巨病毒来源高亲和力DARPin库的建立与初步筛选文献综述

 2022-12-07 16:54:55

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)

  1. 研究背景

DARPins(Designed Ankyrin Repeat Proteins)是一种人工设计的锚蛋白重复蛋白,在人体内广泛存在,是一类新型的有潜力的克服单克隆抗体局限性的支架分子。其天然的生物学功能是和靶蛋白结合,产生生物学激活或抑制效应。

目前,抗体成为对药品市场起推动作用的一类主要产品,关键的一点是它能被选择与实际上任何给定靶的高亲和力和专属性地结合,由此显示它的中和或细胞毒性功能,且副作用极为有限。但它也存在生产费用昂贵,难于配方,组织渗透率低以及它们的商业用途常受制于知识产权等问题。为此,在抗体工程方面曾做过不少努力且取得相当成功,但大多数这些努力是以免疫球蛋白支架结构为依据,因而这类蛋白固有的限制难以改正。

DARPins从天然的锚定重复蛋白中获得,是在人类基因组内表达最丰富的结合蛋白之一,与所有其他的重复蛋白相似,它的特色是拥有一个由不同数目结构基元(重复)堆积成重复蛋白结构域的蛋白建筑,重复蛋白的天然生物功能是与一个靶的结合,从而导致不同的作用模式,从酶抑制到蛋白彼此之间的简单锚定。这些特性使得它们成为理想的激动、拮抗或抑制性药物候选物。此外,DARPins能被人工改造以携带各种效应子功能或综合多种结合特异性,使其具有完全新的药物形式。综合来说,DARPins是具有超过现有抗体药物潜能的新一代蛋白治疗药的突出的一员。DARPins可开发成优于抗体的具有拮抗性甚至激动性的药物。由于单价DARPins分子小得多,因此预计它的组织渗透性会显著改善。它阻滞临近作用部位的配体或毒素,并产生更强的抑制作用。其次,DARPins不携带Fc部分,避免了与免疫系统直接连接。其结果是,由于在单价DARPins中不存在效应子结构,所以有可能使给药剂量大幅度提高。第三,在于DARPins从组织或循环中迅速清除多余分子的能力。因为DARPins配体复合体主要通过肾清除,因而能较快地从循环中消除。这对DARPins有重大意义,如果它被用于中和毒素,单价DARPins相对快的清除可被PEG化,与血清蛋白DARPins融合或缓慢释放减慢。这使得可对药代动力学进行调节以达到最大生物效应。

近年来,开发出体外选择技术,比如噬菌体展示和核糖体展示,使得可选择无免疫专属性结合体,这为不同于免疫球蛋白的支架结构开启了大门,它们可被人工改造成具有能克服抗体缺点的专属性结合蛋白。这些支架结构,包括DARPins, AdNectins, Affibodies, Anticalins, Avimers 以及其它,正在开发中并取得令人鼓舞的科学成绩。

  1. 研究目的和意义

本课题拟构建巨病毒来源的DARPin文库,进行合理位点设计,建立随机突变,通过细菌表面展示技术将设计得到的含突变位点的氨基酸序列表达于大肠杆菌表面,筛选出与Her-2高亲和力的DARPin序列。

  1. 实验内容

1. 细菌表面展示DARPin库的建立

    1. 同源模建确定DARPin库氨基酸序列

根据巨病毒基因库中重复序列的氨基酸顺序,利用软件进行比对后,通过在线软件进行合理位点设计,确定随机突变位点并设计引物进行基因合成。

    1. 目的基因DARPin的获得与建库

通过PCR方法搭桥获得DARPin基因序列,测序后确定随机突变位点碱基多样性,随后进行酶切,与同样内切酶进行酶切得到的合适载体连接后转化大肠杆菌DH10B,初步建立表达DARPin蛋白的大肠杆菌表面展示库。

2. 与HER-2高亲和力DARPin的初步筛选

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