Белок А
| Белок А, Ig-связывающий домен | |||
|---|---|---|---|
 | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | СпА | ||
| Пфам | PF02216 | ||
| ИнтерПро | ИПР003132 | ||
| СКОП2 | 1ДЕЭ / ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ / СУПФАМ | ||
| |||
Белок А 42 кДа представляет собой поверхностный белок массой , первоначально обнаруженный в клеточной стенке бактерий Staphylococcus aureus . Он кодируется геном spa , и его регуляция контролируется топологией ДНК, клеточной осмолярностью и двухкомпонентной системой под названием ArlS-ArlR. Он нашел применение в биохимических исследованиях благодаря своей способности связывать иммуноглобулины . Он состоит из пяти гомологичных Ig-связывающих доменов, которые складываются в трехспиральный пучок. Каждый домен способен связывать белки многих видов млекопитающих, особенно IgG . Он связывает тяжелую цепь в Fc-области большинства иммуноглобулинов, а также в Fab-области в случае семейства VH3 человека. Благодаря этим взаимодействиям в сыворотке, где молекулы IgG связаны в неправильной ориентации (по отношению к нормальной функции антител ), бактерии нарушают опсонизацию и фагоцитоз . [3]
История
[ редактировать ]В качестве побочного продукта своей работы над типоспецифичными антигенами стафилококка Вервей сообщил в 1940 г. обнаружили, что белковая фракция, полученная из экстрактов этих бактерий, неспецифически осаждала кроличью антисыворотку, выработанную против различных типов стафилококка. [4] В 1958 году Дженсен подтвердил открытие Вервея и показал, что сыворотка кролика перед иммунизацией, а также нормальная человеческая сыворотка связываются с активным компонентом экстракта стафилококка; он назвал этот компонент Антигеном А (поскольку он был обнаружен во фракции А экстракта), но считал, что это полисахарид. [5] Неправильная классификация белка была результатом ошибочных тестов. [6] но вскоре после этого (1962) Лёфквист и Сьоквист исправили ошибку и подтвердили, что антиген А на самом деле является поверхностным белком на бактериальной стенке некоторых штаммов S. aureus . [7] Бергенская группа из Норвегии назвала белок «Белок А» в честь фракции антигена, выделенной Йенсеном. [8]
Связывание антитела к белку А
[ редактировать ]Путем кристаллографического уточнения было показано, что первичный сайт связывания белка А находится в области Fc, между доменами CH 2 и CH 3 . [9] Кроме того, было показано, что белок А связывает молекулы человеческого IgG, содержащие фрагменты IgG F(ab')2 из семейства генов VH3 человека. [10]
Белок А может с сильным сродством связываться с Fc-частью иммуноглобулина определенных видов, как показано в таблице ниже. [11]
| Разновидность | Подкласс | Связывание |
|---|---|---|
| Человек | IgA | переменная |
| IgD | слабый или нет | |
| IgE | слабый или нет | |
| IgG 1 | сильный | |
| IgGIgG2 | сильный | |
| IgG 3 | слабый или нет | |
| IgG 4 | сильный | |
| IgM | переменная | |
| Птичий яичный желток | IgY | слабый или нет |
| бычий | середина | |
| Собачий | середина | |
| Козел | слабый или нет | |
| Морская свинка | IgG 1 | сильный |
| Хомяк | слабый | |
| Лошадь | середина | |
| Коала | слабый или нет | |
| Звонки | слабый или нет | |
| Обезьяна (резус) | сильный | |
| Мышиный | IgG 1 | слабый |
| IgG 2а | сильный | |
| IgGIgG2 | от среднего до сильного | |
| IgG 3 | середина | |
| IgM | переменная | |
| Свинья | от среднего до сильного | |
| Кролик | сильный | |
| Крыса | IgG 1 | слабый или нет |
| IgG 2а | слабый или нет | |
| IgG 2b | слабый или нет | |
| IgG 3 | слабый | |
| Овца | слабый или нет |
Другие белки, связывающие антитела
[ редактировать ]Помимо белка А, другие бактериальные белки, связывающие иммуноглобулины, такие как белок G , белок A/G и белок L. для очистки, иммобилизации или обнаружения иммуноглобулинов обычно используются
Роль в патогенезе
[ редактировать ]В качестве патогена Staphylococcus aureus использует белок А, а также множество других белков и поверхностных факторов, чтобы способствовать его выживанию и вирулентности. С этой целью белок А играет многогранную роль:
- Связывая Fc-часть антител, белок А делает их недоступными для опсонинов, тем самым ухудшая фагоцитоз бактерий посредством атаки иммунных клеток.
- Белок А облегчает прикрепление S. aureus к поверхностям, покрытым фактором фон Виллебранда (vWF), тем самым увеличивая инфекционность бактерий в месте проникновения через кожу.
- Белок А может воспалять легочную ткань, связываясь с рецепторами фактора некроза опухоли 1 (TNFR-1). Показано, что это взаимодействие играет ключевую роль в патогенезе стафилококковой пневмонии.
- Было показано, что белок А наносит вред гуморальному (опосредованному антителами) иммунитету, что, в свою очередь, означает, что люди могут повторно заражаться S. aureus , поскольку они не могут вызвать сильный ответ антител.
- Было показано, что белок А способствует образованию биопленок как когда белок ковалентно связан со стенкой бактериальной клетки, так и в растворе. [12]
Белок А помогает ингибировать поглощение фагоцитов и действует как иммунологическая маскировка. Более высокие уровни белка А в различных штаммах S. aureus связаны с назальным носительством этой бактерии. [13]
Мутанты S. aureus, лишенные белка А, более эффективно фагоцитируются in vitro, а мутанты в моделях инфекции имеют пониженную вирулентность. [14]
Производство
[ редактировать ]Белок А производится и очищается в ходе промышленной ферментации для использования в иммунологии, биологических исследованиях и промышленном применении (см. ниже). Природный (или нативный) белок А можно культивировать в Staphylococcus aureus , и он содержит пять гомологичных областей связывания антител, описанных выше, и С-концевую область для прикрепления к клеточной стенке. Сегодня белок А чаще всего производится рекомбинантно в Escherichia coli . ( Brevibacillus является эффективным хозяином. Также было показано, что [15] ) Рекомбинантные версии белка А также содержат пять гомологичных связывающих доменов антител, но могут различаться в других частях структуры, чтобы облегчить связывание с пористыми субстратами. [16] Также доступны инженерные версии белка, первой из которых был rProtein A, B4, C-CYS. [17] Разработанные версии представляют собой мультимеры (обычно тетрамеры, пентамеры или гексамеры) с одним доменом, которые были модифицированы для повышения удобства использования в промышленных целях.
Исследовать
[ редактировать ]Белок А часто соединяется с другими молекулами, такими как флуоресцентный краситель , ферменты , биотин , коллоидное золото или радиоактивный йод, не затрагивая сайт связывания антитела. Примеры, включающие пятно белок А-золото (PAG), используется при мечении иммунозолотом , белок A, связанный с флюорофором, для иммунофлуоресценции и белок A, связанный со стыковочной цепью ДНК, для визуализации ДНК-PAINT. [18] Он также широко используется в сочетании с магнитными, латексными и агарозными шариками.
Белок А часто иммобилизуют на твердой подложке и используют в качестве надежного метода очистки общего IgG от смесей сырых белков, таких как сыворотка или асцитическая жидкость, или в сочетании с одним из вышеуказанных маркеров для обнаружения присутствия антител. Первый пример соединения белка А с пористыми шариками для очистки от IgG был опубликован в 1972 году. [19] Исследования иммунопреципитации с белком А, конъюгированным с шариками, также обычно используются для очистки белков или белковых комплексов опосредованно через антитела против интересующего белка или белкового комплекса.
Роль в промышленной очистке антител
[ редактировать ]
Первое упоминание в литературе о коммерчески доступной смоле для хроматографии на белке А появилось в 1976 году. [20] Сегодня хроматографическое разделение с использованием белка А, иммобилизованного на пористых подложках, является наиболее широко распространенным методом очистки моноклональных антител (мАт) из супернатанта культуры клеток. [21] Выбор белка А в качестве предпочтительного метода обусловлен высокой чистотой и выходом, которые достигаются легко и надежно. Это формирует основу для общей «платформы» очистки антител, которая упрощает производственные операции и сокращает время и усилия, необходимые для разработки процессов очистки. [22] Типичный процесс очистки моноклональных антител показан справа. Несмотря на долгую историю хроматографии белка А для производства антител, этот процесс все еще совершенствуется. Непрерывная хроматография, точнее периодическая противоточная хроматография , значительно повышает производительность стадии очистки.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Грайль М., Стура Э.А., Корпер А.Л., Саттон Б.Дж., Тауссиг М.Дж., Шарбонье Дж.Б., Сильверман Г.Дж. (май 2000 г.). «Кристаллическая структура домена белка А Staphylococcus aureus в комплексе с Fab-фрагментом человеческого антитела IgM: структурная основа для распознавания B-клеточных рецепторов и активности суперантигена» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (10): 5399–404. Бибкод : 2000PNAS...97.5399G . дои : 10.1073/pnas.97.10.5399 . ПМК 25840 . ПМИД 10805799 .
- ^ Идусоги Э.Э., Преста Л.Г., Гаццано-Санторо Х., Тотпал К., Вонг П.Ю., Ульч М. и др. (апрель 2000 г.). «Картирование сайта связывания C1q на ритуксане, химерном антителе с Fc человеческого IgG1» . Журнал иммунологии . 164 (8): 4178–84. дои : 10.4049/jimmunol.164.8.4178 . ПМИД 10754313 .
- ^ Кинер А.Б., Терлоу Л.Т., Канг С., Спайдейл Н.А., Кларк Ш., Каннион К.М. и др. (февраль 2017 г.). «Белок А золотистого стафилококка нарушает иммунитет, опосредованный долгоживущими плазматическими клетками» . Журнал иммунологии . 198 (3): 1263–1273. doi : 10.4049/jimmunol.1600093 . ПМК 5266639 . ПМИД 28031339 .
- ^ Вервей В.Ф. (апрель 1940 г.). «Типоспецифический антигенный белок, полученный из стафилококка» . Журнал экспериментальной медицины . 71 (5): 635–44. дои : 10.1084/jem.71.5.635 . ПМК 2135093 . ПМИД 19870987 .
- ^ Дженсен, К. (1958). «Обычно встречающиеся стафилококковые антитела в сыворотке человека». Акта Патол. Микробиол. Скан . 44 (4): 421–428. дои : 10.1111/j.1699-0463.1958.tb01093.x . ПМИД 17504410 .
- ^ Диксон, Фрэнк Дж. (11 августа 1982 г.). ДОСТИЖЕНИЯ ИММУНОЛОГИИ . Академическая пресса. п. 158 . ISBN 9780120224333 .
- ^ Лёфквист Т., Сьёквист Дж. (ноябрь 1962 г.). «Химический и серологический анализ антигенных препаратов золотистого стафилококка». Acta Pathologica et Microbiologica Scandinavica . 56 (3): 295–304. дои : 10.1111/j.1699-0463.1962.tb04908.x .
- ^ Гров А, Миклестад Б, Эдинг П (1964). «Иммунохимические исследования антигенных препаратов золотистого стафилококка. 1. Выделение и химическая характеристика антигена А». Acta Pathologica et Microbiologica Scandinavica . 61 (4): 588–96. дои : 10.1111/апм.1964.61.4.588 . ПМИД 14185494 .
- ^ Дайзенхофер Дж. (апрель 1981 г.). «Кристаллографическое уточнение и атомные модели фрагмента Fc человека и его комплекса с фрагментом B белка А Staphylococcus aureus при разрешении 2,9 и 2,8 А». Биохимия . 20 (9): 2361–70. дои : 10.1021/bi00512a001 . ПМИД 7236608 .
- ^ Сассо Э.Х., Сильверман Г.Дж., Манник М. (сентябрь 1991 г.). «Человеческие IgA и IgG F(ab')2, которые связываются со стафилококковым белком А, относятся к подгруппе VHIII» . Журнал иммунологии . 147 (6): 1877–83. дои : 10.4049/gymmunol.147.6.1877 . ПМИД 1909733 . S2CID 35812099 .
- ^ Аффинная хроматография (PDF) . Том. 1: Антитела (ред. AF). Компания GE Healthcare. 2016. с. 48.
- ^ «Швейцарский армейский нож патогена» . Учтены мелочи . Проверено 25 августа 2016 г.
- ^ Мутукришнан Г., Куинн Г.А., Ламерс Р.П., Диас С., Коул А.Л., Чен С., Коул А.М. (апрель 2011 г.). «Экзопротеом Staphylococcus aureus выявляет предполагаемые детерминанты назального носительства» . Журнал исследований протеома . 10 (4): 2064–78. дои : 10.1021/pr200029r . ПМК 3070068 . ПМИД 21338050 .
- ^ Goodyear CS, Сильверман Г.Дж. (май 2003 г.). «Смерть от суперантигена В-клеток: апоптозная супраклональная делеция В-клеток, направленная на VH, стафилококковым токсином» in vivo . Журнал экспериментальной медицины . 197 (9): 1125–39. дои : 10.1084/jem.20020552 . ПМК 2193973 . ПМИД 12719481 .
- ^ Косуги А., Дж.П., Яджима К., Дж.П. (18 ноября 2014 г.), Патент США: 8889389 — Способ получения белка, подобного белку А, с использованием бактерий рода Brevibacillus , получено 26 августа 2016 г.
- ^ "usp31nf26s1_c130" . www.uspbpep.com . Общие главы: КАЧЕСТВЕННЫЕ АТРИБУТЫ БЕЛКА А. Проверено 26 августа 2016 г.
- ^ Хобер С. (12 июня 2012 г.), Патент США: 8198404 - Мутантный белок, связывающий иммуноглобулин , получен 26 августа 2016 г.
- ^ Шлихтаерле Т., Ганджи М., Ауэр А., Кимбу Вейд О., Юнгманн Р. (апрель 2019 г.). «Связующие антитела бактериального происхождения как небольшие адаптеры для микроскопии ДНК-КРАСКИ». ХимБиоХим . 20 (8): 1032–1038. дои : 10.1002/cbic.201800743 . hdl : 21.11116/0000-0003-E68E-A . ПМИД 30589198 . S2CID 58547594 .
- ^ Хьельм Х., Хьельм К., Сьоквист Дж. (ноябрь 1972 г.). «Белок А золотистого стафилококка. Его выделение методом аффинной хроматографии и использование в качестве иммуносорбента для выделения иммуноглобулинов» . Письма ФЭБС . 28 (1): 73–6. дои : 10.1016/0014-5793(72)80680-X . ПМИД 4630462 . S2CID 8733702 .
- ^ Скварил, Ф. (1 октября 1976 г.). «Вопрос специфичности связывания подклассов IgG человека с белком А-сефарозой». Иммунохимия . 13 (10): 871–872. дои : 10.1016/0019-2791(76)90188-9 . ПМИД 12109 .
- ^ Шукла А.А., Хаббард Б., Трессел Т., Гухан С., Лоу Д. (март 2007 г.). «Последующая обработка моноклональных антител - применение платформенных подходов». Журнал хроматографии. Б. Аналитические технологии в биомедицине и науках о жизни . Производство, очистка, процесс и анализ продуктов поликлональных и моноклональных антител. 848 (1): 28–39. дои : 10.1016/j.jchromb.2006.09.026 . ПМИД 17046339 .
- ^ Лю Х.Ф., Ма Дж., Винтер К., Байер Р. (01.09.2010). «Разработка процесса восстановления и очистки для производства моноклональных антител» . МАБ . 2 (5): 480–99. дои : 10.4161/mabs.2.5.12645 . ПМЦ 2958570 . ПМИД 20647768 .