«Основываясь на проделанной нами работе, мы теперь думаем, что знаем, как сделать действительно мощное лекарство, которое не только работало бы при относительно низких концентрациях, но и заставляло бы вирус мутировать по путям, что сделало бы его менее пригодным и, следовательно, более сильным. подвержены элиминации ", – говорит Памела Бьоркман, профессор биологии Макса Дельбрука и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. "Если бы вы смогли передать это тому, у кого уже был ВИЧ, вы могли бы даже избавиться от инфекции."
Исследователи описывают работу в выпуске Cell от 29 января. Рэйчел Галимиди, аспирантка лаборатории Бьоркмана в Калифорнийском технологическом институте, является ведущим автором статьи.
Исследователи предположили, что одна из причин, по которой иммунная система менее эффективна против ВИЧ, чем другие вирусы, заключается в небольшом количестве и низкой плотности шипов на поверхности ВИЧ. Эти спайки, каждая из которых представляет собой кластер из трех белковых субъединиц, выступают над поверхностью вируса и являются мишенями антител, нейтрализующих ВИЧ. В то время как большинство вирусов покрыты сотнями этих шипов, у ВИЧ всего от 10 до 20, что делает среднее расстояние между шипами довольно большим.
Это расстояние важно для механизма, который природные антитела используют для захвата своих вирусных мишеней. Антитела – это белки Y-образной формы, которые эволюционировали, чтобы хвататься за свои мишени обеими "руками".«Однако, если шипы немногочисленны и редки – как в случае с ВИЧ – вполне вероятно, что антитело свяжется только с одной рукой, что сделает его связь с вирусом более слабой (и более легкой для мутации шипа. сделать антитело неэффективным).
Чтобы проверить свою гипотезу, группа Бьоркмана с помощью генной инженерии создала молекулы на основе антител, которые могут связываться обеими руками с одним спайком. Они начали с вирус-связывающих частей или Fab-фрагментов широко нейтрализующих антител – белков, вырабатываемых естественным путем небольшим процентом ВИЧ-положительных людей, которые способны бороться с несколькими штаммами ВИЧ, пока вирус не мутирует.
При введении в комбинации эти антитела довольно эффективны. Вместо того, чтобы создавать Y-образные антитела, группа Калифорнийского технологического института просто соединила два Fab – часто из разных антител, чтобы имитировать комбинированную терапию – с разной длиной спейсеров, состоящих из ДНК.
Почему ДНК? Чтобы создать антитела, которые могли бы дважды зацепиться за спайк, им нужно было знать, какие Fab использовать и как долго устанавливать связь между ними, чтобы оба могли легко связываться с одним спайком. Раньше различные члены группы Бьоркмана пытались сделать обоснованные предположения, основанные на том, что известно о структуре вирусных спайков, но большое количество возможных вариаций в отношении того, какие Fab-фрагменты использовать и как далеко они должны быть друг от друга, делали проблему неразрешимой.
В новой работе Бьоркман и Галимиди пришли к идее использования ДНК в качестве «молекулярного правителя»."Хорошо известно, что каждая пара оснований в двухцепочечной ДНК разделена 3.4 ангстрем. Следовательно, путем включения различной длины ДНК между двумя Fab-фрагментами они могли систематически проверять лучший нейтрализатор, а затем определять расстояние между Fab-фрагментами из длины ДНК.
Они также тестировали разные комбинации Fab из разных антител – иногда с включением двух разных Fab, иногда с использованием двух одинаковых.
«Большинство из них вообще не сработало», – говорит Бьоркман, что обнадеживает, поскольку предполагает, что любые улучшения, которые наблюдали исследователи, были созданы не просто артефактом, например добавлением ДНК.
Но некоторые из сфабрикованных молекул работали очень хорошо. Исследователи обнаружили, что молекулы, которые объединяли Fab из двух разных антител, работали лучше всего, показывая улучшение их способности нейтрализовать ВИЧ от 10 до 1000 раз по сравнению с естественными антителами.
В зависимости от используемых Fab, оптимальная длина линкера ДНК составляла от 40 до 62 пар оснований (что соответствует 13 и 21 нанометру соответственно).
Выведя это открытие на новый уровень в наиболее успешных из этих новых молекул, исследователи заменили фрагмент ДНК белковым линкером примерно такой же длины, состоящим из 12 копий белка, называемого тетратрикопептидным повтором.
Конечный продукт представлял собой реагент на основе полностью белковых антител, предназначенный для связывания с обоими Fab с одним спайком ВИЧ.
«Это тоже сработало, показав в среднем более чем 30-кратное повышение активности по сравнению с родительскими антителами», – говорит Бьоркман. "Это доказательство принципа того, что это можно сделать с помощью белковых реагентов."
Более высокая эффективность предполагает, что реагент, сделанный из этих молекул на основе антител, может работать при более низких концентрациях, что делает потенциальное терапевтическое средство менее дорогим и снижает риск побочных реакций у пациентов.
«Я думаю, что наша работа проливает свет на потенциальные терапевтические стратегии, которые биотехнологические компании должны использовать – и которые мы будем использовать – чтобы создать лучший реагент антител для борьбы с ВИЧ», – говорит Галимиди. «Многие компании не принимают во внимание реагенты на основе антител из-за способности вируса избегать давления антител, вместо этого сосредотачиваясь на малых молекулах в качестве лекарственной терапии.
Наши новые реагенты демонстрируют способ обойти это."
Команда Калифорнийского технологического института в настоящее время работает над производством большего количества новых реагентов, чтобы они могли тестировать их на гуманизированных мышах – специализированных мышах, несущих иммунные клетки человека, которые, в отличие от большинства мышей, чувствительны к ВИЧ.