作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 设计的蛋白质将抗体组装成大型对称结构
设计的抗体聚集蛋白(浅灰色)将抗体(紫色)组装成不同的纳米笼结构(顶部)
与游离抗体相比，抗体纳米笼增强了细胞信号传导(底部)
学分:理科，doi:10
1126/科学
abd9994 在现在发表在《科学》杂志上的一份新报告中，罗比·迪伦和华盛顿大学生物化学、再生医学、疫苗和传染病系的跨学科研究小组
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伊朗德黑兰医学大学医学院进行了纳米胶囊的计算设计，将抗体组装成精确的结构
在构建过程中，一种结构成分形成抗体或Fc-配体融合体，而第二种设计形成抗体结合的均聚物以驱动具有不同价态和对称性的纳米笼组装体
该小组假设这一过程也可以增加伪病毒的中和作用；严重急性呼吸综合征冠状病毒-2 (SARS-COV-2)通过α- SARS-COV-2单克隆抗体和Fc-血管紧张素转换酶2 (ACE-2)融合蛋白
医学研究中的抗体 特异性结合目标的抗体在生物医学研究和医学中发挥着重要作用
研究人员可以通过基因连接抗体片段来产生抗体簇，以改善信号传递
目前很难形成具有各种精确结构和效价的抗体组件
在这部作品中，神性等人
通过计算设计的蛋白质，将抗体组装成具有不同价态和对称性的精确结构
研究小组假设，这种设计可以将任意抗体强有力地驱动到同质的、结构明确的纳米笼中，从而对细胞信号产生显著的影响
研究人员设计了蛋白质来驱动任意抗体组装成具有明确结构的对称组件
为此，他们将包含抗体Fc结合结构域、螺旋重复接头和环状寡聚体形成模块的三种“构件”单元刚性融合在一起
在其结构中，Fc-结合单元与C2抗体二聚体一起定位，环状均聚物在纳米笼中形成第二个环状对称轴，螺旋重复连接器以正确的方向连接抗体和环状均聚物对称轴，形成被称为AbCs的抗体纳米笼
抗体纳米胶囊(AbC)设计
指定了多面体几何
从左上方顺时针:显示二十面体、二面体、八面体和四面体几何图形
(2)来自hIgG1的抗体Fc模型与C2轴之一对齐(在本例中，显示了D2二面体)
抗体Fc-结合物融合到螺旋重复接头上，然后再融合到螺旋环状寡聚体的单体亚基上
对建筑砌块和建筑砌块接合处的所有组合进行取样(灰色阴影底部插图；括号中的数字指的是可用的构件的数量)
(四)检查三边融合，以确保C2 Fc对称轴与多面体结构的对称轴成功对齐(在此处显示的D2对称的情况下，C2轴必须以90度角相交)
通过几何标准的融合随着侧链的重新设计而向前推进，例如，氨基酸被优化以确保核心包装残基是非极性的和紧密包装的，并且暴露于溶剂的残基是极性的
(6)设计的形成AbC的寡聚体通过细菌表达、纯化，并与抗体Fc或IgG组装在一起
学分:理科，doi:10
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abd9994 实验 为了形成抗体笼(ABc)-设计
使用螺旋间隔结构域将抗体恒定结构域结合分子刚性融合到环状寡聚体上
他们通过螺旋间隔结构域促进了该过程，使得二聚抗体和环状寡聚体的对称轴可以位于产生不同二面角或多面体结构的取向上
科学家们优化了连接的积木之间的连接区域，以折叠成设计的结构
融合方法依赖于大组构建块，每个构建块具有许多可能的融合位点作为严格的几何标准，以形成期望的对称架构
该团队使用抗体笼设计的计算方法来生成二面角、四面体、八面体和二十面体抗体，并使用命名惯例来描述最终的纳米笼结构
Divine等人
接下来在大肠杆菌的细菌培养物中表达编码设计的合成基因
例如，成功的设计包括D-2十面体(三种设计)、T-32(一种设计)和152二十面体(两种设计)结构，分别包含两种、六种、十二种或三十种抗体
他们使用小角x光散射和电子显微镜来表征Fc AbCs
重构的纳米笼与计算设计模型非常吻合
为了评估纳米笼的稳定性
使用动态光散射读数来获得令人鼓舞的稳定性，以便下一步对其生物影响进行表征
作业成本法的结构特征
(一)设计模型，用抗体Fc(紫色)和设计的AbC形成寡聚体(灰色)
(二)通过混合设计和Fc(黑色)与灰色(设计)或紫色(Fc)的单个组件形成的代表性装配的SEC痕迹的覆盖层
插图中有无参考的2D平均等级的电磁图像；除o42设计外，所有数据均来自NS-EM
1和i52
3(低温电磁)
相同设计的抗体笼与完整的人IgG1(两个Fab区完整)组装在一起的无参考的2D类平均值的秒(D)和毫微秒-电子显微镜代表性显微照片
在(C)和(E)所示的所有电镜情况下，首先通过SEC纯化组装体，将对应于最左侧峰的部分合并并用于成像，以去除任何过量的设计或免疫球蛋白组分
比例尺，200纳米
学分:理科，doi:10
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abd9994 对细胞信号的影响 设计的抗体库提供了一个通用的平台来理解受体结合的化合价和几何结构对信号通路激活的影响
在这项工作中开发的AbC方法形成的广泛的受体结合抗体和天然配体使得几乎任何途径的受体亚单位结合的几何形状和化合价对细胞信号的影响成为可能
为了探索这种方法的实用性
将针对多种信号通路的抗体或Fc-配体融合体组装到抗体笼中，并研究它们对信号的影响
例如，由死亡受体靶向抗体形成的抗原决定簇诱导肿瘤细胞系的凋亡(细胞死亡)，迄今为止这些细胞系不受可溶性抗体或天然配体的影响
此外，Fc融合体或抗体在AbCs中的组装，增强了血管生成素通路信号、CD40信号和T细胞增殖
AbC的形成进一步使得体外伪病毒的中和成为可能，例如严重急性呼吸综合征冠状病毒2
用Fc形成的ABc的三维重建
每个AbC的计算设计模型(卡通表示)适合从EM实验确定的3D密度
沿着未被占据的对称轴(左)观察每个纳米笼，并旋转以向下观察由Fc占据的其中一个C2对称轴(右)
o42的三维重建
1和i52
3个来自低温电磁分析，其他的都来自核磁共振
学分:理科，doi:10
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abd9994 前景 这项工作中详述的方法，超越了先前的计算设计努力，创造了整合形式和功能的蛋白质纳米材料
因此，抗体使用抗体作为结构和功能组件，以实现广泛的几何形状和方向
这种策略适用于设计具有由病毒糖蛋白组装的纳米笼的疫苗，该疫苗使用终止于糖蛋白结合域的组分来最大化活性位点的接近度
通过这种方式，罗比·迪维和他的同事设计了多种抗体笼形成蛋白，通过控制化合价和几何形状，将任何结合蛋白的抗体精确地聚集到纳米笼中
研究小组在抗体库中使用了2、6、12或30种抗体，只需将抗体与相应的设计蛋白混合，无需额外的共价修饰
科学家们在抗体库中添加了受体结合或病毒中和抗体，以增强它们在不同细胞系统中的生物活性
该团队预计这种无需共价修饰就能在有序纳米笼中快速组装抗体的结果将在研究和医学领域得到广泛应用
干细胞激活凋亡和血管生成信号通路
在RCC4肾癌细胞中，胱天蛋白酶-3/7由与-DR5抗体形成的抗体激活，而不是由游离抗体激活
(C和D)a-DR5 ABc(C)，但不是Fc AbC对照(D)，在治疗后4天降低细胞活力
(五)治疗后6天，抗-DR5抗体降低生存能力
(F和G) o42
1 a-DR5 AbCs增强PARP切割，这是凋亡信号的标志；是相对于PBS对照的(F)的量化
血管生成素-1的氟结构域融合到Fc上，组装成八面体(o42
1)和二十面体(i52
3)基础知识
(1)有代表性的蛋白质印迹显示A1F-Fc AbCs，而不是对照，增加pAKT和pERK1/2信号
(J)量化(I): pAKT量化标准化为o42
1 A1F-Fc信号(PBS控制中没有pAKT信号)；pERK1/2被标准化为PBS
(K) A1F-Fc AbCs在72小时后增加血管稳定性
(左)与PBS相比的血管稳定性的量化
(右)代表性图像；比例尺，100 mm
所有误差线代表平均值；使用方差分析和邓尼特事后检验比较平均值(表S8和S9)
*P ≤ 0
05;**P ≤ 0
01;***P ≤ 0
001;****P ≤ 0
0001学分:理科，doi:10
1126/科学
abd9994
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