Mini-protein hurtig designmetode åbner vejen for at skabe en ny klasse af lægemidler

Forskere har skabt en højhastighedsmetode til at generere tusindvis af forskellige, lille, stabile proteiner fra bunden, der kan specialdesignes til at binde til specifikke terapeutiske mål.

Beskyttelse mod infektionssygdomme, som influenza, og modgift mod nervetoksiner er kun to forskningsmål med denne tilgang. Metoden frembringer hurtigt tusindvis af nye lægemiddelkandidater.

Disse computerdesignede proteiner, som ikke tidligere har eksisteret i naturen, kombinere stabiliteten og biotilgængeligheden af ​​små molekyle lægemidler med specificiteten og styrken af ​​større biologiske lægemidler.

"Disse mini-proteinbindere har potentialet til at blive en ny klasse af lægemidler, der bygger bro mellem småmolekylære lægemidler og biologiske lægemidler. Ligesom monoklonale antistoffer, de kan designes til at binde sig til mål med høj selektivitet, men de er mere stabile og nemmere at producere og administrere, " sagde David Baker, der ledede det multiinstitutionelle forskningsprojekt.

Baker er professor i biokemi ved University of Washington School of Medicine og direktør for UW Institute for Protein Design. Han er også efterforsker ved Howard Hughes Medical Institute.

Baker og hans kolleger rapporterer deres resultater i en artikel offentliggjort online den 27. september af tidsskriftet Natur .

Aaron Chevalier, Daniel-Adriano Silva og Gabriel J. Rocklin var hovedforfatterne og var alle seniorstipendiater ved UW Institute for Protein Design på tidspunktet for projektet.

Metoden brugte en computerplatform, kaldet Rosetta, udviklet af Baker og kolleger ved University of Washington. De designede tusindvis af korte proteiner, omkring 40 aminosyrer lange, at Rosetta-programmet forudsagde ville binde tæt til det molekylære mål.

På grund af deres lille størrelse, disse korte proteiner har tendens til at være ekstremt stabile. De kan opbevares uden køl. De er også nemmere at administrere end store proteinlægemidler, såsom monoklonale antistoffer.

Tidligere, så kort, protein-bindemidler var typisk re-konstruerede versioner af naturligt forekommende proteiner. Disse, imidlertid, tendens til ikke at være signifikant bedre end monoklonale antistoffer.

Fordi disse mini-proteinbindere er originale designs, de kan skræddersyes til at passe deres mål meget tættere og er nemmere at ændre og forfine.

I dette studie, forskerne søgte at designe to sæt af disse proteiner:et sæt, der ville forhindre influenzavirus i at invadere celler, og et andet, der ville binde til og neutralisere et dødeligt nervetoksin fra botulisme. Dette toksin betragtes som et potentielt biovåben.

Computermodelleringen identificerede aminosyresekvenserne af tusindvis af korte proteiner, der ville passe ind i og binde sig til influenza- og botulinum-målene. Forskerne skabte korte stykker DNA, der kodede hvert af disse proteiner, dyrkede proteiner i gærceller, og så på, hvor tæt de bundet til deres mål. Målene var influenza H1 hæmagglutinin og botulinum neurotoksin B.

Alt i alt, metoden tillod dem at designe og teste 22, 660 proteiner på få måneder. Mere end to tusinde af dem bundet til deres mål med høj affinitet.

Evaluering af de bedste kandidater viste, at anti-influenza-proteinerne neutraliserede vira i cellekultur og andre designet proteiner forhindrede botulinumtoksinet i at trænge ind i hjerneceller.

En næsespray indeholdende et af de specialdesignede proteiner beskyttede mus fuldstændigt mod influenza, hvis de blev administreret før eller så meget som 72 timer efter eksponering. rapporterer forskerne.

Test af en delmængde af proteinerne viste, at de var ekstremt stabile og, i modsætning til antistoffer, blev ikke inaktiveret af høje temperaturer. De små proteiner udløste også ringe eller ingen immunrespons, et problem, der ofte gør større proteinlægemidler ineffektive.