Team ændrer nanoskala -virus til at levere peptidlægemidler til celler, væv

Ved at chippe væk på et viralt protein, Forskere fra Rice University har fundet en vej mod viruslignende, nanoskalaenheder, der muligvis kan levere medicin til celler.

Proteinet er et af tre, der udgør den beskyttende skal, kaldte kapsiden, af naturlige adeno-associerede vira (AAV). Ved at lave gradvist mindre versioner af proteinet, forskerne lavede kapsider med unikke evner og lærte meget om AAVs mekanismer.

Forskningen fremgår af American Chemical Society journal ACS Nano .

Risbioingeniør Junghae Suh studerer manipulation af ikke-sygdomsfremkaldende AAV'er til at levere nyttige laster som kemoterapimedicin. Hendes forskning har ført til udvikling af vira, der kan udløses af lys eller af ekstracellulære proteaser forbundet med visse sygdomme.

AAV'er er små - cirka 25 nanometer - og indeholder en enkelt streng af DNA inde i hårde kapsider, der består af en mosaik af proteiner kendt som VP1, VP2 og VP3. AAV'er er blevet brugt til at levere genterapi nyttelast, men ingen har fundet ud af, hvordan AAV -kapsider fysisk rekonfigurerer sig selv, når de udløses af eksterne stimuli, Sagde Suh. Det var udgangspunktet for hendes laboratorium.

"Denne virus har iboende peptid (småprotein) domæner gemt inde i kapsidet, "sagde hun." Når virussen inficerer en celle, det registrerer den lave pH og andre endosomale faktorer, og disse peptiddomæner springer ud på overfladen af ​​viruscapsidet.

"Denne konformationsændring, som vi kaldte en 'aktiverbar peptidvisning, 'er vigtig for virussen, fordi de eksternaliserede domæner nedbryder den endosomale membran og gør det muligt for virussen at slippe ud i cytoplasmaet, "Sagde Suh." Desuden nukleare lokaliseringssekvenser i disse domæner tillader, at virussen passerer ind i kernen. Vi troede på, at vi kunne erstatte den funktionalitet med noget andet. "

Suh og hovedforfatter og Rice -kandidatstuderende Nicole Thadani tror, ​​at deres mutante AAV'er kan blive til "biocomputerende nanopartikler", der opdager og behandler miljømæssige input og producerer kontrollerbare output. Ændring af kapsidet er det første trin.

Af de tre naturlige kapsidproteiner, kun VP1 og VP2 kan udløses for at afsløre deres funktionelle peptider, men ingen af ​​dem kan lave en capsid alene. Kortere VP3'er kan danne kapsider af sig selv, men viser ikke peptider. I naturlige AAV'er, VP3-proteiner er flere end hver af deres komparater 10-til-1.

Det begrænser antallet af peptider, der kan udsættes, så Suh, Thadani og deres medforfattere satte sig for at ændre forholdet. Det fik dem til at afkorte VP2 og syntetisere mosaikcapsider med VP3, hvilket resulterer i en vellykket ændring af antallet af eksponerede peptider. Baseret på tidligere forskning, de indsatte et fælles hexahistidin -mærke, der gjorde det let at overvåge overfladevisning af peptidregionen.

"Vi ønskede at øge proteinets aktiverbare egenskab ud over, hvad der sker i det native viruscapsid, "Sagde Thadani." I stedet for kun at vise fem kopier af peptidet pr. Kapsid, nu kan vi muligvis vise 20 eller 30 og få mere af den bioaktivitet, vi ønsker. "

De lavede derefter en afkortet VP2 i stand til at danne et kapsid alene. "Resultaterne var ganske overraskende, og ikke klart for os, "Suh sagde." Vi hakkede den VP2 -komponent nok til at danne det, vi kalder et homomert capsid, hvor hele kapsidet består af netop den mutante underenhed. Det gav os vira, der ser ud til at have peptidbørster, der altid er på overfladen.

"En sådan viral struktur er aldrig set i naturen, "sagde hun." Vi fik en partikel med denne peptidbørste, med løse ender overalt. Nu vil vi vide, om vi kan bruge disse løse ender til at fastgøre andre ting eller udføre andre funktioner. "

Homomere AAV'er viser op til 60 peptider, mens mosaik -AAV'er kunne programmeres til at reagere på stimuli, der er specifikke for bestemte celler eller væv og vise et mindre ønsket antal peptider, sagde forskerne.

"Vira har udviklet sig til at invadere celler meget effektivt, "Suh sagde." Vi ønsker at bruge vores virus som en nanopartikelplatform til at levere protein- eller peptidbaserede terapier mere effektivt til celler. Vi vil udnytte det, naturen allerede har skabt, juster det lidt, og brug det til vores formål. "