Созданные на заказ антитела считаются многообещающим оружием против множества серьезных заболеваний. Поскольку они могут точно распознавать определенные структуры на поверхности вирусов, бактерий или раковых клеток, они уже успешно применяются в диагностике и терапии рака, а также против множества других заболеваний.
Стабильность чувствительных антител является решающим фактором на каждом этапе, от производства и хранения до терапевтического применения.
Команда исследователей во главе с доктором.
Матиас Дж. Файги и профессора Линда Хендершот из Санкт-Петербурга. Детская исследовательская больница Джуда в Мемфисе (Теннесси, США), Майкл Саттлер (заведующий кафедрой бимолекулярной ЯМР-спектроскопии в Техническом университете Мюнхена и Института структурной биологии в Центре им.
Гельмгольца в Мюнхене), Майкл Гролл (кафедра биохимии в Техническом университете Мюнхена) и Йоханнес Бухнер ( Кафедра биотехнологии в TU Muenchen) намеревалась найти новые подходы к стабилизации антител путем сравнения антител млекопитающих с антителами акул.
Акулы существуют уже более 500 миллионов лет. С эволюционной точки зрения они являются одними из самых старых животных с «современной» иммунной системой, мало чем отличной от человеческой. В крови акулы содержится большое количество мочевины, что позволяет животному выжить в соленой воде.
Хотя мочевина защищает акул от обезвоживания, она также может дестабилизировать чувствительные белковые молекулы, такие как антитела.
"Человеческие антитела разрушились бы в этих условиях. Следовательно, антитела акул должны обладать структурными характеристиками, которые делают их особенно устойчивыми », — говорит Маттиас Дж.
Файги, ведущий автор публикации. "Мы хотели разгадать эту тайну."
Кропотливая работа над головоломкой
Исследователи выбрали антитело акулы IgNAR (рецептор нового антигена иммуноглобулина) для своих исследований.
Не имея структурной информации о молекуле и из-за того, что молекула не могла быть полностью кристаллизована, они разработали модель антитела в детективной головоломке.
Они кристаллизовали части антитела и определили их атомные структуры с помощью рентгеновской кристаллографии, сравнивая сегменты с ранее известными структурами других иммуноглобулинов. Для других сегментов антител они проанализировали структуры с помощью ЯМР-спектроскопии. Снова и снова исследователи сравнивали определенные структуры и пространственные расстояния с результатами измерений дифракции рентгеновских лучей естественных молекул антител акулы, чтобы, наконец, построить комплексную модель антитела IgNAR.
Точное изучение структуры белка показало, что сворачивание Ig, типичное для антител, уже развилось более 500 миллионов лет назад, поскольку оно также присутствует у акул. Более того, исследователи смогли определить источник стабильности антител акулы: он является результатом дополнительного солевого моста между структурно важными аминокислотными цепями и особенно большим неполярным ядром складки Ig в антителах акул.
Человеческие антитела с повышенной стабильностью
Исследователям удалось интегрировать оба стабилизирующих принципа в человеческие антитела.
Фактически, сочетание обоих принципов привело к значительному увеличению стабильности фрагментов антител человека. Их температура плавления была на 10 градусов выше, чем у исходной молекулы.
Повышенная стабильность также показала положительный эффект в клетках млекопитающих, которые обычно продуцируют терапевтические антитела: измененные антитела производились в значительно больших количествах.
В ближайшем будущем, как ожидают исследователи, это понимание позволит разработать улучшенные терапевтические и диагностические антитела. Их будет легче производить и хранить, а также они должны дольше оставаться активными в организме человека, что позволит им полностью раскрыть свой терапевтический потенциал.