Designede proteiner samler antistoffer i modulære nanocages

I en ny rapport, der nu er offentliggjort den Videnskab , Robby Divine og et tværfagligt forskerhold ved Institut for Biokemi, regenerativ medicin, og vacciner og infektionssygdomme ved University of Washington U.S. og School of Medicine, ved Teheran University of Medical Sciences, Iran, udført beregningsmæssige design af nanocages for at samle antistoffer til præcise arkitekturer. Under byggeriet, en strukturel komponent dannede et antistof eller Fc-ligandfusion, og det andet design dannede en antistofbindende homo-oligomer til at drive nanocage-samling med forskellige valenser og symmetri. Holdet antager, hvordan denne proces også kan øge neutraliseringen af ​​et pseudovirus; alvorligt akut respiratorisk syndrom coronavirus-2 (SARS-COV-2) via α-SARS-COV-2 monoklonale antistoffer og Fc-angiotensin-konverterende enzym 2 (ACE-2) fusionsproteiner.

Antistoffer i medicinsk forskning

Antistoffer, der specifikt binder til mål af interesse, spiller en central rolle i biomedicinsk forskning og medicin. Forskere kan generere klynger af antistoffer ved genetisk at forbinde antistoffragmenter sammen for at forbedre signaleringen. Det er i øjeblikket vanskeligt at danne antistofsamlinger med en række præcise arkitekturer og valenser. I dette arbejde, Divine et al. beregningsmæssigt designede proteiner, der samlede antistoffer til præcise arkitekturer med forskellige valenser og symmetrier. Holdet antog, at sådanne designs robust kunne drive vilkårlige antistoffer ind i homogene og strukturelt veldefinerede nanocages for udtalte effekter på cellesignalering. Forskerne designet proteiner til at drive samlingen af ​​vilkårlige antistoffer til symmetriske samlinger med veldefinerede strukturer. For det, de fusionerede stift sammen tre typer "byggesten"-enheder indeholdende antistof Fc-bindende domæner, spiralformede gentagelseskonnektorer og cykliske oligomerdannende moduler. I sin arkitektur, den Fc-bindende enhed placerede sig med C2-antistofdimeren, den cykliske homo-oligomer dannede den anden cykliske symmetriakse i nanocage, og den spiralformede gentagelseskonnektor forbandt antistof- og cykliske homo-oligomer-symmetriakser i den korrekte orientering for at danne antistof-nanocages, der omtales som AbC'erne.

For at danne antistofbur (AbC)-design, Divine et al. stift fusionerede antistof konstante domæne-bindende molekyler til cykliske oligomerer under anvendelse af spiralformede spacer-domæner. De lettede processen gennem spiralformede spacer-domæner, så symmetriakserne af det dimere antistof og den cykliske oligomer kunne være i orienteringer, der genererede forskellige dihedrale eller polyedriske arkitekturer. Forskerne optimerede krydsningsområderne mellem de forbundne byggeklodser for at folde til de designede strukturer. Fusionstilgangen byggede på store sæt byggeklodser med mange mulige fusionssteder pr. byggeblok som stringente geometriske kriterier for at danne den ønskede symmetriske arkitektur. Holdet brugte en beregningsmetode til antistofburdesign til at generere dihedral, tetraedrisk, octahedral og icosahedral AbC'er og brugte en navnekonvention til at beskrive de endelige nanocage-arkitekturer. Divine et al. derefter udtrykte syntetiske gener, der koder for designs i bakteriekulturer af Escherichia coli. For eksempel, de succesfulde designs inkluderede D-2 decahedral (tre designs), T-32 (et design) og 152 icosahedral (to designs) arkitekturer indeholdende to, seks, 12 eller 30 antistoffer, henholdsvis. De karakteriserede Fc AbC'erne ved hjælp af småvinklet røntgenspredning og elektronmikroskopi. De rekonstruerede nanocages var i tæt overensstemmelse med de beregningsmæssige designmodeller. For at vurdere stabiliteten af ​​nanocages, Divine et al. brugte dynamiske lysspredningsaflæsninger for at opnå opmuntrende stabilitet for derefter at muliggøre karakterisering af deres biologiske påvirkning.

Effekter på cellesignalering

De designede AbC'er gav en generel platform til at forstå effekten af ​​valens og geometri af receptorengagement på signalvejsaktivering. Den brede vifte af receptorbindende antistoffer og naturlige ligander dannet med AbC-metoden udviklet i dette arbejde muliggjorde klar og systematisk sondering af effekten af ​​geometri og valens af receptorunderenhedsassociation på cellesignalering for næsten enhver vej. For at udforske det praktiske ved denne tilgang, Divine et al. samlede antistoffer eller Fc-ligandfusioner rettet mod en række signalveje ind i antistofbure (AbC'er) og undersøgte deres indvirkning på signalering. For eksempel, AbC'erne, dannet med et dødsreceptor-målrettet antistof induceret apoptose (celledød) af tumorcellelinjer, som hidtil var forblevet upåvirket af det opløselige antistof eller den native ligand. Ud over, samling af Fc-fusioner eller antistoffer i AbC'er, tilladt forbedret signalering af angiopoietinveje, CD-40-signalering og T-celleproliferation. AbC-dannelsen tillod yderligere neutralisering af et in vitro-pseudovirus, såsom alvorligt akut respiratorisk syndrom coronavirus 2.

Metoden beskrevet i dette arbejde, gik ud over tidligere beregningsbestræbelser for at skabe protein nanomaterialer, der integrerer form og funktion. AbC'erne brugte derfor antistoffer som både strukturelle og funktionelle komponenter for at opnå en bred vifte af geometrier og orienteringer. Denne strategi er anvendelig til at designe vacciner med nanocages samlet med virale glycoproteiner ved hjælp af komponenter, der slutter i glycoproteinbindingsdomæner for at maksimere nærheden af ​​aktive steder. På denne måde Robby Divine og kolleger designede flere antistof-burdannende proteiner til nøjagtigt at gruppere ethvert proteinbindende antistof i nanocages gennem kontrolleret valens og geometri. Holdet brugte to, seks og 12 eller 30 antistoffer i AbC'erne ved blot at blande antistoffet med det tilsvarende designede protein uden yderligere kovalente modifikationer. Forskerne tilføjede receptorbindende eller virusneutraliserende antistoffer til ABC'er for at øge deres biologiske aktivitet på tværs af forskellige cellesystemer. Holdet forventer, at dette resultat for hurtig antistofsamling inden for bestilte nanocages uden kovalente modifikationer vil have brede anvendelser på tværs af forskning og medicin.

© 2021 Science X Network