Молекула аффитела
Молекулы аффител представляют собой небольшие, надежные белки, созданные для связывания с большим количеством целевых белков или пептидов с высоким сродством, имитируя моноклональные антитела , и поэтому являются членами семейства миметиков антител . Молекулы аффитела используются в биохимических исследованиях и разрабатываются в качестве потенциальных новых биофармацевтических препаратов. [1] Эти молекулы можно использовать для молекулярного распознавания в диагностических и терапевтических целях. [2] [3]
Разработка
[ редактировать ]Как и в случае с другими миметиками антител, идея разработки молекулы Affibody заключалась в применении подхода комбинаторной белковой инженерии к небольшому и надежному белковому каркасу. Цель заключалась в создании новых связующих, способных специфично связываться с различными белками-мишенями с почти хорошим сродством, сохраняя при этом благоприятные свойства сворачивания и стабильности, а также легкость бактериальной экспрессии родительской молекулы. [4] [5]
Оригинальный белковый каркас Affibody был разработан на основе домена Z ( иммуноглобулина G связывающий домен белка A. ) Эти молекулы представляют собой недавно разработанный класс каркасных белков, полученный в результате рандомизации 13 аминокислот, расположенных в двух альфа-спиралях, участвующих в связывающей активности родительского белкового домена. Недавно аминокислоты за пределами связывающей поверхности были заменены в каркасе, чтобы создать поверхность, полностью отличную от домена предкового белка А.
В отличие от антител , молекулы Affibody состоят из альфа-спиралей и лишены дисульфидных мостиков. Родительская трехспиральная структура пучка в настоящее время является самой быстрой из известных белковых структур. [6] Специфические молекулы Affibody, связывающие желаемый целевой белок, можно «выловить» из пулов (библиотек), содержащих миллиарды различных вариантов, с помощью фагового дисплея .
Производство
[ редактировать ]Молекулы аффитела основаны на домене трехспирального пучка, который может экспрессироваться в растворимых и протеолитически стабильных формах в различных клетках-хозяевах сам по себе или посредством слияния с другими белками-партнерами. [7]
Они допускают модификации и независимо сворачиваются при включении в слитые белки . Было доказано, что слияние «голова-хвост» молекул Affibody с одинаковой специфичностью дает эффекты авидности при связывании с мишенью, а слияние «голова-хвост» молекул Affibody различной специфичности позволяет получить би- или мультиспецифические аффинные белки. Слияния с другими белками также могут быть созданы генетически. [8] [9] или путем спонтанного образования изопептидной связи . [10] Сайт для сайт-специфической конъюгации облегчается введением одного цистеина в желаемое положение, поэтому этот сконструированный белок можно использовать для конъюгации с радионуклидами, такими как технеций-99m и индий-111, для визуализации опухолей со сверхэкспрессией рецепторов. [11] [12]
Ряд различных молекул Affibody был получен путем химического синтеза . Поскольку они не содержат цистеинов или дисульфидных мостиков, они спонтанно и обратимо сворачиваются в правильные трехмерные структуры, когда защитные группы удаляются после синтеза. [13] [14] В некоторых исследованиях использовались температуры выше температуры плавления, при этом связующие свойства сохранялись после возвращения в условия окружающей среды. [15] Также были произведены сшитые варианты.
Характеристики
[ редактировать ]Молекула Affibody состоит из трех альфа-спиралей с 58 аминокислотами и имеет молярную массу около 6 кДа . Моноклональное антитело, для сравнения, имеет массу 150 кДа, а однодоменное антитело , самый маленький тип антигенсвязывающего фрагмента антитела, — 12–15 кДа.
Было показано, что молекулы аффитеда выдерживают высокие температуры (90 ° C (194 ° F)) или кислые и щелочные условия ( pH 2,5 или pH 11 соответственно). [16] [17] [18]
Связующие вещества со сродством вплоть до субнаномолярного были получены из образцов нативной библиотеки, а связующие с пикомолярным сродством были получены после созревания сродства. [19] Аффитела, конъюгированные со слабыми электрофилами, ковалентно связывают свои мишени. [20] Сочетание небольшого размера, простоты разработки, высокого сродства и специфичности делает молекулы Affibody подходящей альтернативой в качестве моноклональных антител как для молекулярной визуализации, так и для терапевтических применений, особенно для опухолей со сверхэкспрессией рецепторов. [21] [22] Эти белки характеризуются высокой скоростью экстравазации и быстрым выведением несвязанного индикатора из кровообращения, а также других неспецифических компартментов по сравнению с антителами и их фрагментами.
Приложения
[ редактировать ]Молекулы аффитела можно использовать для очистки белков , [13] ингибирование ферментов , [15] исследовательские реагенты для захвата и обнаружения белков, [23] [24] диагностическая визуализация [19] и таргетная терапия . [25] Молекула Affibody второго поколения, ABY-025, избирательно связывается с рецепторами HER2 с пикомолярным сродством. Эти молекулы Affibody находятся в стадии клинической разработки для диагностики опухолей. [26] [27] [28] [29] Молекула анти-HER2 Affibody, слитая с альбуминсвязывающим доменом (ABD), обозначенным как ABY-027, меченная лютецией-177, обеспечивала снижение поглощения радиоактивности почками и печенью в ксенотрансплантатах мышей. [30] Недавно анти-ZEGFR Affibody ZEGFR:2377, меченное технецием-99m, также было успешно использовано для визуализации опухоли, экспрессирующей ZEGFR, в ксенотрансплантатах мышей. [31]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фрейд Ф.Ю., Ким К.Т. (2017). «Молекулы аффитела как белковые препараты» . Эксп Мол Мед . 49 (3): e306. дои : 10.1038/emm.2017.35 . ПМЦ 5382565 . ПМИД 28336959 .
- ^ Гаруси Дж., Андерссон К., Митран Б., Пихл М.Л., Столь С., Орлова А., Лёфблом Дж., Толмачев В. (2016). «ПЭТ-визуализация экспрессии рецептора эпидермального фактора роста в опухолях с использованием меченных 89Zr молекул ZEGFR:2377 Affibody» . Инт Джей Онкол . 48 (4): 1325–1332. дои : 10.3892/ijo.2016.3369 . ПМЦ 4777594 . PMID 26847636 – через SPANDIDOS PUBLICATIONS.
- ^ Соренсен Дж., Сандберг Д., Сандстрем М., Веннборг А., Фельдвиш Дж., Толмачев В., Острем Г., Любберинк М., Гарске-Роман У., Карлссон Дж., Линдман Х. (2014). «Первая молекулярная визуализация экспрессии HER2 у человека в метастазах рака молочной железы с использованием молекулы аффитела 111In-ABY-025» . Джей Нукл Мед . 55 (5): 730–735. дои : 10.2967/jnumed.113.131243 . ПМИД 24665085 .
- ^ Норт, К; Нильссон, Дж; Нильссон, Б; Улен, М; Нигрен, Пенсильвания (1995). «Комбинаторная библиотека домена α-спирального бактериального рецептора». Белковая инженерия, проектирование и отбор . 8 (6): 601–608. дои : 10.1093/протеин/8.6.601 . ПМИД 8532685 .
- ^ Норд, К; Гуннериуссон, Э; Рингдал, Дж; Столь, С; Улен, М; Нигрен, Пенсильвания (1997). «Связывающие белки, выбранные из комбинаторных библиотек домена α-спирального бактериального рецептора». Природная биотехнология . 15 (8): 772–777. дои : 10.1038/nbt0897-772 . ПМИД 9255793 . S2CID 25252394 .
- ^ Арора, П; Оас, Т; Майерс, Дж (2004). «Быстро и еще быстрее: разработанный вариант B-домена белка А складывается за 3 мкс» . Белковая наука. 13 (4): 847–853. дои : 10.1110/ps.03541304 . ПМК 2280057 . ПМИД 15044721 .
- ^ Столь, С; Нигрен, Пенсильвания (1997). «Использование слияния генов с белком A и белком G в иммунологии и биотехнологии». Патол. Биол . 45 (1): 66–76. ПМИД 9097850 .
- ^ Рённмарк, Дж; Ханссон, М; Нгуен, Т; Улен, М; Роберт, А; Столь, С; Нигрен, Пенсильвания (2002). «Создание и характеристика химер аффитело-Fc, продуцируемых в Escherichia coli». Дж. Иммунол. Методы . 261 (1–2): 199–211. дои : 10.1016/S0022-1759(01)00563-4 . ПМИД 11861078 .
- ^ Рённмарк, Дж; Кампф, К; Асплунд, А; Хёйден-Гутенберг, I; Вестер, К; Понтен, Ф; Улен, М; Нигрен, Пенсильвания (2003). «Имуноконъюгаты аффитело-бета-галактозидазы, полученные в виде растворимых слитых белков в цитозоле Escherichia coli». Дж. Иммунол. Методы . 281 (1–2): 149–160. дои : 10.1016/j.jim.2003.06.001 . ПМИД 14580889 .
- ^ Веджиани, Дж; Накамура, Т; Бреннер, М; Гайет, Р; Ян, Дж; Робинсон, К; Ховарт, М. (2016). «Программируемые полипротеамы, построенные с использованием двойных пептидных суперклеев» . ПНАС . 113 (5): 1202–1207. Бибкод : 2016ПНАС..113.1202В . дои : 10.1073/pnas.1519214113 . ПМЦ 4747704 . ПМИД 26787909 .
- ^ Алтай М., Уоллберг Х., Орлова А., Розестедт М., Хоссейнимер С.Дж., Толмачев В., Столь С. (2012). «Порядок аминокислот в хелаторах на основе C-концевых цистеинсодержащих пептидов влияет на клеточную обработку и биораспределение меченных 99mTc рекомбинантных молекул Affibody». Аминокислоты . 42 (5): 1975–1985. дои : 10.1007/s00726-011-0927-x . ПМИД 21573874 . S2CID 7995180 .
- ^ Толмачев В, Фридман М, Сандстрем М, Эрикссон ТЛ, Росик Д, Ходик М, Стол С, Фрейд ФЮ, Орлова А (2009). «Молекулы аффител для воздействия на рецепторы эпидермального фактора роста in vivo: аспекты димеризации и химии мечения» . Джей Нукл Мед . 50 (2): 274–283. дои : 10.2967/jnumed.108.055525 . ПМИД 19164241 .
- ^ Перейти обратно: а б Норд, К; Норд, О; Улен, М; Келли, Б; Юнгквист, К; Нигрен, Пенсильвания (2001). «Рекомбинантные аффинные лиганды, специфичные к человеческому фактору VIII, выбранные из комбинаторных библиотек белка А, демонстрируемых фагом» . Евро. Дж. Биохим. 268 (15): 1–10. дои : 10.1046/j.1432-1327.2001.02344.x . ПМИД 11488921 .
- ^ Энгфельдт, Т; Ренберг, Б; Брюмер, Х; Нигрен, Пенсильвания; Карлстрем, Э.А. (2005). «Химический синтез трехспиральных связывающих белков с тройной меткой для специфического флуоресцентного обнаружения немеченого белка». ХимБиоХим . 6 (6): 1043–1050. дои : 10.1002/cbic.200400388 . ПМИД 15880677 . S2CID 5895074 .
- ^ Перейти обратно: а б «Высококачественная ДНК-полимераза Phusion Hot Start» . Финзимы. Архивировано из оригинала 28 марта 2009 г.
- ^ Альгрен, С; Уолльберг, Х; Тран, Т.А.; Видстрем, К; Хьертман, М; Абрамсен, Л; Берндорф, Д; Динкельборг, LM; и др. (2009). «Нацеливание на HER2-экспрессирующие опухоли с помощью сайт-специфически меченной 99mTc рекомбинантной молекулы аффитела, ZHER2:2395, с сконструированным на С-конце цистеином» . Дж. Нукл. Мед . 50 (5): 781–789. дои : 10.2967/jnumed.108.056929 . ПМИД 19372467 .
- ^ Орлова А; Росик, Д; Сандстрем, М; Лундквист, Х.; Эйнарссон, Л; Толмачев, В (2007). «Оценка [(111/114m)In]CHX-A»-DTPA-ZHER2:342, конъюгата аффитного лиганда для нацеливания на HER2-экспрессирующие злокачественные опухоли». QJ Nucl. Med. Mol. Imaging , 51 (4): 314–23. ПМИД 17464277 .
- ^ Тран, Т; Энгфельдт, Т; Орлова А; Сандстрем, М; Фельдвиш, Дж; Абрамсен, Л; Веннборг, А; Толмачев В; и др. (2007). «(99m)Tc-maEEE-Z(HER2:342), индикатор на основе молекул Affibody для обнаружения экспрессии HER2 в злокачественных опухолях». Биоконъюг. хим. 18 (6): 1956–64. дои : 10.1021/bc7002617 . ПМИД 17944527 .
- ^ Перейти обратно: а б Орлова А; Магнуссон, М; Эрикссон, ТЛ; Нильссон, М; Ларссон, Б; Хойден-Гутенберг, I; Видстрем, К; Карлссон, Дж; и др. (2006). «Визуализация опухоли с использованием пикомолярной аффинной молекулы аффитела, связывающей HER2» . Рак Рез. 66 (8): 4339–48. doi : 10.1158/0008-5472.CAN-05-3521 . ПМИД 16618759 .
- ^ Холм, Л; Муди, П; Ховарт, М. (2009). «Электрофильные аффитела, образующие ковалентные связи с белковыми мишенями» . Журнал биологической химии . 284 (47): 32906–13. дои : 10.1074/jbc.M109.034322 . ПМЦ 2781706 . ПМИД 19759009 .
- ^ Лофблом Дж., Фельдвиш Дж., Толмачев В., Карлссон Дж., Шталь С., Фрейд Ф.Ю. (2010). «Молекулы аффитела: сконструированные белки для терапевтических, диагностических и биотехнологических применений» . ФЭБС Летт . 584 (12): 2670–2680. дои : 10.1016/j.febslet.2010.04.014 . PMID 20388508 – через Elsevier , Science Direct .
- ^ Толмачев В., Орлова А., Нильссон Ф.Ю., Фельдвиш Дж., Веннборг А., Абрамсен Л. (2007). «Молекулы аффитела: потенциал для визуализации молекулярных мишеней in vivo для терапии рака». Эксперт Опин Биол Тер . 7 (4): 555–568. дои : 10.1517/14712598.7.4.555 . ПМИД 17373906 . S2CID 29621968 .
- ^ Ренберг, Б; Нордин, Дж; Мерка, А; Улен, М; Фельдвиш, Дж; Нигрен, Пенсильвания; Карлстрем, А.Е. (2007). «Молекулы аффител в микрочипах захвата белков: оценка многодоменных лигандов и различных форматов обнаружения». J. Протеом Рез . 6 (1): 171–179. дои : 10.1021/pr060316r . ПМИД 17203961 .
- ^ Лундберг, Э; Хойден-Гутенберг, I; Ларссон, Б; Улен, М; Греслунд, Т (2007). «Сайт-специфически конъюгированные молекулы Affibody анти-HER2 в качестве одноэтапных реагентов для анализа целевой экспрессии на клетках и образцах ксенотрансплантатов». Дж. Иммунол. Методы . 319 (1–2): 53–63. дои : 10.1016/j.jim.2006.10.013 . ПМИД 17196217 .
- ^ Толмачев В; Орлова А; Персон, Р; Галли, Дж; Бааструп, Б; Андерссон, К; Сандстрем, М; Росик, Д; и др. (2007). «Радионуклидная терапия HER2-положительных микроксенотрансплантатов с использованием меченной 177Lu HER2-специфической молекулы Affibody» . Рак Рез . 67 (6): 2773–82. дои : 10.1158/0008-5472.CAN-06-1630 . ПМИД 17363599 .
- ^ Фельдвиш, Иоахим; Толмачев Владимир; Лендел, Кристофер; Херн, Нина; Сьоберг, Анна; Ларссон, Барбро; Росик, Дэниел; Линдквист, Ева; Фант, Гунилла; Хойден-Гутенберг, Ингмари; Галли, Иоаким (30 апреля 2010 г.). «Разработка оптимизированного каркаса для аффинных молекул» . Журнал молекулярной биологии . 398 (2): 232–247. дои : 10.1016/j.jmb.2010.03.002 . ISSN 1089-8638 . ПМИД 20226194 .
- ^ Гебауэр, М; Скерра, А (2009). «Сконструированные белковые каркасы как терапевтические средства на основе антител следующего поколения». Современное мнение в области химической биологии . 13 (3): 245–55. дои : 10.1016/j.cbpa.2009.04.627 . ПМИД 19501012 .
- ^ Соренсен Дж., Великян И., Сандберг Д., Веннборг А., Фельдвиш Дж., Толмачев В., Орлова А., Сандстрем М., Любберинк М., Олофссон Х., Карлссон Дж., Линдман Х. (2016). «Измерение экспрессии рецептора HER2 при метастатическом раке молочной железы с использованием [68Ga]ABY-025 Affibody ПЭТ/КТ» . Тераностика . 6 (2): 262–271. дои : 10.7150/thno.13502 . ПМЦ 4729774 . ПМИД 26877784 .
- ^ Соренсен Дж., Сандберг Д., Сандстрем М., Венн-борг А., Фельдвиш Дж., Толмачев В., Острем Г., Любберинк М., Гарске-Роман У., Карлссон Дж., Линдман Х. (2014). «Первая у человека молекулярная визуализация экспрессии HER2 в метастазах рака молочной железы с использованием молекулы аффитела 111In-ABY-025» (PDF) . Джей Нукл Мед . 55 (5): 730–735. дои : 10.2967/jnumed.113.131243 . ПМИД 24665085 .
- ^ Орлова, Анна; Йонссон, Андреас; Росик, Дэниел; Лундквист, Ганс; Линдборг, Малин; Абрамсен, Ларс; Экблад, Кэролайн; Фрейд, Фредрик Ю.; Толмачев, Владимир (июнь 2013 г.). «Сайт-специфическое мечение радиометаллом и улучшенное биораспределение с использованием ABY-027, нового слитого белка аффитело-молекула-альбумин-связывающий домен, нацеленного на HER2» . Журнал ядерной медицины . 54 (6): 961–968. дои : 10.2967/jnumed.112.110700 . ISSN 1535-5667 . ПМИД 23528382 . S2CID 25959793 .
- ^ Андерссон К.Г., Оружени М., Гаруси Дж., Митран Б., Столь С., Орлова А., Лёфблом Дж., Толмачев В. (2016). «Возможность визуализации экспрессии рецептора эпидермального фактора роста с помощью молекулы аффитела ZEGFR:2377, меченной 99mTc, с использованием цистеинсодержащего хелатора на основе пептидов» . Инт Джей Онкол . 49 (6): 2285–2293. дои : 10.3892/ijo.2016.3721 . ПМК 5118000 . ПМИД 27748899 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]Сконструированные моноклональные антитела и миметики антител | ||
|---|---|---|
| Цельное антитело |  | |
| Потрясающий фрагмент | ||
| Переменный фрагмент | ||
| Меньшие единицы | ||
| Внутриклеточный | ||
| Миметики антител | ||