DNAエンコード化学ライブラリーの選択方法の進化

過去20年間で、DNAにエンコードされた化学ライブラリー（Delまたはdecl）が出現し、薬物発見および化学生物学研究におけるリガンド発見のための主要な技術プラットフォームになりました。単純な概念に基づいていますが、つまり、組み合わせの化学ライブラリに固有のDNAタグで各化合物をエンコードすることは、従来の高価格の一部のコストで広大な化学空間にアクセスすることにより、生物学的ターゲットを尋問するための強力なツールであることが証明されています。 - スループットスクリーニング（HTS）。さらに、最近の技術的進歩とDEL互換反応の急速な発展により、DELの化学的多様性が大幅に向上しました。今日、デルはほぼすべての主要な製薬会社によって採用されており、学界でも勢いを増しています。ただし、この分野はライブラリエンコーディングと統合に大きく偏っており、Del Researchの露出度の低い側面は選択方法です。一般的に、Del選択は、固定化されたタンパク質を介して行われた大規模な結合アッセイと見なされ、典型的なバインドウォッシュエルイト手順を使用して物理バインダーを識別します。近年、私たちと他の研究グループは、溶液フェーズでDEL選択を実行できる新しいアプローチを開発しました。これにより、精製タンパク質を超えた複雑な生物学的標的に対する選択が可能になりました。一方では、これらの方法により、DELのターゲットスコープが大幅に拡大されています。一方、それらは、単純な結合を超えてDelの機能的および潜在的に表現型のアッセイを可能にしました。これらのメソッドの概要はこのアカウントに記載されています。私たちの研究室は、新しいDEL選択方法を開発するための主要な戦略としてDNAプログラムされたアフィニティラベリング（DPAL）を使用しています。DPALは、DNAテンプレート合成に基づいています。既知のリガンドを使用して標的結合を導くことにより、DPALは標的タンパク質とリガンドの間に安定した連鎖を具体的に確立することができます。ターゲットリガンドコンジュゲートのDNAタグは、DEL選択の場合にタンパク質の特性評価またはヒット化合物デコードのためのプログラム可能なハンドルとして機能します。DPALは、特にDNAエンコードされた動的ライブラリ（DEDL）の選択において、光クロスリンクの高速反応速度論を利用して、高い標識特異性と忠実度を達成します。DPALは、緩衝液や細胞溶解物だけでなく、大きなタンパク質複合体や生細胞などの複雑な生物学的系でもDELの選択を可能にしました。さらに、この戦略は、部位固有のタンパク質標識、タンパク質検出、タンパク質プロファイリング、標的識別など、他の生物学的アプリケーションでも採用されています。アカウントでは、これらの方法を説明し、それらの根本的な原則を強調し、DELテクノロジーの開発の視点で結論付けます。

In the past two decades, a DNA-encoded chemical library (DEL or DECL) has emerged and has become a major technology platform for ligand discovery in drug discovery as well as in chemical biology research. Although based on a simple concept, i.e., encoding each compound with a unique DNA tag in a combinatorial chemical library, DEL has been proven to be a powerful tool for interrogating biological targets by accessing vast chemical space at a fraction of the cost of traditional high-throughput screening (HTS). Moreover, the recent technological advances and rapid developments of DEL-compatible reactions have greatly enhanced the chemical diversity of DELs. Today, DELs have been adopted by nearly all major pharmaceutical companies and are also gaining momentum in academia. However, this field is heavily biased toward library encoding and synthesis, and an underexplored aspect of DEL research is the selection methods. Generally, DEL selection is considered to be a massive binding assay conducted over an immobilized protein to identify the physical binders using the typical bind-wash-elute procedure. In recent years, we and other research groups have developed new approaches that can perform DEL selections in the solution phase, which has enabled the selection against complex biological targets beyond purified proteins. On the one hand, these methods have significantly widened the target scope of DELs; on the other hand, they have enabled the functional and potentially phenotypic assays of DELs beyond simple binding. An overview of these methods is provided in this Account.Our laboratory has been using DNA-programmed affinity labeling (DPAL) as the main strategy to develop new DEL selection methods. DPAL is based on DNA-templated synthesis; by using a known ligand to guide the target binding, DPAL is able to specifically establish a stable linkage between the target protein and the ligand. The DNA tag of the target-ligand conjugates serves as a programmable handle for protein characterization or hit compound decoding in the case of DEL selections. DPAL also takes advantage of the fast reaction kinetics of photo-cross-linking to achieve high labeling specificity and fidelity, especially in the selection of DNA-encoded dynamic libraries (DEDLs). DPAL has enabled DEL selections not only in buffer and cell lysates but also with complex biological systems, such as large protein complexes and live cells. Moreover, this strategy has also been employed in other biological applications, such as site-specific protein labeling, protein detection, protein profiling, and target identification. In the Account, we describe these methods, highlight their underlying principles, and conclude with perspectives of the development of the DEL technology.