The yeast surface as a platform for inhibitor discovery

点击翻译按钮获取中文摘要

Advances in screening technologies have made ligand discovery against biological targets routine, but  converting binding ligands into specific enzyme inhibitors is extremely challenging, even for metalloproteinases  and other enzymes with well-­defined active sites. The lack of specific inhibitors prevents full elucidation of  biological processes as basic as extracellular matrix remodeling. Proteins and small molecules each lack key  features of inhibitors. Antibodies and other proteins rarely disrupt enzyme function, but usually exhibit high  binding specificity. Small molecules frequently lack single-­enzyme specificity, but interfere with enzymatic  activity. Neither of these modalities is well-­suited for generating potent, specific enzyme inhibitors.  My long-­term goals are to 1) establish general principles for discovering potent, specific inhibitors against  medically relevant enzymes;; and 2) utilize the resulting inhibitors to understand the roles of enzymes such as  metalloproteinases in normal physiology and pathological processes. I hypothesize that simultaneously  leveraging the complementary strengths of proteins and small molecules will give rise to entirely new classes  of potent, specific inhibitors. The goal during this proposal period is to convert yeast display, a powerful  ligand discovery platform, into a comprehensive inhibitor discovery platform. My lab has already established  strategies for expanding the chemical functionality that can be utilized in combination with yeast display. Here,  we will enhance our platform further and use it to identify inhibitors against a test set of metalloproteinase  targets. In the process, we will gain fundamental insights into how to generate inhibitors that are not accessible  using any current inhibitor discovery approaches, setting the stage for 1) a greatly expanded toolkit for studying  basic biology;; and 2) much broader inhibitor discovery efforts. The initial directions we will pursue are:  Direction 1. Expand the range of chemistries that can be encoded in yeast-­displayed proteins.  Proteins containing canonical amino acids lack key groups found in enzyme inhibitors. We will utilize our  quantitative reporter of ncAA incorporation to encode these functionalities in yeast-­displayed proteins.  Direction 2. Establish assays for quantitatively evaluating enzyme inhibition on the yeast surface.  No existing display technologies support quantitative evaluations of enzyme inhibition during high  throughput screening. We will utilize dual yeast display technology to establish these capabilities.  Direction 3. Use chemically augmented antibody libraries to evolve potent, specific inhibitors.  Antibodies rarely inhibit enzymes. We will generate and screen libraries of antibodies containing added  chemical groups to establish general principles for inhibitor isolation in this unexplored discovery space.  To focus our discovery efforts, we and our collaborators have identified metalloproteinases from multiple  families that play important roles in human health and disease. The general discovery principles we establish  here will lead directly to new classes of inhibitors for understanding and treating human disease.