Синтетические антитела ламы спасают обреченные белки внутри клеток
Исследователи из Колумбийского университета создали новую технологию, использующую синтетические антитела ламы для предотвращения разрушения определенных белков внутри клеток. Этот подход может быть использован для лечения десятков заболеваний, включая муковисцидоз, которые возникают из-за разрушения неидеальных, но все еще вполне функциональных белков.
При многих генетических заболеваниях, включая муковисцидоз, мутировавшие белки способны выполнять свою работу, но помечаются для уничтожения системами контроля качества клетки.
«Ситуация аналогична некрасивым фруктам», — говорит Генри Коулкрафт, доктор философии, профессор физиологии и клеточной биофизики Джона К. Далтона, руководивший исследованием. «Покупатели отвергают фрукты, которые выглядят неидеально, хотя некрасивые фрукты так же питательны. Если мутировавшие белки при муковисцидозе смогут избежать механизмов контроля качества клетки, они будут работать вполне хорошо».
В клетке белки, предназначенные для разрушения, помечаются небольшим пептидом под названием убиквитин. Ферменты деубиквитиназы (DUBs) могут удалять эти метки, но простое повышение активности DUBs привело бы к неразборчивому спасению всех белков в клетке, отмеченных для разрушения, что было бы вредно.
«Многие белки разрушаются клеткой по веской причине, — говорит Коулкрафт, — поэтому терапия должна быть избирательной».
Именно тогда Коулкрафт и его аспирант Скотт Каннер осознали, что могут разработать решение, использующее преимущества нанотел — маленьких антител, естественным образом производимых ламами, верблюдами и альпаками, которые были открыты почти 30 лет назад. Эти маленькие нанотела связываются со своими мишенями с исключительной специфичностью и сохраняют это свойство внутри клеток, в отличие от обычных антител.
Новая технология — названная инженерными деубиквитиназами или сокращенно enDUBs — сочетает синтетическое нанотело, распознающее конкретный белок, с ферментом, способным спасать белки, помеченные для разрушения.
В новой статье в Nature Methods исследователи протестировали два разных enDUB: один предназначен для спасения белка, мутировавшего при муковисцидозе, а другой — для спасения белка, мутировавшего при синдроме удлиненного интервала QT, наследственном заболевании сердца, которое может вызывать аритмию и внезапную смерть.
Чтобы создать каждый enDUB, исследователям сначала нужно было найти нанотело, которое распознает и связывается только с целевым белком. До недавнего времени исследователям приходилось вводить целевые белки ламам, верблюдам или альпакам и ждать, пока животное произведет такие нанотела. Исследователи из Колумбии вместо этого «выловили» связывающие молекулы из синтетической дрожжевой библиотеки нанотел, содержащей миллионы уникальных нанотел.
После создания каждый enDUB был протестирован в клетках, производящих мутировавшие белки.
В обоих случаях enDUBs предотвратили разрушение белков, и белки мигрировали в свои нормальные места в клеточной мембране, где выполняли свои обычные функции.
«В случае одного из протестированных нами белков муковисцидоза мы получаем замечательное восстановление, возвращая уровень белка в клеточной мембране примерно до 50% от нормы, — говорит Коулкрафт. — Если бы это произошло у пациента, это было бы преобразующим».
Хотя оба заболевания, исследованные в работе, вызваны мутациями в белках ионных каналов, «подход может быть применен к любому белку в клетке, а не только к мембранным белкам или белкам, измененным генетическими мутациями», — говорит Коулкрафт.
«Это может быть применимо к любому заболеванию, где фактором является деградация белка, включая рак и эпилепсию».