stringtranslate.com

Белок А

Белок А представляет собой поверхностный белок массой 42 кДа, первоначально обнаруженный в клеточной стенке бактерий Staphylococcus aureus . Он кодируется геном spa , а его регуляция контролируется топологией ДНК, клеточной осмолярностью и двухкомпонентной системой под названием ArlS-ArlR. Он нашел применение в биохимических исследованиях благодаря своей способности связывать иммуноглобулины . Он состоит из пяти гомологичных Ig-связывающих доменов, которые складываются в трехспиральный пучок. Каждый домен способен связывать белки многих видов млекопитающих, особенно IgG . Он связывает тяжелую цепь в Fc-области большинства иммуноглобулинов, а также в Fab-области в случае семейства VH3 человека. Благодаря этим взаимодействиям в сыворотке, где молекулы IgG связаны в неправильной ориентации (по отношению к нормальной функции антител ), бактерии нарушают опсонизацию и фагоцитоз . [3]

История

В качестве побочного продукта своей работы над типоспецифичными антигенами стафилококка Вервей сообщил в 1940 году, что белковая фракция, полученная из экстрактов этих бактерий, неспецифически осаждала кроличьи антисыворотки, выработанные против различных типов стафилококка. [4] В 1958 году Дженсен подтвердил открытие Вервея и показал, что сыворотка кролика перед иммунизацией, а также нормальная человеческая сыворотка связываются с активным компонентом экстракта стафилококка; он назвал этот компонент Антигеном А (поскольку он был обнаружен во фракции А экстракта), но считал, что это полисахарид. [5] Неправильная классификация белка была результатом ошибочных тестов, [6] но вскоре после этого (1962 г.) Лёфквист и Сьоквист исправили ошибку и подтвердили, что антиген А на самом деле является поверхностным белком на бактериальной стенке. некоторые штаммы S. aureus . [7] Бергенская группа из Норвегии назвала белок «Белок А» в честь фракции антигена, выделенной Йенсеном. [8]

Связывание антитела к белку А

Путем кристаллографического уточнения было показано, что первичный сайт связывания белка А находится в области Fc, между доменами CH 2 и CH 3 . [9] Кроме того, было показано, что белок А связывает молекулы человеческого IgG, содержащие фрагменты IgG F(ab')2 из семейства генов VH3 человека. [10]

Белок А может с сильным сродством связываться с Fc-частью иммуноглобулина определенных видов, как показано в таблице ниже. [11]

Другие белки, связывающие антитела

Помимо белка А, для очистки, иммобилизации или обнаружения иммуноглобулинов обычно используются другие бактериальные белки, связывающие иммуноглобулины, такие как белок G , белок A/G и белок L.

Роль в патогенезе

В качестве патогена Staphylococcus aureus использует белок А, а также множество других белков и поверхностных факторов, чтобы способствовать его выживанию и вирулентности. С этой целью белок А играет многогранную роль:

  1. Связывая Fc-часть антител, белок А делает их недоступными для опсонинов, тем самым ухудшая фагоцитоз бактерий посредством атаки иммунных клеток.
  2. Белок А облегчает прикрепление S. aureus к поверхностям, покрытым фактором фон Виллебранда (vWF), тем самым увеличивая инфекционность бактерий в месте проникновения через кожу.
  3. Белок А может воспалять легочную ткань, связываясь с рецепторами фактора некроза опухоли 1 (TNFR-1). Показано, что это взаимодействие играет ключевую роль в патогенезе стафилококковой пневмонии.
  4. Было показано, что белок А наносит вред гуморальному (опосредованному антителами) иммунитету, что, в свою очередь, означает, что люди могут повторно заражаться S. aureus , поскольку они не могут вызвать сильный ответ антител.
  5. Было показано, что белок А способствует образованию биопленок как когда белок ковалентно связан со стенкой бактериальной клетки, так и в растворе. [12]

Белок А помогает ингибировать поглощение фагоцитов и действует как иммунологическая маскировка. Более высокие уровни белка А в различных штаммах S. aureus связаны с назальным носительством этой бактерии. [13]

Мутанты S. aureus, лишенные белка А, более эффективно фагоцитируются in vitro, а мутанты в моделях инфекции имеют пониженную вирулентность. [14]

Производство

Белок А производится и очищается в ходе промышленной ферментации для использования в иммунологии, биологических исследованиях и промышленном применении (см. ниже). Природный (или нативный) белок А можно культивировать в Staphylococcus aureus , и он содержит пять гомологичных областей связывания антител, описанных выше, и С-концевую область для прикрепления к клеточной стенке. Сегодня белок А чаще всего производится рекомбинантно в Escherichia coli . ( Также было показано, что Brevibacillus является эффективным хозяином. [15] ). Рекомбинантные версии белка А также содержат пять гомологичных связывающих доменов антител, но могут варьироваться в других частях структуры, чтобы облегчить связывание с пористыми субстратами. [16] Также доступны инженерные версии белка, первой из которых был rProtein A, B4, C-CYS. [17] Разработанные версии представляют собой мультимеры (обычно тетрамеры, пентамеры или гексамеры) с одним доменом, которые были модифицированы для повышения удобства использования в промышленных целях.

Исследовать

Белок А часто соединяется с другими молекулами, такими как флуоресцентный краситель , ферменты , биотин , коллоидное золото или радиоактивный йод, не затрагивая сайт связывания антитела. Примеры, включающие окрашивание белок А-золотом (PAG), используется при мечении иммунозолотом , белок A, связанный с флуорофором, для иммунофлуоресценции и белок A, связанный со стыковочной цепью ДНК, для визуализации ДНК-PAINT. [18] Он также широко используется в сочетании с магнитными, латексными и агарозными шариками.

Белок А часто иммобилизуют на твердой подложке и используют в качестве надежного метода очистки общего IgG от смесей сырых белков, таких как сыворотка или асцитическая жидкость, или в сочетании с одним из вышеуказанных маркеров для обнаружения присутствия антител. Первый пример соединения белка А с пористыми шариками для очистки IgG был опубликован в 1972 году. [19] Исследования иммунопреципитации с белком А, конъюгированным с шариками, также обычно используются для очистки белков или белковых комплексов косвенно через антитела против белка или белка. комплекс интересов.

Роль в промышленной очистке антител

На этой технологической схеме показано, как обычно очищают моноклональные антитела в промышленном масштабе.

Первое упоминание в литературе о коммерчески доступной хроматографической смоле с белком А появилось в 1976 году. [20] Сегодня хроматографическое разделение с использованием белка А, иммобилизованного на пористых подложках, является наиболее широко распространенным методом очистки моноклональных антител (мАт) из супернатанта культуры клеток. . [21] Выбор белка А в качестве предпочтительного метода обусловлен высокой чистотой и выходом, которые легко и надежно достигаются. Это формирует основу для общей «платформы» очистки антител, которая упрощает производственные операции и сокращает время и усилия, необходимые для разработки процессов очистки. [22] Типичный процесс очистки моноклональных антител показан справа. Несмотря на долгую историю хроматографии белка А для производства антител, этот процесс все еще совершенствуется. Непрерывная хроматография, точнее периодическая противоточная хроматография , значительно повышает производительность стадии очистки.

Рекомендации

  1. ^ Грайль М., Стура Э.А., Корпер А.Л., Саттон Б.Дж., Тауссиг М.Дж., Шарбонье Дж.Б., Сильверман Г.Дж. (май 2000 г.). «Кристаллическая структура домена белка А Staphylococcus aureus в комплексе с Fab-фрагментом человеческого антитела IgM: структурная основа для распознавания рецепторов B-клеток и активности суперантигена». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (10): 5399–404. Бибкод : 2000PNAS...97.5399G. дои : 10.1073/pnas.97.10.5399 . ПМК  25840 . ПМИД  10805799.
  2. ^ Идусоги Э.Э., Преста Л.Г., Газзано-Санторо Х., Тотпал К., Вонг П.Ю., Ульч М. и др. (апрель 2000 г.). «Картирование сайта связывания C1q на ритуксане, химерном антителе с Fc человеческого IgG1». Журнал иммунологии . 164 (8): 4178–84. дои : 10.4049/jimmunol.164.8.4178 . ПМИД  10754313.
  3. ^ Кинер А.Б., Терлоу Л.Т., Канг С., Спайдейл Н.А., Кларк Ш., Каннион К.М. и др. (февраль 2017 г.). «Белок А Staphylococcus aureus нарушает иммунитет, опосредованный долгоживущими плазматическими клетками». Журнал иммунологии . 198 (3): 1263–1273. doi : 10.4049/jimmunol.1600093. ПМК 5266639 . ПМИД  28031339. 
  4. ^ Вервей В.Ф. (апрель 1940 г.). «Типспецифический антигенный белок, полученный из стафилококка». Журнал экспериментальной медицины . 71 (5): 635–44. дои : 10.1084/jem.71.5.635. ПМК 2135093 . ПМИД  19870987. 
  5. ^ Дженсен, К. (1958). «Обычно встречающиеся антитела к стафилококку в сыворотке человека». Акта Патол. Микробиол. Скан . 44 (4): 421–428. doi :10.1111/j.1699-0463.1958.tb01093.x. ПМИД  17504410.
  6. ^ Диксон, Фрэнк Дж. (11 августа 1982 г.). ДОСТИЖЕНИЯ ИММУНОЛОГИИ . Академическая пресса. п. 158. ИСБН 9780120224333.
  7. ^ Лёфквист Т, Сьоквист Дж (ноябрь 1962 г.). «Химический и серологический анализ препаратов антигенов золотистого стафилококка». Acta Pathologica et Microbiologica Scandinavica . 56 (3): 295–304. doi :10.1111/j.1699-0463.1962.tb04908.x.
  8. ^ Гров А, Миклестад Б, Одинг П (1964). «Иммунохимические исследования антигенных препаратов золотистого стафилококка. 1. Выделение и химическая характеристика антигена А». Acta Pathologica et Microbiologica Scandinavica . 61 (4): 588–96. дои : 10.1111/ап.1964.61.4.588. ПМИД  14185494.
  9. ^ Дайзенхофер Дж (апрель 1981 г.). «Кристаллографическое уточнение и атомные модели фрагмента Fc человека и его комплекса с фрагментом B белка А Staphylococcus aureus при разрешении 2,9 и 2,8 А». Биохимия . 20 (9): 2361–70. дои : 10.1021/bi00512a001. ПМИД  7236608.
  10. ^ Сассо Э.Х., Сильверман Г.Дж., Манник М. (сентябрь 1991 г.). «Человеческие IgA и IgG F(ab')2, которые связываются со стафилококковым белком А, относятся к подгруппе VHIII». Журнал иммунологии . 147 (6): 1877–83. doi : 10.4049/jimmunol.147.6.1877 . PMID  1909733. S2CID  35812099.
  11. ^ Аффинная хроматография (PDF) . Том. 1: Антитела (ред. AF). Компания GE Healthcare. 2016. с. 48.
  12. ^ "Швейцарский армейский нож патогена" . Учтены мелочи . Проверено 25 августа 2016 г.
  13. ^ Мутукришнан Г., Куинн Г.А., Ламерс Р.П., Диас С., Коул А.Л., Чен С., Коул А.М. (апрель 2011 г.). «Экзопротеом Staphylococcus aureus выявляет предполагаемые детерминанты назального носительства». Журнал исследований протеома . 10 (4): 2064–78. дои :10.1021/pr200029р. ПМК 3070068 . ПМИД  21338050. 
  14. ^ Goodyear CS, Сильверман GJ (май 2003 г.). «Смерть от суперантигена В-клеток: апоптозная супраклональная делеция В-клеток, направленная на VH, стафилококковым токсином in vivo». Журнал экспериментальной медицины . 197 (9): 1125–39. дои : 10.1084/jem.20020552. ПМК 2193973 . ПМИД  12719481. 
  15. ^ Косуги А., JP, Ядзима К., JP (18 ноября 2014 г.), Патент США: 8889389 - Способ получения белка, подобного белку А, с использованием бактерий рода Brevibacillus , получено 26 августа 2016 г.
  16. ^ "usp31nf26s1_c130". www.uspbpep.com . Общие главы: КАЧЕСТВЕННЫЕ АТРИБУТЫ БЕЛКА А. Проверено 26 августа 2016 г.
  17. ^ Хобер С. (12 июня 2012 г.), Патент США: 8198404 - Мутировавший белок, связывающий иммуноглобулин , получено 26 августа 2016 г.
  18. ^ Шлихтаерле Т., Ганджи М., Ауэр А., Кимбу Вейд О., Юнгманн Р. (апрель 2019 г.). «Связующие антитела бактериального происхождения как небольшие адаптеры для микроскопии ДНК-КРАСКИ». ХимБиоХим . 20 (8): 1032–1038. дои : 10.1002/cbic.201800743. hdl : 21.11116/0000-0003-E68E-A . PMID  30589198. S2CID  58547594.
  19. ^ Хьельм Х, Хьельм К, Сьоквист Дж (ноябрь 1972 г.). «Белок А из Staphylococcus aureus. Его выделение методом аффинной хроматографии и использование в качестве иммуносорбента для выделения иммуноглобулинов». Письма ФЭБС . 28 (1): 73–6. дои : 10.1016/0014-5793(72)80680-X . PMID  4630462. S2CID  8733702.
  20. ^ Скварил, Ф. (1 октября 1976). «Вопрос специфичности связывания подклассов IgG человека с белком А-сефарозой». Иммунохимия . 13 (10): 871–872. дои : 10.1016/0019-2791(76)90188-9. ПМИД  12109.
  21. ^ Шукла А.А., Хаббард Б., Трессел Т., Гухан С., Лоу Д. (март 2007 г.). «Последующая обработка моноклональных антител - применение платформенных подходов». Журнал хроматографии. Б. Аналитические технологии в биомедицине и науках о жизни . Производство, очистка, процесс и анализ продуктов поликлональных и моноклональных антител. 848 (1): 28–39. дои : 10.1016/j.jchromb.2006.09.026. ПМИД  17046339.
  22. ^ Лю Х.Ф., Ма Дж., Винтер С., Байер Р. (01.09.2010). «Разработка процесса восстановления и очистки для производства моноклональных антител». МАБ . 2 (5): 480–99. дои : 10.4161/mabs.2.5.12645. ПМЦ 2958570 . ПМИД  20647768.