Новый метод имитирует эволюцию, генерируя миллионы возможных сегментов соединения между встроенным белком и его хозяином-антителом, выбирая те редкие, которые позволяют встроенному белку складываться и нормально функционировать. Этот метод должен ускорить разработку лекарств и диагностических соединений, которые в противном случае были бы невозможны, включая мощные гормональные методы лечения.
«В отличие от предыдущих подходов к этой проблеме проектирования, наш метод основан на выборе — и этот подход трудно превзойти с его способностью использовать силу очень больших чисел», — сказал старший исследователь Ричард А. Лернер, профессор иммунохимии Литы Анненберг Хазен в TSRI.
Этот метод достаточно общий, поэтому он может иметь множество клинических и научных приложений, например, определение того, почему белки сворачиваются именно так. «Это эффективно позволяет вам поместить измерительное устройство в середину белка, чтобы определить, правильно ли он сложен», — сказал Лернер.
Исследование, проведенное в сотрудничестве между лабораторией Лернера в TSRI, лабораторией Джеффри М. Фридман из Университета Рокфеллера и группы TSRI Яна А. Уилсон и Патрик Р. Гриффин, сообщалось 13 августа в журнале Chemistry & Biology.
Увеличивает срок службы лептина
Лаборатория Лернера помогла новаторским методам создания миллиардов различных антител и скрининга этих больших «библиотек антител», чтобы найти те, которые выполняют желаемую функцию.
Новая работа является продолжением этой технологии.
В ходе одной демонстрации принципа доказательств, команда отредактировала генетический код стандартного человеческого антитела, чтобы заменить один из его элементов захвата цели — структуру, которая обычно связывается с вирусом, например, — белком лептином.
Впервые идентифицированный Фридманом в 1994 году как гормон сытости, отключающий чувство голода, лептин изначально не годился для лечения ожирения, поскольку тучные люди, как правило, нечувствительны к лептину, а не испытывают дефицит лептина. Однако в последние годы к гормону возобновился интерес как к возможной основе для лечения ожирения — в сочетании с лептин-сенсибилизирующими соединениями — а также диабета.
Лептин сам по себе и в неизмененном состоянии не идеален в качестве терапии, потому что он недолго остается в кровотоке. «Почки и другие органы очищают его очень быстро», — сказал Инцзе Пэн, штатный научный сотрудник лаборатории Лернера, который был первым автором исследования вместе с Венвен Цзэн из лаборатории Фридмана в Рокфеллере. "Но он мог бы длиться намного дольше, если бы был частью более крупной структуры, такой как антитело."
Основная задача для Лернера, Пенга и их коллег заключалась в том, чтобы сконструировать лептин в антитело таким образом, чтобы он сворачивался в функциональную структуру, несмотря на то, что был связан со своим белком-хозяином на обоих концах.
Разработка простых, очень гибких «соединительных» сегментов для соединения лептина с антителом может сработать — недавняя статья группы, в которую входил Питер Шульц из TSRI, профессор химии из семейства Скриппсов, описал такой подвиг.
Но команда Лернера пришла к выводу, что проектирование этих соединений на основе отбора будет более общим подходом к созданию полезных молекул белок-в-белке.
Сила больших чисел
Используя свои установленные методы для создания больших библиотек вариантных антител, команда создала почти 30 миллионов версий белка лептин-в-антителе, каждая из которых имеет различную аминокислотную последовательность для своих соединительных сегментов.
Чтобы найти редкие версии, которые позволили лептину складываться и функционировать должным образом, исследователи использовали систему отбора, которую они ранее разработали для поиска терапевтических антител в больших библиотеках антител. Сначала они использовали вирусные векторы для вставки ДНК лептина в антителе в тестовые клетки, содержащие рецепторы лептина. Когда один из образовавшихся белков лептина в антителе успешно активировал рецептор лептина в своей тестовой ячейке, об этом событии сигнализировал высокочувствительный набор флуоресцентных маяков.
Клетки, чьи маяковые сигналы поднялись выше определенного порога, были проанализированы на наличие ДНК лептина в антителах, и эта ДНК затем была вставлена в новые тестовые клетки — и так далее, раунд за раундом отбора, пока процесс не дал результатов. белок лептин-в-антителе, который лучше всего активировал рецептор лептина.
Этот выбранный белок оказался в несколько раз более мощным, чем лептин, с точки зрения его способности активировать рецептор лептина в культивируемых клетках. В ходе испытаний в лаборатории Фридмана у мышей его период полураспада из кровотока составлял более четырех часов — большое улучшение по сравнению с естественным лептином.
Как это часто бывает с антителами, белок лептин-в-антителе эффективно не может переходить из кровотока в мозг и, таким образом, не может поражать все нейронные мишени лептина, поэтому его влияние на снижение еды и веса у мышей было меньше. чем оптимально. Но, в принципе, антитела можно модифицировать, чтобы они могли легче преодолевать гематоэнцефалический барьер, и сейчас команда работает над этим.
Широкие применения
Чтобы подчеркнуть общую применимость нового метода, исследователи также использовали его для «селективного конструирования» антитела, которое включает в себя гормон роста и репродукции ФСГ, который структурно сильно отличается от лептина.
Полученный в результате белок ФСГ-в-антителе показал активность против рецептора ФСГ, которая была практически такой же, как у природного гормона.
В настоящее время команда работает над улучшением своих белков ФСГ и лептин в антителах, а также над разработкой совершенно новых молекул белка в антителах.