Chemical genetics — the use of small molecules to mimic the cellular effects of genetic mutations — has emerged as an important approach for unravelling biological pathways and also for providing chemical starting points for the development of potential drugs that modulate these pathways. However, this strategy typically requires tens of thousands of molecules to be screened in order to identify a few active molecules, and then considerable further effort to establish their underlying mode of action.

ACL

Brent Stockwell и коллеги собрали библиотеку из ~2,000 соединений с известными и хорошо охарактеризованными биологическими свойствами и разработали annotation систему, которая отслеживает всю доступную опубликованную информацию об этих активностях. Имеея эти знания о каждом соединении м. существенно продуинуться на пути идентификации механизмов, лежащих в основе интересующих нас эффектов — напр., антипролиферативной активности — в клеточных скринингах.

2,036 биологически активных соединений, которые включают 514 US FDA-разрешенных лекарств, с 169 широкими, прежде всего биологическими механизмами, такими как антигипертензивные, противовоспалительные и противогрибковые. Каждое соединение аннотировано с количественными показателями для каждого из 12,755 биологических механизмов — представленных 169 описаниями первичных механизмов, 200 Medline терминами, связанными с фармакологией и более 12,000 названиями человеческих генов — путём подсчёта числа abstracts в Medline, которые содержат как название соединения, так и данный биологический механизм, используемые в автоматическом режиме.

Сравнение annotated compound library (ACL) с комерческой библиотекой, обычно используемой при высокопроизводительных химико-генетических скринингах показало, что имеются существенные структурные различия. Авт. оценивали способность двух библиотек по селективному ингибированию пролиферации engineered опухолевых клеток человека — способом, которым ни одно из соединений в ACL ранее не было тестировано. И в самом деле, 1% ACL соединений были по крайней мере в 4 раза более избиртельными для убивания опухолевых клеток по сравнению с нормальными клетками, по сравнению лишь с 0.01% соединений в комерческой бибилиотеке.

Затем, авт. тестировали возможности ACL для выявления механизмов ассоциированных с клеточными процессами. Клетки рака легких были обработаны каждым из соединений библиотеки и 85 соединений обнаружило антипролиферативный эффект. При обычном химио-генетическом скриниге эти соединения будут служить стартовой точкой для 85 отдельных длительных target identification проектов. Однако, используя информацию, представленную о каждом сосединении в ACL, авт. оказались способными быстро идентифицировать 28 биологических механизмов, которые были статистически перепроверены в отношении 85 активных соединений. Сюда оказалдись включены как уже известные противоопухолевые механизмы, что подтверждает пригодность подхода, так и некоторые механизмы с ранее не распознанными взаимиотношениями с гибелью клеток, что подчеркивет потенциал идентификации новых ассоциаций. Последующие эксперименты с одним таким новым механизмом показали, что некоторые соединения с подобным механизмом, которые не были отобраны a priori как противоопухолевые агенты, м. избирательно убивать опухолевые клетки.

Итак, этот метод м. существенно увкорять оценку многочисленных механизмов, которые м. лежать в основе клеточных эффектов соединений в этой ACL (информация в которой доступна всем на Stockwell lab webсайте). Расширение ACLs и внесение дальнейшей информации по каждому соединению, такой как эффекты на экспрессию генов в экспериментах с микромассивами, создаст потенциал, позволяющий определять механизмы, регулирующие клеточные процессы с всё возрастающей точностью.