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A Modular Biosensor Design for Quantitative Measurement of Free Nedd8
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2024-09-10 , DOI: 10.1021/acssensors.4c01130 Zachary Wyatt Davis 1 , Korbyn Coyle 1 , Min Kyung Park 1 , Tara Oren 1 , Teagen Hartley 1 , Alyssa Umphlett 1 , Jessilyn Monahan 1 , Kylie Light 1 , Kaylyn Hunter 1 , Yun-Seok Choi 1
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2024-09-10 , DOI: 10.1021/acssensors.4c01130 Zachary Wyatt Davis 1 , Korbyn Coyle 1 , Min Kyung Park 1 , Tara Oren 1 , Teagen Hartley 1 , Alyssa Umphlett 1 , Jessilyn Monahan 1 , Kylie Light 1 , Kaylyn Hunter 1 , Yun-Seok Choi 1
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The objective of our study was to develop a genetically encoded biosensor for quantification of Nedd8, a post-translational modifier that regulates cellular signals through conjugation to other proteins. Perturbations in the balance of free (i.e., unconjugated) and conjugated Nedd8 caused by defects in Nedd8 enzymes or cellular stress are implicated in various diseases. Despite the biological and biomedical importance of Nedd8 dynamics, no method exists for direct quantification of free Nedd8, hindering the study of Nedd8 and activities of its associated enzymes. Genetically encoded biosensors are established as tools to study other dynamic systems, but limitations of current biosensor design methods make them poorly suited for free Nedd8 quantification. We have developed a modular method to design genetically encoded biosensors that employs a target binding domain and two reporter domains positioned on opposite sides of the target binding site. Target quantification is based on competition between target binding and the interaction of the reporter domains. We applied our design strategy to free Nedd8 quantification by developing a selective binder for free Nedd8 and combining it with fluorescent or split nanoluciferase reporters. Our sensors produced quantifiable and specific signals for free Nedd8 and enabled real-time monitoring of deneddylation by DEN1 with a physiological substrate. Our sensor design will be useful for high-throughput screening for deneddylation inhibitors, which have potential in treatment of cancers such as acute lymphoblastic leukemia. The modular design strategy can be extended to develop genetically encoded quantitative biosensors for other proteins of interest.
中文翻译：
一种用于定量测量游离 Nedd 的模块化生物传感器设计8
我们研究的目的是开发一种基因编码的生物传感器，用于定量 Nedd8，Nedd8 是一种翻译后修饰剂，通过与其他蛋白质结合来调节细胞信号。由 Nedd8 酶缺陷或细胞应激引起的游离（即未结合）和结合 Nedd8 平衡的扰动与各种疾病有关。尽管 Nedd8 动力学具有生物学和生物医学重要性，但尚无直接定量游离 Nedd8 的方法，这阻碍了 Nedd8 及其相关酶活性的研究。基因编码的生物传感器被确立为研究其他动态系统的工具，但当前生物传感器设计方法的局限性使其不适合自由 Nedd8 定量。我们开发了一种模块化方法来设计基因编码的生物传感器，该方法采用一个目标结合域和两个位于目标结合位点相对两侧的报告结构域。靶标定量基于靶标结合之间的竞争和报告基因结构域的相互作用。我们通过开发游离 Nedd8 的选择性结合剂并将其与荧光或分裂纳米荧光素酶报告基因相结合，将我们的设计策略应用于游离 Nedd8 定量。我们的传感器为游离 Nedd8 产生可量化的特异性信号，并能够实时监测 DEN1 与生理底物的去乙酰化。我们的传感器设计将有助于高通量筛选 deneddylation 抑制剂，这些抑制剂在治疗急性淋巴细胞白血病等癌症方面具有潜力。模块化设计策略可以扩展为其他感兴趣的蛋白质开发遗传编码的定量生物传感器。
更新日期：2024-09-10
中文翻译：
一种用于定量测量游离 Nedd 的模块化生物传感器设计8
我们研究的目的是开发一种基因编码的生物传感器，用于定量 Nedd8，Nedd8 是一种翻译后修饰剂，通过与其他蛋白质结合来调节细胞信号。由 Nedd8 酶缺陷或细胞应激引起的游离（即未结合）和结合 Nedd8 平衡的扰动与各种疾病有关。尽管 Nedd8 动力学具有生物学和生物医学重要性，但尚无直接定量游离 Nedd8 的方法，这阻碍了 Nedd8 及其相关酶活性的研究。基因编码的生物传感器被确立为研究其他动态系统的工具，但当前生物传感器设计方法的局限性使其不适合自由 Nedd8 定量。我们开发了一种模块化方法来设计基因编码的生物传感器，该方法采用一个目标结合域和两个位于目标结合位点相对两侧的报告结构域。靶标定量基于靶标结合之间的竞争和报告基因结构域的相互作用。我们通过开发游离 Nedd8 的选择性结合剂并将其与荧光或分裂纳米荧光素酶报告基因相结合，将我们的设计策略应用于游离 Nedd8 定量。我们的传感器为游离 Nedd8 产生可量化的特异性信号，并能够实时监测 DEN1 与生理底物的去乙酰化。我们的传感器设计将有助于高通量筛选 deneddylation 抑制剂，这些抑制剂在治疗急性淋巴细胞白血病等癌症方面具有潜力。模块化设计策略可以扩展为其他感兴趣的蛋白质开发遗传编码的定量生物传感器。
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