Абзим

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Абзи́м (від слів «антитіло» / англ. antibody і «ензим»), також відомий як катмаб (від слів «каталітичне моноклональне антитіло»), — моноклональне антитіло з каталітичною активністю. Абзими зазвичай є штучно створеними конструкціями, але також знайдені в хворих на аувтоімунні патології,де вони можуть зв’язувати і гідролізувати ДНК чи білки. Абзими — потенційні інструменти в біотехнології, наприклад, для виконання певних селективних дії з ДНК.

Історія створення абзимів[ред.ред. код]

Створення абзимів пов’язано з поглибленням знань про ензиматичний каталіз та розвитком методу гібридомної технології. Гіпотеза Лайнуса Пойлінга (1946-й рік) про відповідність активного центру ензиму перехідному стану[1] була інтерпретована Дженксом (Jencks), як можливість створення антитіл, отриманих у результаті імунної відповіді на хімічностабільні аналоги перехідного стану, з каталітичною активністю[2].

Вперше дані про успішне створення антитіл зі здатністю здійснювати ензиматичний каталіз були опубліковані у 1986-му році незалежно двома групами вчених на чолі з Річардом Лернером (Lerner[3]. ) та Пітером Шультцом (Schultz[4]. ). Починаючи з 1986-го року, методом імунізації хімічностабільними аналогами перехідного стану отримано абзими до понад ста різних реакцій. Абзими здатні значно пришвидшувати швидкість хімічних реакцій, водночас не завжди є конкурентоздатними аналогами природніх ензимів у біохімічних реакціях.

Принцип функціонування абзиму[ред.ред. код]

Функціонування абзиму базується на відборі властивостей характерних активному центру ензиму та антитіла:

Порівняння активних центрів антитіла та ензиму
АНТИТІЛО
ЕНЗИМ
активний центр існує задовго до взаємодії з субстратом активний центр формується при взаємодії з субстратом
міцне зв'язування для видалення субстрату слабке зв'язування для здійснення власне каталізу


Ензими функціонують шляхом пониженням енергії активації перехідного стану, таким чином каталізуючи утворення більш сприятливої молекулярної проміжної ланки між реагентами і продуктами. Якщо антитіло створене до стійкої молекули, яка подібна нестійкому перехідному стану реакції, таке антитіло буде ензиматично зв’язувати і стабілізовати проміжний стан, таким чином каталізуючи реакцію. Отже, абзими отримують від ензимів здатність до каталізу, а від антитіл високу специфічність щодо субстрату.

Методи індукції синтезу абзимів[ред.ред. код]

Рисунок 1. Імунізація хімічностабільним аналогом перехідного стану

Імунізація хімічностабільним аналогом перехідного стану[ред.ред. код]

Створення абзиму з активним центром, комплементарним перехідному стану ензиматичної реакції, довго не вдавалось реалізувати через нестабільність перехідного стану. Підбір хімічностабільних аналогів перехідного стану певної реакції дозволив використовувати їх для продукції антитіл з конкретною ензиматичною активністю.
Наприклад, для ферохелатази, яка бере участь у синтезі гему та відповідає за включення йону заліза у протопорфірин хімічностабільним аналогом перехідного стану є інгібітор ензиму – N-метилпротопорфірин. Отримані цим методом абзими з ферохелатазною активністю є менш активними у порівняні з природнім ензимом у десять раз.
Цим методом були отримані абзими здатні здійснювати реакції циклізації[5] , декарбоксилювання[6], утворення лактонів[7], розрізання фототимідинових димерів та абзими з пероксидазною активністю[8].

Рисунок 2. Маніпуляції з ідіотипною мережею

Маніпуляції з ідіотипною мережею[ред.ред. код]

Метод засновано на теорії ідіотипної мережі, висунутій Нільсом Ерне у 1974-му році. Суть теорії полягає у тому, що імунізація тварини антигеном веде до продукції першого покоління антитіл (АТ1) з варіабельними ділянками комплементарними антигену, імунізація ж тварин цими варіабельними ділянками АТ1 індукує продукцію антитіл другого покоління (АТ2), варіабельні ділянки яких відображають поверхю антигених епітопів. Якщо у якості антигену брати активний центр ензиму, тоді варіабельні ділянки антитіла другого покоління, відповідаючи активному центру ензиму, будуть здатні здійснювати ензиматичний каталіз.
Цим методом були отримані абзими з естеразною[9], амідазною[10], карбоксипептидазною[11], протеазною активностями[12].


Імунізація антигенами з ковалентно зшитими залишками фосфорної кислоти[ред.ред. код]

Рисунок 3. Імунізація антигенами з ковалентно зшитими залишками фосфорної кислоти

Залишок фосфорної кислоти використовується для відбору серед антитіл саме абзимів. Ця властивість базується на тому, що фосфорна кислота здатна зв’язувати нуклеофільні залишки в активних центрах абзимів. Тварина імунізується цільовим антигеном, до котрого ковалентним зв’язком приєднано залишок фосфорної кислоти, після чого ведеться відбір абзимів. Цим методом групою вчених на чолі з Паул (Paul) були отримані абзими проти глікопротеїну вірусу імунодефіциту людиниgp120[13]. Також чим методом були отримані абзими проти бета-амілодного пептиду[14].

Відбір абзимів за аутоімуних патологій[ред.ред. код]

У мишей з аутоімуними патологіями були знайдені абзими, що здійснювали хімічні перетворення таких субстратів: вазоативного інтерстеціального пептиду, рецептору на поверхні ВІЛ CCR5]][15], уреази Helicobacter pylori[16].

Створення абзимів спрямованим мутагенезом[ред.ред. код]

Введення амінокислотних залишків, що беруть участь у ензиматичному каталізі, у варіабельні ділянки антитіл сайт-спрямованим мутагенезом дає можливість створення абзимів. Група вчених на чолі з Флетчер (Fletcher) створили таким чином абзими з РНК-азною активністю спецефічною до певних послідовностей РНК. Також цим методом були отримані абзими з протеазною активністю [17].

Абзими, за патологічних станів[ред.ред. код]

Найчастіше появу абзимів спостерігають при автоімуних захворюваннях, при цьому розрізняють протабзими (абзими з протеолітичною активністю) та ДНК-абзими (абзими з ДНКазною активністю). ДНК-абзими найчастіше зустрічаються у хворих ревматоїдним артритом та системним червоним вівчаком. ДНК-абзими залучені у розвитку апоптичної загибелі клітини за рахунок взаємодії з рецепторами на поверхні клітини, а також мають прямий цитотоксичний вплив на клітину шляхом деградації ДНК клітини[18]. Взаємодія ДНК-абзиму з клітиною є процесом багатостадійним і включає наступні етапи:

  • Зв`язування автоантитіл-абзимів
  • Трансмембраний перенос їх у клітину та проникнення у клітинне ядро
  • Безпосередня участь ДНК-абзимів у деградації клітинної ДНК

Протабзими спростерігають у хворих аутоімуним тиреоідитом[19], гемофілію та бронхіальній астмі[20]. У хворих з бронхіальною астмою спостерігали появу аутоантитіл з гідролітичною активністю до вазоактивного кишкового нейропептиду (VIP). Була описана кореляція між протеолітичною активністю протабзимів до VIP, що формувало нестачу у дихальних шляхах гормону, та розвитком астми[20].

Абзими, як засіб лікування[ред.ред. код]

Активатори преліків[ред.ред. код]

Ідея активаторів преліків полягає у тому, що абзим здійснюватиме активацію попередника лікарського препарату в момент його доставки у орган-мішень. Вперше використання абзимів, як активаторів преліків було опубліковано у 1993-му році, коли група вчених на чолі з Міяшіта (Miyashita) показала активацію абзимом неактивного естеру хлорамфеніколу[21]. Найбільш відомим абзимним препаратом, що активує проліки є антитіло з альдолазною активністю - 38C2, котре було отримано шляхом імунізації тварини 1,3-дикетоном. 38С2 є активатором ліків doxorubicin та camptothecin, що використовуються у протираковій терапії[22]. За його використанням було показано інгібування розвитку клітиних ліній раку прямої кишки та раку простати.

Антивірусні препарати[ред.ред. код]

З використанням методу зшивки антигену з залишками фосфорної кислоти були отримані абзими до компонентів різних патогенів. Група вчених на чолі з Уда (Uda) отримала отримала групи абзимів здатних гідролізувати глікопротеїни оболонки ВІЛ - gp 120 та gp 41]][13], також було виділено легкі ланцюги імуноглобулінів здатних здійснювати гідроліз уреази Helicobacter pylori[16]. Використання останніх у дослідах на мишах показали значне зменшення вірогідності колонізації бактерії у шлунку, що може бути використано для розробки терапефтичних ліків.

Лікування наркозежності[ред.ред. код]

Абзими використовують при лікування наркозалежних від кокаїну та його аналогів, при цьому абзими забезпечують розщеплення кокаїну у кровотоці таких хворих до початку впливу його на нервову систему.[23]. Тобто абзими виступають як переферичні блокатори впливу кокаїну.

Участь у сайленсингу генів[ред.ред. код]

Дослідницька група на чолі з Лі (Lee) показали участь абзимів у регуляції експресії гену білку Her2, концентрація якого зростає при раці молочної залози[24]. Розщеплення мРНК Her2 зменшувало його синтез та індукувало розвиток апоптозу у ракових клітинах з цитотоксичним потенціалом більшим ніж при використанні малих інтерферуючих РНК (siRNA).

Абзими протикоагуляційних факторів[ред.ред. код]

У хворих на гемофілію типу А (Х-зчеплене рецесивне захворювання крові з утворенням дефектного фактору VIII) досліджена здатність абзимів гідролізувати фактори зсідання крові VIII та IX[25].

Перспектива використання абзимів[ред.ред. код]

Перспективність абзимів у порівнянні з звичайними ензимами полягає в тому, що їх можна отримати до будь-якого перехідного стану, навіть до такого, який відсутній в живих істотах. У перспетиві є створення абзимів із:

  • можливістю селективного каталізу, розділення енантіомерів
  • здатністю направлення реакції з двох варіантів розвитку, у менш енергетично вигідний
  • властивістю специфічного з’вязуванням патогенів та їх подальшого знешкодження каталізом (розробка терапевтичних ліків на основі цієї властивості)

Джерела[ред.ред. код]

  1. Pauling L. (1946). «Molecular architecture and biological reactions.». Chem. Eng. News. 34. с. 1375–1377. 
  2. Jencks W. (1969). «Catalysis in Chemisty and Enzymology.». с. 288. 
  3. Learner WP.; Tramontano A., Janda KD (1986). «Catalytic antibodies.». Science 234. с. 1566. 
  4. Schultz PG.; Pollack SJ, Jacobs JW (1986). «Selectiv cemical catalysis by an antibody.». Science 234. с. 1570. 
  5. Learner RA.; Janda KD, Shevlin CG (1993). «Atibody catalysis of a disfavored chemical transformation.». Science 259. с. 490–493. 
  6. Smilay JA.; Benkovic SJ (1994). «Selection of catalytic antibodies for a biosyntesis reaction from a combination cDNA library by complementation of an auxtrophic Escherichia coli^ antibodies for orotate decarboxylation.». Proc. Natl.Acad. Sci. USA 91. с. 8319–8323. 
  7. Napper AD; Benkovic SJ, Tramontano A, Leaner RA (1987). «A stereospecific cyclization cataluzed by an antibody.». Science 237. с. 1041–1043. 
  8. Ding L.; Zhu Z, Zhao D, Ni J, Luo G (1998). «Biochemical charactirization of selenium-containing catalytic antibody as a cytosolic glutathione peroxidase mimic.». Biochemical J. 332. с. 251–252. 
  9. Izadyar L..; Friboulet A, Remy MH, Roseto A, Thomas D (1993). «Monoclonal anti-idiotypic antibodies as functional internal images of enzyme active sites^ production of a catalytic antibody with a cholinesterase activity.». Proc. Natl Acad. Sci. USA 90. с. 8876–8880. 
  10. Avalle B RA.; Thomas D, Friboulet A (1998). «Functional mimicry: elicitation of a monoclonal anti-idiotypic antibody hydrolizing beta-lactams.». FASED J 12. с. 1055–1060. 
  11. Hu R.; Xie GY, Zhang Z. Guo ZQ, Jin S (1998). «Production and characterization of monoclonal anty-idiotypic antibody exhibiting a catalytic activity similar to carboxypeptidase A.». J Biotechnology 61. с. 109–115. 
  12. Ponomarenko NA.; Pillet D, Paon M, Vorobiev II, Smirnov IV, Adenier H et al. (2007). «Anti-idiotypic antybody mimics proteolytic function of parent antygen.». Biochemistry 46. с. 14598–14609. 
  13. а б Paul S.; Planque S, Zhou YX, Taguchi H, Bhatia G, Karle S et al. (2003). «Specific HIV gp120 cleaving antibodies inducted by covalent reactive analog of gp 120.». J Biol Chem 278. с. 20429–20435. 
  14. Taguchi H.; Planque S, Sapparapu G., Boivin S., Hara M et al. (2008). «Expceptional amyloid beta peptide hydrilyzing activity of nonphysiological immunoglobulin variable domain scaffold.». J Biol Chem 283. с. 36724–36733. 
  15. Mitsuda Y.; Hifumis E, Tsuruhata K, Fujinami H, Yamamoto N, Uda T (2004). «Catalytic antibody light chain capable of cleaving a chemokine receptor CCR-5 peptide with a high reaction rate constant.». Biotechnal. Bioen. 86. с. 217–225. 
  16. а б Uda T.; Hifumis E, Morihata F, Hatiuchi K, Okuda T, Nishizono A (2008). «Catalytic features and eradication ability of antibody light-chain UA15-L againt Helicobacter pylori.». Biol chem. 283. с. 899–907. 
  17. Fletcher.; Kuderova A., Cygler M, Lee JS (1998). «Creation of a ribonuclease abzyme throught site-directed mutagenesis..». Mol. Immunol. 16. с. 1065–1077. 
  18. Kozyr AV; Kolesnikov AV, Zelenova NA, Sashchenko LP, Mikhakap SV Bulina ME (2000). «Autoantibodiest to nuclear antigens». Biotechnol. and Appl. Biochem. 83. с. 89–92. 
  19. Paul S.; Kalaga R., O`Del J, Li L et al. (1997). «Charecterization of thyroglobulin-directed and polyreactive catalytic antibodies in autoimmune disease». J. Immunol. 159. с. 1530–1536. 
  20. а б Paul S. (1994). «Catalityc activity of anti-ground state antibodies, antibody subunits and human autoantibody.». Appl Bioch. Biothec. 42. с. 241–253. 
  21. Miyashita.; Karaki Y, Kikuchi M, Fujii I (1993). «Prodrug activation via catalytic antibodies.». Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90. с. 5337–5340. 
  22. Shabat D; Rader C, List B, Learner RA< Barbas CF (1999). «Multiple event activation of generic prodrug trigger by antibody catalysis.». Proc Natl Acad Sci USA 96. с. 6925–6930. 
  23. Bosron WF.; Hurley TD (2002). «Lessons from a bacterial cocaine esterase.». Nat. Struct Biol 9. с. 4–5. 
  24. Lee WR; Jang JY, Kim JS, Kwon MH, Kim YS (2010). «Gene silencing by cell-penetrating, sequence-selective and nucleic-acid hydrolyzing antibodies.». Nucleic Acids Re. 38. с. 1596–1609. 
  25. Lacroix-Desmazes S.; Sooryanarayana M.A., Kazatchkine M.D., Kaveri S.V. (2000). «Factor VIII inhibitor with catalytic activity towards factor VIII.». Haematologica 85. с. 89–92. 


Література[ред.ред. код]

  • Makendra, Desirazu, Peyron et al. Antibody-mediated catalysis: Induction and therapeutic relevance // Autoimmunity reviews.-2012.-P.1-5
  • Наградова Н.К. Каталитические антитела // Соросовский образовательный журнал.-1996.-№8-P.24-31.
  • Сучков С.В., Алекберова З.С, Хитров А.Н., Шогенов З.С., Воскресенская О.В., Гнучев Н.В., Габибов А.Г., Достижения и перспективы клинической абзимологии // Медицинская иммунология.-2006.-Т.8-№1-P.23-30.