Белок А - Protein A

Белок А
Белок А 1DEE 1L6X.png
Структура домена протеина A в виде трехспирального пучка, связывающегося с тяжелой вариабельной цепью VH3 человеческого Fab [1] оставили. Минимизированный белок А, связанный с Fc-фрагментом ритуксимаба.[2]
Идентификаторы
СимволСпа
SCOP21DEE / Объем / СУПФАМ

Белок А 42 кДа поверхность белок первоначально обнаружен в клеточной стенке бактерий Золотистый стафилококк. Он закодирован спа ген и его регуляция контролируется топологией ДНК, осмолярностью клетки и двухкомпонентная система называется ArlS-ArlR. Он нашел применение в биохимических исследованиях из-за его способности связывать иммуноглобулины. Он состоит из пяти гомологичных Ig-связывающих доменов, которые складываются в трехспиральный пучок. Каждый домен способен связывать белки многих видов млекопитающих, в первую очередь IgGs. Он связывает тяжелую цепь в Fc регион большинства иммуноглобулинов, а также в Fab регион в случае человеческого семейства VH3. Благодаря этим взаимодействиям в сыворотке, где молекулы IgG связаны в неправильной ориентации (относительно нормального антитело функция), бактерии нарушают опсонизация 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 преципитировала кроличьи антисыворотки против различных типов стафилококков.[4] В 1958 году Дженсен подтвердил открытие Вервея и показал, что сыворотки до иммунизации кроликов, а также нормальные сыворотки человека связываются с активным компонентом экстракта стафилококка; он обозначил этот компонент как антиген А (потому что он был обнаружен во фракции А экстракта), но думал, что это полисахарид.[5] Ошибочная классификация белка была результатом ошибочных тестов. [6] но вскоре после этого (1962 г.) Лёфквист и Сьёквист исправили ошибку и подтвердили, что антиген A на самом деле является поверхностным белком на бактериальной стенке некоторых штаммов S. aureus.[7] Группа Бергена из Норвегии назвала белок «Протеин А» в честь фракции антигена, выделенной Йенсеном.[8]

Связывание с белком А антителом

С помощью кристаллографического уточнения было показано, что первичный сайт связывания протеина A находится в области Fc, между доменами CH2 и CH3.[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 A может связываться с сильным сродством с Fc-частью иммуноглобулина определенных видов, как показано в таблице ниже.[11]

РазновидностьПодклассПривязка
ЧеловекIgAПеременная
IgDслабый или нет
IgEслабый или нет
IgG1сильный
IgG2сильный
IgG3слабый или нет
IgG4сильный
IgMПеременная
Желток птичьего яйцаIgYслабый или нет
Бычийсредний
Собачийсредний
Козелслабый или нет
морская свинкаIgG1сильный
Хомякслабый
Лошадьсредний
Коаласлабый или нет
Ламаслабый или нет
Обезьяна (резус)сильный
МышиныйIgG1слабый
IgG2асильный
IgG2от среднего до сильного
IgG3средний
IgMПеременная
Свиньяот среднего до сильного
Кроликсильный
КрысаIgG1слабый или нет
IgG2аслабый или нет
IgG2bслабый или нет
IgG3слабый
Овцаслабый или нет

Другие связывающие антитела белки

В дополнение к протеину A, другие связывающие иммуноглобулин бактериальные протеины, такие как Белок G, Белок A / G и Белок L все они обычно используются для очистки, иммобилизации или обнаружения иммуноглобулинов.

Роль в патогенезе

Как возбудитель, Золотистый стафилококк использует протеин A, наряду с множеством других протеинов и поверхностных факторов, чтобы способствовать его выживанию и вирулентности. С этой целью протеин А играет многогранную роль:

  1. Связывая Fc-часть антител, белок A делает их недоступными для опсонинов, тем самым нарушая фагоцитоз бактерий посредством атаки иммунных клеток.
  2. Белок А способствует соблюдению S. aureus к человеку фактор фон Виллебранда (vWF) -покрытые поверхности, что увеличивает инфекционность бактерий в местах проникновения через кожу.
  3. Белок А может вызвать воспаление легочной ткани, связываясь с фактор некроза опухоли 1 (TNFR-1) рецепторы. Было показано, что это взаимодействие играет ключевую роль в патогенезе стафилококковой пневмонии.
  4. Было показано, что белок А ослабляет гуморальный (опосредованный антителами) иммунитет, что, в свою очередь, означает, что люди могут повторно инфицироваться S. aureus поскольку они не могут вызвать сильный антительный ответ.
  5. Было показано, что белок А способствует образованию биопленок как в том случае, когда белок ковалентно связан со стенкой бактериальной клетки, так и в растворе.[12]

Белок А помогает подавлять поглощение фагоцитами и действует как иммунологическая маскировка. Более высокий уровень протеина А в разных штаммах S. aureus были связаны с носительством этих бактерий через нос.[13]

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

Производство

Белок А производится и очищается при промышленной ферментации для использования в иммунологии, биологических исследованиях и промышленных применениях (см. Ниже). Природный (или нативный) белок А можно культивировать в Золотистый стафилококк и содержит пять областей связывания гомологичных антител, описанных выше, и С-концевую область для прикрепления к клеточной стенке. Сегодня белок А чаще рекомбинантно продуцируется в кишечная палочка. (Brevibacillus также было показано, что он является эффективным хозяином.[15]) Рекомбинантные версии протеина А также содержат пять гомологичных связывающих доменов антител, но могут различаться в других частях структуры, чтобы облегчить связывание с пористыми субстратами.[16] Также доступны сконструированные версии белка, первой из которых был rProtein A, B4, C-CYS.[17] Спроектированные версии представляют собой мультимеры (обычно тетрамеры, пентамеры или гексамеры) одного домена, который был модифицирован для повышения удобства использования в промышленных приложениях.

Исследование

Белок А часто связан с другими молекулами, такими как флуоресцентный краситель, ферменты, биотин, коллоидное золото или радиоактивный йод без воздействия на сайт связывания антитела. Примеры, в том числе окрашивание протеином A – золотом (PAG), используется в маркировка иммунозолота, белок А, связанный с флуорофором, для иммунофлуоресценции и белок А, связанный с стыковочной цепью ДНК, для визуализации DNA-PAINT.[18] Он также широко используется в сочетании с магнитными, латексными и агароза бусы.

Белок А часто иммобилизуют на твердом носителе и используют в качестве надежного метода очистки общего IgG из сырых белковых смесей, таких как сыворотка или же асцит жидкости или в сочетании с одним из вышеуказанных маркеров для обнаружения наличия антител. Первый пример связывания протеина А с пористым шариком для очистки IgG был опубликован в 1972 году.[19] Иммунопреципитация исследования с протеином А, конъюгированным с шариками, также обычно используются для очистки протеинов или протеиновых комплексов косвенно через антитела против интересующего протеина или протеинового комплекса.

Роль в промышленной очистке антител

Эта технологическая схема показывает, как моноклональные антитела обычно очищаются в промышленных масштабах.

Первое упоминание в литературе коммерчески доступной смолы для хроматографии на протеине А появилось в 1976 году.[20] Сегодня хроматографическое разделение с использованием протеина А, иммобилизованного на пористых субстратах, является наиболее широко распространенным методом очистки моноклональные антитела (mAb) из супернатанта культуры клеток.[21] Выбор протеина 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 mAb показан справа. Несмотря на долгую историю использования хроматографии на протеине А для производства антител, этот процесс все еще совершенствуется сегодня. Непрерывная хроматография, точнее периодическая противоточная хроматография, значительно увеличивает производительность стадии очистки.

Рекомендации

  1. ^ Graille M, Stura EA, Corper AL, Sutton BJ, Taussig MJ, Charbonnier JB, Silverman GJ (май 2000 г.). «Кристаллическая структура домена A белка Staphylococcus aureus в комплексе с Fab-фрагментом человеческого IgM-антитела: структурная основа для распознавания B-клеточных рецепторов и суперантигенной активности». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 97 (10): 5399–404. Bibcode:2000PNAS ... 97.5399G. Дои:10.1073 / pnas.97.10.5399. ЧВК  25840. PMID  10805799.
  2. ^ Idusogie EE, Presta LG, Gazzano-Santoro H, Totpal K, Wong PY, Ultsch M и др. (Апрель 2000 г.). «Картирование сайта связывания C1q на ритуксане, химерном антителе с человеческим Fc IgG1». Журнал иммунологии. 164 (8): 4178–84. Дои:10.4049 / jimmunol.164.8.4178. PMID  10754313.
  3. ^ Кинер А.Б., Терлоу Л.Т., Кан С., Спидейл Н.А., Кларк С.Х., Каннион К.М. и др. (Февраль 2017). «Протеин A Staphylococcus aureus нарушает иммунитет, опосредованный долгоживущими плазматическими клетками». Журнал иммунологии. 198 (3): 1263–1273. Дои:10.4049 / jimmunol.1600093. ЧВК  5266639. PMID  28031339.
  4. ^ Verwey WF (апрель 1940 г.). «Типоспецифический антигенный белок, полученный из стафилококка». Журнал экспериментальной медицины. 71 (5): 635–44. Дои:10.1084 / jem.71.5.635. ЧВК  2135093. PMID  19870987.
  5. ^ Дженсен, К. (1958). «Нормально встречающееся антитело к стафилококку в сыворотке крови человека». Acta Pathol. Microbiol. Сканд. 44 (4): 421–428. Дои:10.1111 / j.1699-0463.1958.tb01093.x. PMID  17504410.
  6. ^ Диксон, Фрэнк Дж. (11 августа 1982 г.). ДОСТИЖЕНИЯ В ИММУНОЛОГИИ. Академическая пресса. п.158.
  7. ^ Löfkvist T, Sjöquist J (ноябрь 1962 г.). «Химический и серологический анализ препаратов антигена из золотистого стафилококка». Acta Pathologica et Microbiologica Scandinavica. 56 (3): 295–304. Дои:10.1111 / j.1699-0463.1962.tb04908.x.
  8. ^ Гров А, Миклестад Б, Уединг П. (1964). «Иммунохимические исследования антигенных препаратов из золотистого стафилококка. 1. Выделение и химическая характеристика антигена А». Acta Pathologica et Microbiologica Scandinavica. 61 (4): 588–96. Дои:10.1111 / apm.1964.61.4.588. PMID  14185494.
  9. ^ Deisenhofer J (апрель 1981 г.). «Кристаллографическое уточнение и атомные модели человеческого Fc-фрагмента и его комплекса с фрагментом B белка A из Staphylococcus aureus с разрешением 2,9 и 2,8 A». Биохимия. 20 (9): 2361–70. Дои:10.1021 / bi00512a001. PMID  7236608.
  10. ^ Сассо EH, Сильверман GJ, Манник M (сентябрь 1991). «Человеческие IgA и IgG F (ab ') 2, которые связываются со стафилококковым белком А, относятся к подгруппе VHIII». Журнал иммунологии. 147 (6): 1877–83. PMID  1909733.
  11. ^ Аффинная хроматография (PDF). Vol. 1: Антитела (AF ed.). GE Healthcare. 2016. с. 48.
  12. ^ "Швейцарский армейский нож патогена". Мелочи учтены. Получено 2016-08-25.
  13. ^ Мутукришнан Г., Куинн Г.А., Ламерс Р.П., Диаз К., Коул А.Л., Чен С., Коул А.М. (апрель 2011 г.). «Экзопротеом Staphylococcus aureus раскрывает предполагаемые факторы носительства». Журнал протеомных исследований. 10 (4): 2064–78. Дои:10.1021 / pr200029r. ЧВК  3070068. PMID  21338050.
  14. ^ Goodyear CS, Silverman GJ (май 2003 г.). «Смерть от суперантигена В-клеток: In vivo VH-нацеленная апоптотическая супраклональная делеция В-клеток стафилококковым токсином». Журнал экспериментальной медицины. 197 (9): 1125–39. Дои:10.1084 / jem.20020552. ЧВК  2193973. PMID  12719481.
  15. ^ Косуги А., JP, Ядзима К., JP (18 ноября 2014 г.), Патент США: 8889389 - Способ получения протеина А-подобного протеина с использованием бактерии рода Brevibacillus., получено 2016-08-26
  16. ^ "usp31nf26s1_c130". www.uspbpep.com. Общие главы: АТРИБУТЫ КАЧЕСТВА БЕЛКА А. Получено 2016-08-26.
  17. ^ Hober S (12 июня 2012 г.), Патент США: 8198404 - Мутировавший иммуноглобулин-связывающий белок., получено 2016-08-26
  18. ^ Schlichthaerle T, Ganji M, Auer A, Kimbu Wade O, Jungmann R (апрель 2019 г.). «Связующие антитела, полученные из бактерий, как небольшие адаптеры для микроскопии DNA-PAINT». ChemBioChem. 20 (8): 1032–1038. Дои:10.1002 / cbic.201800743. PMID  30589198.
  19. ^ Hjelm H, Hjelm K, Sjöquist J (ноябрь 1972 г.). «Белок А из золотистого стафилококка. Его выделение с помощью аффинной хроматографии и его использование в качестве иммуносорбента для выделения иммуноглобулинов». Письма FEBS. 28 (1): 73–6. Дои:10.1016 / 0014-5793 (72) 80680-X. PMID  4630462. S2CID  8733702.
  20. ^ Скварил Ф. (1976-10-01). «Вопрос о специфичности связывания подклассов человеческого IgG с протеином A-сефарозой». Иммунохимия. 13 (10): 871–872. Дои:10.1016/0019-2791(76)90188-9. PMID  12109.
  21. ^ Шукла А.А., Хаббард Б., Трессел Т., Гухан С., Низкий Д. (март 2007 г.). «Последующая обработка моноклональных антител - применение платформенных подходов». Журнал хроматографии. B, Аналитические технологии в биомедицине и науках о жизни. Производство поликлональных и моноклональных антител, очистка, аналитика процессов и продуктов. 848 (1): 28–39. Дои:10.1016 / j.jchromb.2006.09.026. PMID  17046339.
  22. ^ Лю Х.Ф., Ма Дж., Винтер К., Байер Р. (01.09.2010). «Разработка процессов восстановления и очистки для получения моноклональных антител». mAbs. 2 (5): 480–99. Дои:10.4161 / мабс.2.5.12645. ЧВК  2958570. PMID  20647768.