Developing NMR and Biophysical Strategies to Study Protein-Ligand Interactions and Reveal Interesting Compound Properties

开发核磁共振和生物物理策略来研究蛋白质-配体相互作用并揭示有趣的化合物特性

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2016-06747
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.19万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2019-01-01 至 2020-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

There is a widely held view that the study of ligands binding to macromolecules should be simple and straightforward. In practice, however, the available tools are sparse and compromised by artifacts. Moreover, binding involves many events, some of which have yet to be fully revealed. This research program aims to develop strategies to enable the elucidation of various binding events and to expose relevant free-state properties of small-molecule ligands. The research will be executed within the context of mounting fragment-based ligand discovery (FBLD) efforts in my laboratory where the binding of thousands of compounds to a variety of protein types will be systematically evaluated. Briefly, FBLD will involve the screening of libraries (e.g. ~1000-8000 members) of fragment compounds (~120-300 Da) in search for binders (Kd ~ 100-1000 uM) that will then be subjected to follow-up characterization. *** We will begin by building libraries of compounds using prioritization filters based on theoretical and experimental attributes. Cheminformatics will serve to rank fragments that have desirable calculated physicochemical properties, functional group diversity and three-dimensionality. New NMR and biophysical profiling methods will be implemented to identify insoluble compounds and characterize those that tumble as lone molecules in the free-state versus those that self-assemble into aggregates or nano-entities. Compounds that self-assemble will be extensively characterized in follow-up studies to establish structure-aggregate-property relationships and to explore design opportunities for nano-biotechnology purposes. *** Theses libraries will then be screened to identify compounds that bind to protein targets. A set of comprehensive NMR screening techniques will be developed to detect binding via changes in NMR resonance shifts (HSQC, DLB, 19F NMR), relaxation (CPMG, NOESY), saturation (STD) and diffusion (DOSY). These and other biophysics methods will help to reveal and elucidate the various types of free-state properties and binding modes (e.g. specificity, stoichiometries, promiscuity, stability at various time-scales). The evaluation of large amounts of data generated will require the assistance and development of software. Follow-up biophysical and structure-activity relationships will then be established to best characterize the binding modes and identify correlations with properties. New protocols will also be implemented to enable efficient screening in various buffers, biologically-relevant media, and cell-based environments, and to screen atypical targets such as intrinsically disordered proteins.*** In summary, this research will establish new strategies, expose and exploit fundamental chemical properties, and define new FBLD methods to improve our understanding of the molecular properties that define protein-ligand interactions.**
人们普遍认为,配体与大分子结合的研究应该简单明了。 然而,在实践中,可用的工具是稀疏的,并受到工件的影响。 此外,绑定涉及许多事件,其中一些尚未完全揭示。 该研究计划旨在制定策略,以阐明各种结合事件,并暴露小分子配体的相关自由态特性。 该研究将在我的实验室中进行基于片段的配体发现(FBLD)工作,其中将系统地评估数千种化合物与各种蛋白质类型的结合。 简而言之,FBLD将涉及筛选片段化合物(~120-300 Da)的文库(例如~1000-8000个成员),以寻找结合剂(Kd ~ 100-1000 uM),然后对其进行后续表征。 * 我们将开始使用基于理论和实验属性的优先级过滤器构建化合物库。 化学信息学将用于对具有所需计算的物理化学性质、官能团多样性和三维性的片段进行排序。新的核磁共振和生物物理分析方法将被实施,以确定不溶性化合物和表征那些翻滚作为游离状态下的孤独分子与那些自组装成聚集体或纳米实体。 自组装的化合物将在后续研究中得到广泛的表征,以建立结构-聚集体-性质的关系,并探索用于纳米生物技术目的的设计机会。 *** 然后将筛选这些文库以鉴定与蛋白质靶标结合的化合物。 将开发一套全面的NMR筛选技术,通过NMR共振位移(HSQC、DLB、19 F NMR)、弛豫(CPMG、NOESY)、饱和度(STD)和扩散(DOSY)的变化检测结合。 这些和其他生物物理学方法将有助于揭示和阐明各种类型的自由态性质和结合模式(例如特异性,化学计量,混杂性,在各种时间尺度上的稳定性)。 对产生的大量数据进行评价将需要软件的协助和开发。 随后将建立后续生物物理和结构-活性关系,以最好地表征结合模式并确定与性质的相关性。 还将实施新的方案,以实现在各种缓冲液,生物相关介质和基于细胞的环境中的有效筛选,并筛选非典型靶标,如内在无序蛋白质。总之,这项研究将建立新的策略,暴露和利用基本的化学性质,并定义新的FBLD方法,以提高我们对定义蛋白质-配体相互作用的分子性质的理解。

项目成果

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知道了