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 proteiny		Dimerizační činidlo	Reference
FKBP	FKBP	FK1012	[3]
FKBP	kalcineurin A (CNA)	FK506	[4]
FKBP	CyP-Fas	FKCsA	[5]
FKBP	FRB (FKBP-rapamycin-binding) doména mTOR	rapamycin	[6]
GyrB	GyrB	coumermycin	[7]
GAI	GID1 (gibberellin insensitive dwarf 1)	giberelin	[8]
ABI	PYL	kyselina abscisová	[9]
ABI	PYR Mandi	mandipropamid	[10]
SNAP-tag	HaloTag	HaXS	[11]
eDHFR	HaloTag	TMP-HTag	[12]
Bcl-xL	Fab (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.