Chemicky indukovaná dimerizace

Chemicky indukovaná dimerizace (CID) je biologický mechanismus, při kterém se dva proteiny vážou pouze v přítomnosti určité malé molekuly, enzymu nebo jiného dimerizačního činidla.[1] Geneticky upravené CID systémy se používají v biologickém výzkumu ke kontrole lokalizace proteinů, k manipulaci signálních drah a k indukci aktivace proteinu.[2]

Schéma chemicky indukované dimerizace. Dva proteiny, které normálně neinteragují (nahoře), se vážou v přítomnosti dimerizačního činidla (dole).

Dějiny

První CID systém s malou molekulou byl vyvinut v roce 1993 a používal FK1012, derivát léčiva takrolimus (FK506), k indukci homodimerizace FKBP.[2] Tento systém byl použit in vivo k indukci vazby mezi buněčnými povrchovými receptory, které se nemohly vázat normálním způsobem, protože jim chyběla transmembránová a extracelulární doména. Přidání FK1012 k buňkám způsobilo přenos signálu.

Chemicky indukované dimerizační systémy

Cílové proteinyDimerizační činidloReference
FKBPFKBPFK1012[3]
FKBPkalcineurin A (CNA)FK506[4]
FKBPCyP-FasFKCsA[5]
FKBPFRB (FKBP-rapamycin-binding) doména mTORrapamycin[6]
GyrBGyrBcoumermycin[7]
GAIGID1 (gibberellin insensitive dwarf 1)giberelin[8]
ABIPYLkyselina abscisová[9]
ABIPYR Mandimandipropamid[10]
SNAP-tagHaloTagHaXS[11]
eDHFRHaloTagTMP-HTag[12]
Bcl-xLFab (AZ1)ABT-737[13]

Aplikace

CID se používá pro řadu aplikací v biomedicínském výzkumu. Ve většině aplikací je každý dimerizující protein exprimován jako část fúzního konstruktu s jinými zájmovými proteiny. Přidání chemického dimerizačního činidla uvede oba konstrukty do vzájemné blízkosti a indukuje interakce mezi sledovanými proteiny. CID se používá k regulaci a monitorování genové transkripce, signální transdukce a posttranslačních modifikací v proteinech.

V poslední době se CID používá také k vytvoření základní součásti biopočítačů, logických hradel, z geneticky upravených buněk.[8] V této aplikaci jsou ve stejné buňce exprimovány dva nezávislé CID systémy, jeden založený na rostlinných proteinech a jeden založený na bakteriálních proteinech. Každá sada proteinů může být indukována k dimerizaci přidáním samostatné molekuly. Vytvořením fúzních proteinů s dimerizujícími proteiny, membránově vázanými proteiny a proteiny, které aktivují buněčnou zvlnění, lze vytvořit AND hradlo a OR hradlo, které přijímají chemická dimerizační činidla jako vstupy a jako výstup vracejí zvlněný nebo nezvlněný stav.

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Chemically induced dimerization na anglické Wikipedii.

  1. ↑ KOPYTEK, S. J.; STANDAERT, R. F.; DYER, J. C. Chemically induced dimerization of dihydrofolate reductase by a homobifunctional dimer of methotrexate. Chemistry & Biology. 2000-05, roč. 7, čís. 5, s. 313–321. PMID: 10801470. Dostupné online [cit. 2022-01-31]. ISSN 1074-5521. DOI 10.1016/s1074-5521(00)00109-5. PMID 10801470. 
  2. ↑ a b FEGAN, Adrian; WHITE, Brian; CARLSON, Jonathan C. T. Chemically controlled protein assembly: techniques and applications. Chemical Reviews. 2010-06-09, roč. 110, čís. 6, s. 3315–3336. PMID: 20353181. Dostupné online [cit. 2022-01-31]. ISSN 1520-6890. DOI 10.1021/cr8002888. PMID 20353181. 
  3. ↑ SPENCER, D. M.; WANDLESS, T. J.; SCHREIBER, S. L. Controlling signal transduction with synthetic ligands. Science (New York, N.Y.). 1993-11-12, roč. 262, čís. 5136, s. 1019–1024. PMID: 7694365. Dostupné online [cit. 2022-01-31]. ISSN 0036-8075. DOI 10.1126/science.7694365. PMID 7694365. 
  4. ↑ HO, S. N.; BIGGAR, S. R.; SPENCER, D. M. Dimeric ligands define a role for transcriptional activation domains in reinitiation. Nature. 1996-08-29, roč. 382, čís. 6594, s. 822–826. PMID: 8752278. Dostupné online [cit. 2022-01-31]. ISSN 0028-0836. DOI 10.1038/382822a0. PMID 8752278. 
  5. ↑ BELSHAW, P. J.; HO, S. N.; CRABTREE, G. R. Controlling protein association and subcellular localization with a synthetic ligand that induces heterodimerization of proteins. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1996-05-14, roč. 93, čís. 10, s. 4604–4607. PMID: 8643450 PMCID: PMC39324. Dostupné online [cit. 2022-01-31]. ISSN 0027-8424. DOI 10.1073/pnas.93.10.4604. PMID 8643450. 
  6. ↑ RIVERA, V. M.; CLACKSON, T.; NATESAN, S. A humanized system for pharmacologic control of gene expression. Nature Medicine. 1996-09, roč. 2, čís. 9, s. 1028–1032. PMID: 8782462. Dostupné online [cit. 2022-01-31]. ISSN 1078-8956. DOI 10.1038/nm0996-1028. PMID 8782462. 
  7. ↑ FARRAR, M. A.; ALBEROL-ILA, J.; PERLMUTTER, R. M. Activation of the Raf-1 kinase cascade by coumermycin-induced dimerization. Nature. 1996-09-12, roč. 383, čís. 6596, s. 178–181. PMID: 8774884. Dostupné online [cit. 2022-01-31]. ISSN 0028-0836. DOI 10.1038/383178a0. PMID 8774884. 
  8. ↑ a b MIYAMOTO, Takafumi; DEROSE, Robert; SUAREZ, Allison. Rapid and orthogonal logic gating with a gibberellin-induced dimerization system. Nature Chemical Biology. 2012-03-25, roč. 8, čís. 5, s. 465–470. PMID: 22446836 PMCID: PMC3368803. Dostupné online [cit. 2022-01-31]. ISSN 1552-4469. DOI 10.1038/nchembio.922. PMID 22446836. 
  9. ↑ LIANG, Fu-Sen; HO, Wen Qi; CRABTREE, Gerald R. Engineering the ABA plant stress pathway for regulation of induced proximity. Science Signaling. 2011-03-15, roč. 4, čís. 164, s. rs2. PMID: 21406691 PMCID: PMC3110149. Dostupné online [cit. 2022-01-31]. ISSN 1937-9145. DOI 10.1126/scisignal.2001449. PMID 21406691. 
  10. ↑ ZIEGLER, Michael J.; YSERENTANT, Klaus; MIDDEL, Volker. A chemical strategy to control protein networks in vivo. [s.l.]: [s.n.] Dostupné online. DOI 10.1101/2020.04.08.031427. (anglicky) DOI: 10.1101/2020.04.08.031427. 
  11. ↑ ERHART, Dominik; ZIMMERMANN, Mirjam; JACQUES, Olivier. Chemical development of intracellular protein heterodimerizers. Chemistry & Biology. 2013-04-18, roč. 20, čís. 4, s. 549–557. PMID: 23601644. Dostupné online [cit. 2022-01-31]. ISSN 1879-1301. DOI 10.1016/j.chembiol.2013.03.010. PMID 23601644. 
  12. ↑ BALLISTER, Edward R.; AONBANGKHEN, Chanat; MAYO, Alyssa M. Localized light-induced protein dimerization in living cells using a photocaged dimerizer. Nature Communications. 2014-11-17, roč. 5, s. 5475. PMID: 25400104 PMCID: PMC4308733. Dostupné online [cit. 2022-01-31]. ISSN 2041-1723. DOI 10.1038/ncomms6475. PMID 25400104. 
  13. ↑ HILL, Zachary B.; MARTINKO, Alexander J.; NGUYEN, Duy P. Human antibody-based chemically induced dimerizers for cell therapeutic applications. Nature Chemical Biology. 2018-02, roč. 14, čís. 2, s. 112–117. PMID: 29200207 PMCID: PMC6352901. Dostupné online [cit. 2022-01-31]. ISSN 1552-4469. DOI 10.1038/nchembio.2529. PMID 29200207. 

Média použitá na této stránce

Chemically induced dimerization.png
Autor: Mllyjn, Licence: CC BY-SA 3.0
A diagram of proteins dimerizing in the presence of a dimerizing agent.