Химически индуцированная димеризация (CID) - это биологический механизм, при котором два белка связываются только в присутствии определенной небольшой молекулы, фермента или другого димеризующего агента. [1] Генно-инженерные системы CID используются в биологических исследованиях для контроля локализации белка, манипулирования сигнальными путями и индукции активации белка. [2]
История
Первая низкомолекулярная CID-система была разработана в 1993 году и использовала FK1012 , производное лекарственного средства такролимуса (FK506), для индукции гомодимеризации FKBP . [2] Эта система использовалась in vivo для индукции связывания между рецепторами клеточной поверхности, которые не могли связываться обычным образом, потому что у них отсутствовали трансмембранный и внеклеточный домены. Добавление FK1012 к клеткам вызывало передачу сигнала.
Системы химически индуцированной димеризации
Целевые белки | Димеризирующий агент | Рекомендации | |
---|---|---|---|
FKBP | FKBP | FK1012 | [3] |
FKBP | Кальциневрин А (CNA) | FK506 | [4] |
FKBP | CyP-Fas | FKCsA | [5] |
FKBP | FRB (FKBP-рапамицин-связывающий) домен mTOR | Рапамицин | [6] |
GyrB | GyrB | Кумермицин | [7] |
ГАИ | GID1 (нечувствительный к гиббереллину карлик 1) | Гиббереллин | [8] |
ABI | PYL | Абсцизовая кислота | [9] |
ABI | ПИР Манди | Мандипропамид | [10] |
SNAP-тег | HaloTag | HaXS | [11] |
eDHFR | HaloTag | TMP-HTag | [12] |
Bcl-xL | Fab (AZ1) | ABT-737 | [13] |
Приложения
CID использовался для ряда приложений в биомедицинских исследованиях. В большинстве случаев каждый димеризующийся белок экспрессируется как часть конструкции слияния с другими представляющими интерес белками. Добавление химического димеризующего агента сближает обе конструкции и вызывает взаимодействия между интересующими белками. CID использовался для регулирования и мониторинга транскрипции генов, трансдукции сигнала и посттрансляционных модификаций белков.
В последнее время CID также использовался для создания базового компонента биокомпьютеров , логических вентилей, из генетически измененных клеток. [8] В этом приложении две независимые системы CID, одна на основе растительных белков, а другая на основе бактериальных белков, экспрессируются в одной и той же клетке. Каждый набор белков можно вызвать димеризацией путем добавления отдельного химического вещества. Создавая слитые белки с димеризующимися белками, могут быть созданы связанные с мембраной белки и белки, которые активируют взъерошивание клеток, ворота И и ИЛИ, которые принимают химические димеризаторы в качестве входных данных и возвращают взъерошенное или невозмутимое состояние в качестве выходных данных.
Рекомендации
- ^ Kopytek SJ, Standaert РФ, Дайер JC, Ху JC (май 2000). «Химически индуцированная димеризация дигидрофолатредуктазы гомобифункциональным димером метотрексата» . Химия и биология . 7 (5): 313–21. DOI : 10.1016 / s1074-5521 (00) 00109-5 . PMID 10801470 .
- ^ а б Феган А, Уайт Б., Карлсон Дж. К., Вагнер К. Р. (июнь 2010 г.). «Химически контролируемая сборка белка: методы и приложения». Химические обзоры . 110 (6): 3315–36. DOI : 10.1021 / cr8002888 . PMID 20353181 .
- ^ Спенсер DM, Wandless TJ, Schreiber SL, Crabtree GR (ноябрь 1993 г.). «Управление передачей сигнала с помощью синтетических лигандов». Наука . 262 (5136): 1019–24. Bibcode : 1993Sci ... 262.1019S . DOI : 10.1126 / science.7694365 . PMID 7694365 .
- ^ Хо С.Н., Биггар С.Р., Спенсер Д.М., Шрайбер С.Л., Крабтри Г.Р. (август 1996 г.). «Димерные лиганды определяют роль доменов активации транскрипции в повторной инициации». Природа . 382 (6594): 822–6. Bibcode : 1996Natur.382..822H . DOI : 10.1038 / 382822a0 . PMID 8752278 . S2CID 3145479 .
- ^ Белшоу П.Дж., Хо С.Н., Крэбтри Г.Р., Шрайбер С.Л. (май 1996 г.). «Контроль ассоциации белков и субклеточной локализации с помощью синтетического лиганда, который вызывает гетеродимеризацию белков» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (10): 4604–7. Bibcode : 1996PNAS ... 93.4604B . DOI : 10.1073 / pnas.93.10.4604 . PMC 39324 . PMID 8643450 .
- ^ Ривера В.М., Клэксон Т., Натесан С., Поллок Р., Амара Дж. Ф., Кинан Т. и др. (Сентябрь 1996 г.). «Гуманизированная система фармакологического контроля экспрессии генов». Природная медицина . 2 (9): 1028–32. DOI : 10.1038 / nm0996-1028 . PMID 8782462 . S2CID 30469863 .
- ^ Фаррар М.А., Альберол-Ила Дж., Перлмуттер Р.М. (сентябрь 1996 г.). «Активация каскада киназ Raf-1 путем димеризации, вызванной кумермицином». Природа . 383 (6596): 178–81. Bibcode : 1996Natur.383..178F . DOI : 10.1038 / 383178a0 . PMID 8774884 . S2CID 4264147 .
- ^ а б Миямото Т., ДеРоуз Р., Суарес А., Уэно Т., Чен М., Сан Т.П. и др. (Март 2012 г.). «Быстрое и ортогональное логическое стробирование с системой димеризации, индуцированной гиббереллином» . Природа Химическая биология . 8 (5): 465–70. DOI : 10,1038 / nchembio.922 . PMC 3368803 . PMID 22446836 .
- ^ Лян Ф.С., Хо В.К., Крабтри Г.Р. (март 2011 г.). «Разработка пути стресса растений ABA для регулирования индуцированной близости» . Научная сигнализация . 4 (164): RS2. DOI : 10.1126 / scisignal.2001449 . PMC 3110149 . PMID 21406691 .
- ^ Ziegler MJ, Yserentant K, Middel V, Dunsing V, Gralak AJ, Pakari K и др. (2020-04-09). «Химическая стратегия для контроля белковых сетей in vivo». DOI : 10.1101 / 2020.04.08.031427 . S2CID 215790898 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Эрхарт Д., Циммерманн М., Жак О, Виттвер М.Б., Эрнст Б., Констебль Э и др. (Апрель 2013). «Химическая разработка гетеродимеризаторов внутриклеточных белков» . Химия и биология . 20 (4): 549–57. DOI : 10.1016 / j.chembiol.2013.03.010 . PMID 23601644 .
- ^ Ballister ER, Aonbangkhen C, Mayo AM, Lampson MA, Chenoweth DM (ноябрь 2014 г.). «Локальная индуцированная светом димеризация белка в живых клетках с использованием фотоклетки димеризатора» . Nature Communications . 5 (5475): 5475. Bibcode : 2014NatCo ... 5.5475B . DOI : 10.1038 / ncomms6475 . PMC 4308733 . PMID 25400104 .
- ^ Хилл З. Б., Мартинко А. Дж., Нгуен Д. П., Уэллс Дж. А. (февраль 2018 г.). «Химически индуцированные димеризаторы на основе человеческих антител для клеточных терапевтических применений» . Природа Химическая биология . 14 (2): 112–117. DOI : 10.1038 / NCHEMBIO.2529 . PMC 6352901 . PMID 29200207 .