Открытие включает в себя полезную информацию о том, что вирус простуды можно остановить, нацеливаясь на ключевой вирусный фермент правильным способом. Что еще более важно, исследование подчеркивает широкий потенциал этого метода открытия для поиска новых способов борьбы с инфекциями, раком и другими заболеваниями и, возможно, даже со старением.
«Этот метод позволяет вам находить антитела, которые предотвращают гибель клеток — в данном случае гибель клеток, вызванную вирусом, но потенциально любую гибель клеток», — сказал Ричард А. Лернер, Лита Анненберг Хазен, профессор иммунохимии и профессор института в ЦНИИ. Лернер был старшим автором исследования, о котором 16 января 2014 г. перед печатью опубликовано в журнале Cell Press Chemistry & Biology.
Большой пруд, лучшая рыба
За последние два десятилетия Лернер и его лаборатория TSRI помогли разработать методы обнаружения антител, которые можно использовать в качестве терапии или научных инструментов.
Humira®, который сейчас входит в число самых продаваемых фармацевтических препаратов в мире, является одним из многих продуктов, которые были обнаружены с использованием таких методов.
Недавно лаборатория Лернера разработала передовую методику, с помощью которой сотни миллионов различных антител искусственно производятся в очень больших культурах клеток млекопитающих.
Ученые могут использовать такую систему, чтобы быстро найти любые антитела, которые вызывают желаемый результат («фенотип») в клетках, в которых они находятся.
Ученые на протяжении десятилетий применяли аналогичные методы «фенотипической селекции» к библиотекам стандартных низкомолекулярных соединений. Но библиотеки антител, которые можно использовать с новым методом, на порядки больше, что делает их гораздо более вероятными, чтобы содержать элементы, которые могут достичь желаемого результата в клетках.
«Библиотеки малых молекул обычно содержат от десятков до сотен тысяч соединений, тогда как с помощью этого метода мы можем использовать библиотеки с более чем миллиардом различных антител», — сказал Цзя Се, научный сотрудник лаборатории Лернера, который был первым автором новое исследование.
Новый метод дает ученым больше возможностей не только для поиска новых методов лечения на основе антител, но и для обнаружения биологических путей, по которым они работают, — путей, которые могут оказаться более легко и дешево нацелены на низкомолекулярные препараты.
Ранее в этом году Лернер, Се и их коллеги сообщили об использовании нового метода для поиска антитела, которое может выполнять замечательный трюк превращения клеток костного мозга в молодые клетки мозга с помощью ранее неизвестного сигнального механизма.
Для нового исследования команда намеревалась провести доказательный отбор антител, которые могут вызывать другой эффект: защищать клетки от неизбежной смерти.
В данном случае причиной смерти был риновирус, респираторный вирус, который является наиболее частой причиной обычных простуд. Этот риновирус надежно убивает клетки HeLa, линию клеток человеческого происхождения, которые уже давно используются в исследованиях вирусных инфекций.
Развитие открытия, раунд за раундом
Для начала команда использовала безвредные лентивирусы, чтобы распределить гены примерно 100 миллионов различных антител среди аналогичного количества клеток HeLa, а затем подвергла эти клетки действию риновируса. Этот вирус был настолько смертоносным для клеток HeLa, что почти каждая клетка вскоре умерла, пораженная инфекцией, несмотря на любой защитный эффект от антител, которые они укрывали.
Чтобы обнаружить защитный эффект, Се и его коллеги знали, что ему придется сделать процесс отбора менее радикальным.
Таким образом, для следующего теста вместо выбора выживших клеток — ибо ни одна из них не выжила — они выбрали клетки, показывающие отсроченные признаки надвигающейся смерти. Затем исследователи собрали гены антител, содержащиеся в этих клетках, и распределили их среди свежего набора клеток. Таким образом, рассуждали они, гены антител, оказавших защитный эффект, станут более многочисленными в клетках.
Се и его коллеги провели три раунда отбора, каждый из которых требовал около десяти дней работы и ожидания, но увидели удручающе мало признаков прогресса. «Клетки, которые были инфицированы нашей библиотекой антител, по-прежнему демонстрировали незначительные или неопределяемые отличия от контрольных клеток», — сказал он.
Затем в четвертом раунде защитных антител стало достаточно, чтобы вызвать драматические изменения: почти все клетки, содержащие антитела, выжили, тогда как все контрольные клетки погибли.
Оказалось, что защита обеспечивается всего двумя антителами из первоначального пула примерно в 100 миллионов.
Команда определила, что оба этих антитела защищают клетки, присоединяясь к протеазе 3C, ферменту риновируса, таким образом, что препятствует его активности, способствующей заражению.
В принципе, если дальнейшие тесты подтвердят защитное действие этих двух антител, то их оптимизированные версии или низкомолекулярные препараты, поражающие одну и ту же цель, могут быть разработаны для лечения риновирусных инфекций.
Но Се отметил, что исследование в основном было посвящено демонстрации полезности этого широкого нового метода. «Это быстрая, экономичная, многоэтапная схема отбора, которая позволяет ученым идентифицировать функциональные антитела из необычно большой библиотеки», — сказал он. «Пока у нас есть способ обнаружить и выбрать желаемый фенотип в тестовых клетках, этот метод позволяет нам вылавливать антитела, которые могут вызвать этот фенотип."
Исследование также показывает мощь нового метода освещения биологических путей, которые опосредуют заболевание — в данном случае активность протеазы риновируса 3C.
Более того, он предлагает беспрецедентное понимание самого процесса отбора.
«Мы могли видеть на каждом раунде, какие антитела отбирались и в каком количестве они были в клетках», — сказал Лернер. "Это было похоже на эволюцию в пробирке."
Лернер подчеркнул, что это первая демонстрация скрининга фенотипа предотвращения клеточной гибели с использованием очень больших библиотек антител, но это не последняя. «Теперь люди могут использовать эту технику для поиска антител, предотвращающих гибель клеток, в самых разных ситуациях», — сказал он.