Новая техника эффективно превращает антитела в высокоточные "нанотела"

Антитела, отвечающие за распознавание и нацеливание на молекулярные мишени, — одни из самых полезных инструментов в биологии и медицине. Их крошечные "кузены", нанотела, могут выполнять те же задачи, например, маркировать молекулы для исследований или помечать больные клетки для уничтожения. Благодаря своей сравнительной простоте нанотела открывают заманчивую перспективу гораздо более простого производства.

Однако их потенциал до сих пор не был полностью реализован из-за отсутствия эффективного способа идентификации нанотел, наиболее точно настроенных на свои мишени. Новая система, разработанная исследователями из Университета Рокфеллера и их коллегами и описанная в Nature Methods, обещает сделать нанотела значительно более доступными для всех видов исследований.

Нанотела можно использовать для тех же задач, что и обычные антитела, но их малый размер делает их гораздо проще выращивать в бактериальных фабриках. Они также могут проникать в труднодоступные места, закрытые для более крупных молекул.

"Нанотела обладают огромным потенциалом как универсальная и доступная альтернатива обычным антителам, но, к сожалению, современные методы представляют собой узкое место для удовлетворения спроса на них", — говорит автор исследования Майкл Раут. "Мы надеемся, что наша система сделает высокоаффинные нанотела более доступными и откроет для них множество новых возможных применений".

В первых исследованиях команда получила высокоаффинные нанотела (способные наиболее точно связываться со своими мишенями), направленные против двух флуоресцентных белков, которые биологи часто используют в качестве маркеров для визуализации активности в клетках: GFP и mCherry.

Новая система, как и существующие для получения антител, начинается с животного — в данном случае лам, содержащихся в учреждении в Коннектикуте. Ламы были выбраны потому, что производимые ими варианты антител легко модифицировать для получения нанотел, которые весят всего одну десятую часть от обычного антитела. Лам иммунизировали GFP и mCherry, заставляя их иммунную систему вырабатывать антитела против этих чужеродных белков.

"Ключевым моментом было найти относительно быстрый способ определения генетических последовательностей антител, которые связываются с мишенями с наибольшим сродством. До сих пор получение этих высокоаффинных последовательностей было чем-то вроде святого Грааля", — говорит Брайан Чейт. "Как только эти последовательности получены, легко сконструировать бактерии для массового производства антител".

Исследователи начали с создания баз данных последовательностей антител из РНК, выделенной из продуцирующих антитела клеток костного мозга лам. Затем они отобрали антитела к GFP и mCherry с самым прочным связыванием из образцов крови тех же лам и химически разрезали их на более мелкие части, оставив только антиген-связывающий участок для создания нанотел.

Затем они определили частичные последовательности аминокислот, из которых состоял белок нанотел, с помощью метода масс-спектрометрии. Используя компьютерный алгоритм "llama magic", они сопоставили состав нанотел с наивысшим сродством с исходной последовательностью РНК. Имея эту последовательность, они могли сконструировать бактерии для массового производства нанотел.

Команда использовала новые нанотела для очистки различных клеточных структур, помеченных GFP или mCherry, и визуализации этих структур in situ.

В общей сложности их процедура позволила получить 25 типов нанотел, способных точно нацеливаться на GFP, и шесть — на mCherry. Это гораздо более разнообразный набор высокоаффинных нанотел, чем обычно возможно с помощью традиционных методов.

Это изобилие открывает новые возможности. Ученые могут отбирать только лучшие из них, исключая нанотела, которые случайно вступают в перекрестную реакцию с другими молекулами, или соединять вместе два нанотела, которые присоединяются к разным участкам одной и той же молекулы-мишени, чтобы получить супервысокоаффинный димер, как продемонстрировали исследователи для нанотел к GFP. Это сверхвысокое сродство может быть мощной особенностью при доставке терапевтических или диагностических молекул, поскольку оно снизит требуемую дозу и, следовательно, уменьшит нежелательные побочные эффекты.

"Учитывая, что теперь мы можем легко идентифицировать наборы высокоаффинных нанотел, будущее для них как исследовательских инструментов, средств диагностики и терапии выглядит светлым", — говорит Раут.