I en ny rapport som nu publiceras den Vetenskap , Robby Divine och ett tvärvetenskapligt forskarteam vid institutionen för biokemi, regenerativ medicin, och vacciner och infektionssjukdomar vid University of Washington U.S. och School of Medicine, vid Teheran University of Medical Sciences, Iran, genomförde beräkningsdesigner av nanocages för att sätta ihop antikroppar till exakta arkitekturer. Under byggandet, en strukturell komponent bildade en antikropp eller Fc-ligandfusion och den andra designen bildade en antikroppsbindande homo-oligomer för att driva nanocage-sammansättning med olika valenser och symmetri. Teamet antar hur denna process också kan öka neutraliseringen av ett pseudovirus; allvarligt akut respiratoriskt syndrom coronavirus-2 (SARS-COV-2) via α-SARS-COV-2 monoklonala antikroppar och Fc-angiotensinomvandlande enzym 2 (ACE-2) fusionsproteiner.

Antikroppar i medicinsk forskning

Antikroppar som specifikt binder till mål av intresse spelar en central roll i biomedicinsk forskning och medicin. Forskare kan generera kluster av antikroppar genom att genetiskt länka samman antikroppsfragment för att förbättra signaleringen. Det är för närvarande svårt att bilda antikroppssammansättningar med en mängd exakta arkitekturer och valenser. I det här arbetet, Divine et al. beräkningsdesignade proteiner som satte ihop antikroppar till exakta arkitekturer med olika valenser och symmetrier. Teamet antog att sådana konstruktioner robust skulle kunna driva godtyckliga antikroppar till homogena och strukturellt väldefinierade nanocages för uttalade effekter på cellsignalering. Forskarna designade proteiner för att driva sammansättningen av godtyckliga antikroppar till symmetriska sammansättningar med väldefinierade strukturer. För detta, de sammanfogade tre typer av "byggstens"-enheter som innehöll antikropps-Fc-bindande domäner, spiralformade repeterande kopplingar och cykliska oligomerbildande moduler. I sin arkitektur, den Fc-bindande enheten placerade sig med C2-antikroppsdimeren, den cykliska homo-oligomeren bildade den andra cykliska symmetriaxeln i nanocage, och den spiralformade upprepningskopplingen länkade antikropps- och cykliska homo-oligomersymmetriaxlarna i korrekt orientering för att bilda antikropparnanokage som hänvisas till som AbCs.

För att bilda antikroppsbur (AbC)-designer, Divine et al. styvt fuserade antikroppskonstanta domänbindande molekyler till cykliska oligomerer med användning av spiralformade spacerdomäner. De underlättade processen genom spiralformade distansdomäner så att symmetriaxlarna för den dimera antikroppen och den cykliska oligomeren kunde vara i orienteringar som genererade olika dihedriska eller polyedriska arkitekturer. Forskarna optimerade korsningsområdena mellan de anslutna byggstenarna för att vika till de designade strukturerna. Fusionsmetoden förlitade sig på stora uppsättningar av byggstenar med många möjliga fusionsplatser per byggsten som stränga geometriska kriterier för att bilda den önskade symmetriska arkitekturen. Teamet använde en beräkningsmetod för design av antikroppsburar för att generera dihedral, tetraedrisk, octahedral och icosahedral AbCs och använde en namnkonvention för att beskriva de slutliga nanocage-arkitekturen. Divine et al. därefter uttryckte syntetiska gener som kodar för designen i bakteriekulturer av Escherichia coli. Till exempel, de framgångsrika designerna inkluderade D-2 decahedral (tre mönster), T-32 (en design) och 152 icosahedral (två design) arkitekturer som innehåller två, sex, 12 eller 30 antikroppar, respektive. De karakteriserade Fc AbCs med hjälp av småvinklar röntgenspridning och elektronmikroskopi. De rekonstruerade nanocages var i nära överensstämmelse med beräkningsdesignmodellerna. För att bedöma stabiliteten hos nanocages, Divine et al. använde dynamiska ljusspridningsavläsningar för att erhålla uppmuntrande stabilitet för att möjliggöra karakterisering av deras biologiska påverkan nästa.

Effekter på cellsignalering

De designade AbCs gav en allmän plattform för att förstå effekten av valens och geometri av receptorengagemang på signalvägsaktivering. Det breda utbudet av receptorbindande antikroppar och naturliga ligander som bildas med AbC-metoden som utvecklats i detta arbete möjliggjorde en enkel och systematisk undersökning av effekten av geometri och valens av receptorsubenhetsassociation på cellsignalering för nästan vilken väg som helst. För att utforska det praktiska i detta tillvägagångssätt, Divine et al. sammansatta antikroppar eller Fc-ligandfusioner riktade mot en mängd olika signalvägar in i antikroppsburar (AbCs) och studerade deras inverkan på signalering. Till exempel, AbCs, bildad med en antikropp som riktar sig mot dödsreceptorn inducerad apoptos (celldöd) av tumörcellinjer som hittills förblivit opåverkade av den lösliga antikroppen eller den nativa liganden. Dessutom, sammansättning av Fc-fusioner eller antikroppar i AbCs, tillåtet förbättrad signalering av angiopoietinvägar, CD-40-signalering och T-cellsproliferation. AbC-bildningen möjliggjorde vidare neutralisering av ett in vitro-pseudovirus, såsom allvarligt akut respiratoriskt syndrom coronavirus 2.

Metoden som beskrivs i detta arbete, gick utöver tidigare beräkningsdesigninsatser för att skapa proteinnanomaterial som integrerar form och funktion. AbCs använde därför antikroppar som både strukturella och funktionella komponenter för att uppnå ett brett spektrum av geometrier och orienteringar. Denna strategi är tillämpbar för att designa vacciner med nanocages sammansatta med virala glykoproteiner med hjälp av komponenter som slutar i glykoproteinbindande domäner för att maximera närheten till aktiva platser. På det här sättet, Robby Divine och kollegor designade flera antikroppsburbildande proteiner för att exakt klustera alla proteinbindande antikroppar i nanocages genom kontrollerad valens och geometri. Teamet använde två, sex och 12 eller 30 antikroppar i AbC genom att helt enkelt blanda antikroppen med motsvarande designade protein utan ytterligare kovalenta modifieringar. Forskarna lade till receptorbindande eller virusneutraliserande antikroppar i ABC för att förbättra deras biologiska aktivitet över olika cellsystem. Teamet förväntar sig att detta resultat för snabb antikroppssammansättning inom beställda nanocages utan kovalenta modifieringar kommer att ha breda tillämpningar inom forskning och medicin.

© 2021 Science X Network