose.
فإن الكتاب أود أن أشكر جميع أعضاء اتحاد SSGCID. يتم تحقيق أهداف SSGCID المحتمل بفضل جهود هائلة من جميع أعضاء الفريق في Emerald بيو. وقد تم تمويل هذا البحث في إطار العقد الاتحادي رقم HHSN272200700057C من المعهد الوطني للحساسية والأمراض المعدية، والمعاهد الوطنية للصحة ووزارة الصحة والخدمات البشرية.
Item | Vendor | Catalog number |
Primers | IDT | |
Genes | DNA 2.0 | |
TE buffer | Qiagen | provided in kit |
96-well half skirt PCR plates | VWR | 10011-248 |
PFU Master Mix | ||
6X Orange Loading Dye | Fermentas | R0631 |
10X TAE | Teknova | T0280 |
Agarose | Sigma-Aldrich | A9414-10G |
pET28 vector | ||
2-YT Broth | VWR | 101446-848 |
Kanamycin | Teknova | K2151 |
Restriction Enzymes | Fermentas | |
QIAquick Gel Extraction Kit | Qiagen | 28704 |
Top 10 chemically comp cells | Invitrogen | C4040-06 |
Disposable Troughs (Sterile, 25 ml) | VWR | 89094-662 |
Airpore covers (Rayon films for bio cultures) | VWR | 60941-086 |
24-well blocks | VWR | 13503-188 |
QIAvac 96 | Qiagen | 19504 |
BL21(DE3) cells chemcomp (phageR) | NEB | C2527H |
50% Glycerol | VWR | 100217-622 |
TB Media | Teknova | T7060 |
IPTG | Sigma-Aldrich | |
1 M Tris pH 8.0 | Mediatech | 46-031-CM |
5 M NaCl | Teknova | S0251 |
Glycerol | Aldrich | G7893-4L |
CHAPS | JT Baker | 4145-01 |
Imidazole | Sigma | 56749-1KG |
TCEP | Amresco | K831-10G |
L-arginine | Amresco | 0877-500G |
Benzonase | EMD | 70746-3 |
Lysozyme | USB | 1864525GM |
10 kDa MWCO dialysis tubing | Thermo | 68100 |
Amicon Ultra 10 ka MWCO concentrators | Millipore | UFC901024 |
HisTrap FF columns | GE | 17-5255-01 |
HiTrap Chelating columns | GE | 17/0408-01 |
Compact Jr crystallization plates | Emerald Bio | EBS-XJR |
Crystalization screens | Emerald Bio | |
Ethylene Glycol 100% | Emerald Bio | EBS-250-EGLY |
Crystal Wand Magnetic Straight | Hampton Research | HR4-729 |
Mounted CryoLoop 0.1-0.2 mm | Hampton Research | HR4-955 |
ALS style puck | ||
Puck Wand | ||
Bent Tongs | ||
Puck Pusher |