Блог

Jan 03, 2024

Разработка агонистов рецепторов с улучшенной фармакокинетикой путем прививки макроциклических пептидов в кристаллизующиеся фрагменты областей.

Природная биомедицинская инженерия

Nature Biomedical Engineering, том 7, страницы 164–176 (2023 г.) Процитировать эту статью

6603 Доступа

2 цитаты

444 Альтметрика

Подробности о метриках

Короткий период полураспада в кровообращении и плохой транспорт через гематоэнцефалический барьер ограничивают полезность цитокинов и факторов роста, действующих в качестве агонистов рецепторов. Здесь мы показываем, что агонисты суррогатных рецепторов с более длительным периодом полураспада в кровообращении и повышенной скоростью транспорта через гематоэнцефалический барьер могут быть получены путем генетической вставки фармакофоров макроциклических пептидов в структурные петли фрагмента кристаллизующейся (Fc) области человеческого иммуноглобулина. Мы использовали такой подход «лассо-прививки», который сохраняет уровни экспрессии области Fc и ее сродство к неонатальному рецептору Fc, для создания белковых каркасов на основе Fc с макроциклическими пептидами, связывающимися с рецепторной тирозиновой протеинкиназой Met. Агонисты Met димеризовали Met, вызывая биологические реакции, аналогичные тем, которые индуцируются его природным лигандом. Кроме того, лассо-прививка Fc-области мышиного антитела против рецептора трансферрина с Met-связывающими макроциклическими пептидами усиливала накопление полученных Met-агонистов в паренхиме головного мозга мышей. Прививка лассо может позволить создать дизайнерские белковые терапевтические средства с повышенной стабильностью и фармакокинетикой.

Клиническое использование цитокинов и факторов роста в качестве терапевтических средств было одобрено Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США1,2, а их потенциальное применение в новых областях, таких как нейрогенез и восстановление мозга3,4, является предметом интенсивных исследований. Однако присущие им структурные свойства затрудняют их разработку для улучшения физико-химической стабильности и фармакокинетики, в частности, для лучшего периода полураспада или проникновения через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Существующие методы, которые контролируют фармакокинетику белковых терапевтических средств, включают конъюгацию и слияние поли(этиленгликоля) с фрагментом кристаллизующейся (Fc) области иммуноглобулина5,6,7 для продления периода их полураспада; и слияние с Fab антитела против рецептора трансферрина (TfR) для усиления их проникновения через ГЭБ8,9,10. Однако степень, в которой эти методы могут улучшить фармакокинетику белков без негативного влияния на их биоактивность, зависит от свойств каждого белка5,6,7,8. Чтобы преодолеть присущие цитокинам и факторам роста структурные ограничения, был достигнут прогресс в разработке суррогатных агонистов, которые структурно не связаны с нативными лигандами11,12. Несмотря на эти недавние достижения, остается большая неудовлетворенная потребность в более надежных и универсальных методах разработки белковых терапевтических средств с желаемой физико-химической стабильностью и фармакокинетикой.

Макроциклические пептиды стали новым многообещающим классом кандидатов в лекарственные средства, обладающим рядом желательных свойств, таких как аффинность и специфичность связывания, подобные антителам13,14, способность нацеливаться на уникальные химические пространства15,16,17,18 и эффективное открытие посредством как рационального /Вычислительный дизайн и дисплей in vitro18,19,20,21. В целом макроциклические пептиды проявляют большее сродство к мишеням, чем линейные пептиды, из-за их ограниченной циклической структуры. Интригующей возможностью расширения применимости этих макроциклических пептидов является их «приживление» на белковые каркасы, позволяющие создавать функциональные комбинации пептида и белка18,22,23,24,25,26. Однако прививка пептидов, идентифицированных de novo, к петлям белка является сложной задачей из-за потенциального неправильного сворачивания как привитого пептида, так и белка-хозяина26.

Разработка системы RaPID (обнаружение случайных нестандартных пептидов), которая объединяет отображение информационной РНК и перепрограммирование генетического кода, позволила открыть циклизованные макроциклические пептиды на основе тиоэфиров с исключительной специфичностью связывания против белков-мишеней16,17,18. В предыдущих исследованиях мы показали, что фармакофорные последовательности, полученные из RaPID, можно легко имплантировать в открытые на поверхности петли белков и поддерживать как функции гостевого пептида, так и белка-хозяина, что мы назвали «лассо-прививкой»27,28,29 . Наблюдаемая исключительная совместимость при прививке, вероятно, обусловлена ​​внутренним свойством фармакофорных мотивов самосворачиваться в конформацию, связывающуюся с мишенью, подобную родительскому макроциклу, даже в контексте несвязанной петлевой структуры каркасных белков18,30.