Das Salk-Team enthüllt eine noch nie dagewesene Antikörperbindung, die sowohl Einfluss auf Leberkrebs als auch auf das Antikörperdesign hat

Das Salk-Team enthüllt eine noch nie dagewesene Antikörperbindung, die sowohl Einfluss auf Leberkrebs als auch auf das Antikörperdesign hat

Die institutsübergreifende Zusammenarbeit nutzt Röntgenkristallographie und rekombinante Antikörper, um die Funktionsweise eines schwer fassbaren Moleküls aufzudecken, das für die menschliche Gesundheit von zentraler Bedeutung ist

LA JOLLA – In der Strukturbiologie sind manche Moleküle so ungewöhnlich, dass sie nur mit einzigartigen Werkzeugen erfasst werden können. Genau so definierte ein multiinstitutionelles Forschungsteam unter der Leitung von Salk-Wissenschaftlern, wie Antikörper eine Verbindung namens Phosphohistidin erkennen können – ein äußerst instabiles Molekül, das nachweislich bei einigen Krebsarten wie Leber- und Brustkrebs sowie Neuroblastomen eine zentrale Rolle spielt .

Diese Erkenntnisse bereiten die Forscher nicht nur auf fortgeschrittenere Studien zu Phosphohistidin und seiner potenziellen Rolle bei Krebs vor, sondern ermöglichen es Wissenschaftlern auch, die Form und den atomaren Aufbau der Bindungsstellen der Antikörper zu manipulieren, um in Zukunft noch effizientere Antikörper zu entwickeln . Die Studie wurde im veröffentlicht Proceedings of the National Academy of Sciences im Februar 5.

„Wir freuen uns, dass diese neuen Antikörperstrukturen neue Prinzipien der Antigenbindung offenbaren. Jetzt können wir diese Antikörper neu gestalten und ihre Eigenschaften so verändern, dass sie effizienter sind“, sagt er Tony Jäger, Renato Dulbecco-Vorsitzender und Professor der American Cancer Society in Salk und leitender Autor des Artikels. „Diese Arbeit könnte auch anderen Wissenschaftlern Phosphohistidin-Antikörper liefern, die besser zu ihren Forschungszwecken passen.“

Aminosäuren werden in präziser Reihenfolge zu Proteinen zusammengefügt, und mehrere von ihnen können chemische Umwandlungen durchlaufen, die die Aktivität des Proteins zum Guten oder Schlechten verändern können. Eine solche Umwandlung ist ein Prozess namens Phosphorylierung, bei dem eine Verbindung namens Phosphat an eine Aminosäure angehängt wird, wodurch sich ihre Form und Ladung ändert. Zuvor zeigte Hunter, dass die Phosphorylierung der Aminosäure Tyrosin das Fortschreiten von Krebs vorantreiben kann, eine Entdeckung, die zu zahlreichen Krebsmedikamenten führte. In jüngerer Zeit richtete Hunter seine Aufmerksamkeit auf die Phosphorylierung der Aminosäure Histidin (die Phosphohistidin erzeugt) und vermutete, dass der Prozess auch bei menschlichen Krankheiten eine Rolle spielen könnte.

Hunter entwickelte eine Reihe von Antikörpern, die in Proteinen an Phosphohistidin binden können, und verwendete chemisch stabilisierte Phosphohistidin-Analoga, um eine Reihe monoklonaler Antikörper zu entwickeln, die diese Formen erkennen konnten. Der nächste Schritt bestand darin, genau zu verstehen, wie die Antikörper an Phosphohistidin binden können. Dies veranlasste Hunter zur Zusammenarbeit mit Ian Wilson, dem Hansen-Professor für Strukturbiologie am Scripps Research Institute und einem weltweit anerkannten Experten für die Verwendung der Proteinkristallographie zur Definition von Antikörperstrukturen, um die Strukturen der Phosphohistidin-Antikörper zu untersuchen.

„Mein langjähriger Kollege Tony und ich arbeiten seit sieben Jahren an diesem Projekt zusammen“, sagt Wilson. „Wir haben neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie sich Antikörper entwickeln können, um an Proteine ​​gebundene Phosphate zu erkennen, was sehr zufriedenstellend ist.“

Um herauszufinden, wie Phosphohistidin erkannt wird, mussten sie ihre Antikörper beim Binden des Phosphohistidins abbilden und bildeten so Kristalle zwischen jedem Antikörper, der an ein Phosphohistidinpeptid gebunden war.

„Um die molekularen Wechselwirkungen zwischen den Antikörpern und Phosphohistidin zu verstehen, mussten wir sie sehr detailliert untersuchen“, sagt Erstautor Rajasree Kalagiri, ein Salk-Postdoktorand und Experte für Röntgenkristallographie. „Sobald wir die Antikörper zur Bildung von Kristallen hatten, bombardierten wir diese Kristalle mit Röntgenstrahlen, um ein Beugungsmuster zu erhalten. Anschließend haben wir Methoden angewendet, die das Beugungsmuster in eine dreidimensionale Elektronendichtekarte umwandeln, mit deren Hilfe wir dann die atomare Struktur der Antikörper erkennen konnten.“

Die beiden vom Team gelösten Arten von Antikörperkristallstrukturen zeigten genau, wie verschiedene Aminosäuren um das Phosphohistidin herum angeordnet sind, um es fest zu binden. Ihre fünf Strukturen verdoppeln mehr als die Anzahl der zuvor berichteten phosphospezifischen Antikörperstrukturen und geben Einblicke in die Art und Weise, wie Antikörper sowohl das Phosphat als auch das verknüpfte Histidin erkennen. Sie zeigen auch auf struktureller Ebene, wie die beiden Antikörpertypen unterschiedliche Formen von Phosphohistidin erkennen, und dies wird es den Wissenschaftlern in Zukunft ermöglichen, verbesserte Antikörper zu entwickeln.​

Weitere Autoren der Studie waren Jill Meisenhelder und Stephen R. Fuhs von Salk; Robyn Stanfield vom Scripps Research Institute; und James J. La Clair von der University of California San Diego.

Diese Arbeit wurde vom National Cancer Institute der National Institutes of Health finanziert; der Leona M. und Harry B. Helmsley Charitable Trust; und das Skaggs Institute for Chemical Biology am Scripps Research Institute.

DOI: X