设计的蛋白质将抗体组装成模块化纳米笼
在现在发表在《科学》杂志上的一份新报告中，Robby Divine 和华盛顿大学生物化学、再生医学、疫苗和传染病系和德黑兰医科大学医学院的跨学科研究团队，进行了纳米笼的计算设计，以将抗体组装成精确的结构。在构建过程中，一个结构组分形成抗体或Fc-配体融合体，第二个设计形成抗体结合的同源寡聚体，以驱动具有不同价态和对称性的纳米笼组装。该团队假设这个过程如何也可以增加对假病毒的中和; 严重急性呼吸综合征-2 (SARS-COV-2) 通过 α-SARS-COV-2单克隆抗体和Fc-血管紧张素转换酶2 (ACE-2) 融合蛋白。
医学研究中的抗体
与感兴趣的模块化纳米笼目标特异性结合的抗体在生物医学研究和医学中发挥着核心作用。研究人员可以通过将抗体片段基因连接在一起来改善信号传导，从而产生抗体簇。目前很难形成抗体组装体具有各种精确的结构和价态。在这项工作中，Divine 等人。计算设计的蛋白质将抗体组装成具有不同化合价和对称性的精确结构。该团队假设这种设计可以有力地将任意抗体驱动到同质且结构明确的纳米笼中，从而对细胞信号传导产生显着影响。研究人员设计了蛋白质来驱动任意抗体组装成具有明确结构的对称组装。为此，他们将包含抗体Fc 结合域、螺旋重复连接器和环状寡聚体形成的三种类型的“构建块”单元刚性融合在一起模块。在其结构中，Fc 结合单元将自身与 C2 抗体二聚体定位，环状同源寡聚体在纳米笼中形成第二个环状对称轴，螺旋重复连接器将抗体和环状同源寡聚体对称轴连接在正确的位置定向形成抗体纳米笼，称为 AbC。
实验
为了形成抗体笼 (AbC) 设计，Divine 等人。使用螺旋间隔结构域将抗体恒定结构域结合分子刚性融合到环状寡聚体。他们通过螺旋间隔结构域促进了这一过程，因此二聚抗体和环状寡聚体的对称轴可以处于产生不同二面体或多面体结构的方向。科学家们优化了连接构建块之间的连接区域，以折叠到设计的结构中。融合方法依赖于大量构建块，每个构建块有许多可能的融合位点，作为严格的几何标准，以形成所需的对称架构。该团队使用了一种计算方法用于抗体笼设计以生成二面体、四面体、八面体和二十面体 AbC，并使用命名约定来描述最终的纳米笼结构。神等。接下来在大肠杆菌的细菌培养物中表达编码设计的合成基因。例如，成功的设计包括分别包含两个、六个、12 或 30 个抗体的 D-2 十面体(三种设计)、T-32(一种设计)和 152 二十面体(两种设计)结构。他们使用小角度 X 射线散射和电子显微镜对 Fc AbC 进行了表征。重建的纳米笼与计算设计模型非常吻合。为了评估纳米笼的稳定性，Divine 等人。使用动态光散射读数以获得令人鼓舞的稳定性，以便接下来对其生物影响进行表征。
对细胞信号的影响
设计的 AbC 提供了一个通用平台来了解受体参与的效价和几何形状对信号通路激活的影响。在这项工作中开发的 AbC 方法形成的广泛的受体结合抗体和天然配体允许对几何形状和受体亚基关联的效价对几乎任何途径的细胞信号传导的影响进行准备和系统的探索。为了探索这种方法的实用性，Divine 等人。将靶向多种信号通路的抗体或 Fc 配体融合组装到抗体笼 (AbC) 中，并研究它们对信号的影响。例如，与死亡受体靶向抗体形成的 AbCs 诱导肿瘤细胞系的凋亡(细胞死亡)，迄今为止未受影响通过可溶性抗体或天然配体。此外，在 AbC 中组装 Fc 融合或抗体，可以增强血管生成素通路信号、CD-40 信号和T 细胞增殖。AbC 的形成进一步允许中和体外假病毒，例如严重急性呼吸系统综合症 2。
外表
这项工作中详述的方法超越了先前的计算设计努力，以创造整合形式和功能的蛋白质纳米材料。因此，AbC 使用抗体作为结构和功能组件，以实现广泛的几何形状和方向。该策略适用于设计具有与病毒糖蛋白组装的纳米笼的疫苗，该纳米笼使用终止于糖蛋白结合域的组分以最大化活性位点的接近度。通过这种方式，Robby Divine 及其同事设计了多个抗体笼形成蛋白，通过受控的价态和几何形状将任何结合蛋白的抗体准确地聚集到纳米笼中。该团队通过简单地将抗体与相应的设计蛋白质混合而无需额外的共价修饰，在 AbC 中使用了 2、6 和 12 或 30 种抗体。抗体进入 ABCs 以增强它们在不同细胞系统中的生物活性。该团队希望这种无需共价修饰的有序纳米笼内快速抗体组装的结果在研究和医学中具有广泛的应用。
