КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 17-74-10156

НазваниеИсследование структурных основ взаимодействия провоспалительного цитокина с наноантителом для разработки высокоэффективных терапевтических препаратов.

РуководительКостарева Ольга Сергеевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт белка Российской академии наук, Московская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2017 - 06.2019

Конкурс№23 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-202 - Протеомика; структура и функции белков

Ключевые словаИнтерлейкин 17, монодоменные антитела, комплекс антиген-антитело, ревматоидный артрит, псориаз, кристаллизация, рентгеноструктурный анализ, молекулярная динамика, докинг, направленный дизайн

Код ГРНТИ34.15.15

СтатусУспешно завершен

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Анализ аминокислотных последовательностей интерлейкинов 17 у млекопитающих показал наличие шести (А-F) членов семейства. IL-17А и IL-17F наиболее изучены (Beringer et al., 2016) и перспективны для использования в медицине в качестве мишеней. Взаимодействие IL-17A и IL-17F с фактором некроза опухолей TNFα, и связывание их с рецепторным комплексом усиливает воспалительный процесс, поэтому в настоящее время работы многих лабораторий мира направлены на создание ингибиторов этих белков (см. например, Miossec et al., 2012). В настоящее время в компании «Биокад» (Россия) разработан препарат BCD-121, триспецифическое антитело, мишенями которого являются IL-17A, IL-17F и TNFα человека. BCD-121 выведено на этап клинических испытаний как терапевтическое средство против ревматоидного артрита. Специфичность взаимодействия BCD-121 с IL-17A и IL-17F определяется гуманизированным наноантителом VHH (далее anti-IL-17A), состоящим только из укороченной тяжёлой цепи антитела. Эта разработка фирмы «Биокад» соответствует мировому уровню, поскольку в современной медицине всё большее развитие получает производство наноантител в качестве лекарственных препаратов для лечения различных иммунных заболеваний. Недавно получено и исследовано наноантитело к TNFα человека (Efimov et al., 2016, патент № 2530553). В бельгийских фармацевтических компаниях Ablynx и UCB на разных стадиях клинических испытаний находятся несколько наноантител, в том числе и против IL-17A (Torres et al., 2016). Для исследования молекулярных механизмов взаимодействий в комплексе антиген-наноантитело и для дальнейшего направленного дизайна участков взаимодействия успешно применяется рентгеноструктурный анализ. Известно уже довольно много кристаллических структур таких комплексов, но данных по структурам комплексов IL-17A с монодоменными антителами пока нет. Были определены пространственные структуры IL-17A в свободном состоянии и комплекса IL-17A с его рецептором (Liu et al., 2013), комплекса IL-17A с классическим антителом CAT-2200 (Gerhardt et al., 2009), а также комплекса IL-17A с ингибирующим линейным пептидом HAP (Liu et al., 2016). Вариабельные участки наноантитела anti-IL-17A, которое мы выбрали в качестве объекта исследований, представляют собой более протяжённый и оригинальный вариант паратопа, значительно отличающийся от IL-17A-связывающих участков других белков. Значение константы диссоциации комплекса IL-17A с anti-IL-17A составляет 2 рМ, что на 3 порядка ниже, чем константа диссоциации комплекса IL-17A с антителом CAT-2200. Показано также, что anti-IL-17A обладает более высокой функциональной активностью по сравнению с запатентованным классическим антителом секукинумаб к IL-17A. Таким образом, поскольку anti-IL-17A прочно и специфически связывается с IL-17A, это монодоменное антитело является крайне привлекательным объектом как для терапевтических разработок, так и для структурных исследований. Проведённый нами анализ структур показал, что во всех вариантах комплексов IL-17A (с рецептором, антителом CAT-2200 и ингибитором - линейным пептидом HAP) с одной и той же областью цитокина взаимодействуют совершенно разные по аминокислотному составу участки белков. N-концевая область молекулы IL-17A плохо интерпретируется на ранее полученных картах электронной плотности цитокина в свободном состоянии, а в известных структурах его комплексов с белками-мишенями этот участок занимает различное положение. Повышенное сродство цитокина к anti-IL-17A может быть обусловлено дополнительными взаимодействиями N-концевых аминокислотных остатков IL-17A с монодоменным антителом. В рамках данного проекта предполагается закристаллизовать и определить структуры anti-IL-17A в свободном состоянии и в комплексе с IL-17A, провести сравнительный анализ их структур. Для повышения вероятности получения пригодных для рентгеноструктурного анализа кристаллов мы будем использовать разные варианты интерлейкина 17А для формирования комплекса (IL-17А, наработанный в эукариотической или прокариотической системах экспрессии генов, гликозилированный или с точечной заменой в сайте гликозилирования). Методы кристаллизации и определения структур различных белков и РНК-белковых комплексов широко используются нашей лаборатории. Комплекс anti-IL-17A/IL-17A очень стабильный, что повышает вероятность получения кристаллов и определения структуры. Результаты исследования позволят детально описать молекулярные взаимодействия между паратопом и эпитопом (участком антигена, который узнаётся антителом) в комплексе и провести направленный дизайн мутаций в районе паратопа anti-IL-17A для повышения специфичности и эффективности планируемых терапевтических препаратов. Кроме кристаллизации и рентгеноструктурных исследований, нами будет проведено моделирование структуры anti-IL-17A в свободном состоянии и в комплексе с IL-17A. Взаимодействие IL-17A и аминокислотных остатков вариабельных участков anti-IL-17A будут исследованы с помощью методов докинга (программа PIPER) и молекулярной динамики (программа GROMACS). Анализ in silico позволит параллельно со структурными исследованиями провести анализ взаимодействий в комплексе anti-IL-17A с IL-17A. Результаты такого анализа также могут быть использованы для направленного дизайна в районе паратопа anti-IL-17A.

Ожидаемые результаты
В рамках проекта впервые будут определены молекулярные основы взаимодействия высоко-аффинного монодоменного антитела с интерлейкином 17А. Это позволит выявить аминокислотные остатки вариабельных областей антитела, которые важны для взаимодействия, и объяснить механизм формирования такого стабильного комплекса. Сравнение структур наноантитела в свободном состоянии и в комплексе с IL-17A позволит охарактеризовать конформационные изменения, которые претерпевает структура антитела при связывании с белком-мишенью. Понимание молекулярных основ взаимодействия anti-IL-17A с IL-17A позволит осуществить прорыв в персонализированных методах лечения псориаза и ревматоидного артрита, поскольку даст возможность создавать и использовать модели различных белок-белковых взаимодействий в комплексе при разработке терапевтических препаратов против соответствующих заболеваний. IL-17A обычно образует гомодимер, но может также образовывать гетеродимер с IL-17F, однако, взаимодействие IL-17A/F со специфическими к IL-17A антителами снижено на два-три порядка. Поиск высоко специфических антител к IL-17A/F в настоящее время довольно актуален. Определение структуры комплекса anti-IL-17A/IL-17A даст возможность провести биоинформационный анализ точечных замен аминокислотных остатков паратопа для образования более стабильного комплекса с IL-17A/F, и в будущем получить высоко-аффинное терапевтическое средство против IL-17A/F.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---