Протеин А
Поверхностный белок в клеточных стенках бактерий
Белок А, домен связывания Ig
Структура домена белка А в виде трехспирального пучка, связывающегося с тяжелой вариабельной цепью человеческого Fab VH3 (слева). [1] Минимизированный белок А, связанный с Fc-фрагментом Ритуксимаба (справа). [2] Uniprot P02976 .
Идентификаторы
СимволСпА
ПфамПФ02216
ИнтерПроIPR003132
СКОП21DEE / ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ / SUPFAM
Доступные структуры белков:
Пфам  структуры / ECOD  
ПДБRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumрезюме структуры
ПДБ1дее , 1л6х

Белок А — это поверхностный белок массой 42 кДа , изначально обнаруженный в клеточной стенке бактерий Staphylococcus aureus . Он кодируется геном spa , а его регуляция контролируется топологией ДНК, клеточной осмолярностью и двухкомпонентной системой, называемой ArlS-ArlR. Он нашел применение в биохимических исследованиях из-за своей способности связывать иммуноглобулины . Он состоит из пяти гомологичных доменов связывания Ig, которые сворачиваются в трехспиральный пучок. Каждый домен способен связывать белки многих видов млекопитающих, в первую очередь IgG . Он связывает тяжелую цепь в области Fc большинства иммуноглобулинов, а также в области Fab в случае семейства человеческих VH3. 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 типоспецифическими антигенами стафилококка Вервей в 1940 году сообщил, что фракция белка, полученная из экстрактов этих бактерий, неспецифически преципитировала кроличьи антисыворотки, полученные против различных типов стафилококков. [4] В 1958 году Йенсен подтвердил открытие Вервея и показал, что сыворотки кроликов до иммунизации, а также нормальные сыворотки человека связываются с активным компонентом в экстракте стафилококка; он обозначил этот компонент как антиген А (потому что 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) Лёфквист и Шёквист исправили ошибку и подтвердили, что антиген А на самом деле был поверхностным белком на бактериальной стенке определенных штаммов S. aureus . [7] Группа ученых из Бергена из Норвегии назвала белок «Белок А» в честь антигенной фракции, выделенной Йенсеном. [8]

Связывание антител с белком А

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

Белок А может связываться с высокой степенью сродства с Fc-фрагментом иммуноглобулина определенных видов, как показано в таблице ниже. [11]

РазновидностьПодклассСвязывание
ЧеловекIgAпеременная
IgDслабый или никакой
IgEслабый или никакой
IgG 1сильный
IgG 2сильный
IgG 3слабый или никакой
IgG 4сильный
IgMпеременная
Желток птичьего яйцаIgYслабый или никакой
Бычийсередина
Собачийсередина
Козелслабый или никакой
морская свинкаIgG 1сильный
хомякслабый
Лошадьсередина
Коаласлабый или никакой
Ламаслабый или никакой
Обезьяна (резус)сильный
МышиныйIgG 1слабый
IgG 2aсильный
IgG 2от среднего до сильного
IgG 3середина
IgMпеременная
Свиньяот среднего до сильного
Кроликсильный
КрысаIgG 1слабый или никакой
IgG 2aслабый или никакой
IgG 2bслабый или никакой
IgG 3слабый
Овцаслабый или никакой

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

Как патоген, Staphylococcus aureus использует белок A, наряду с множеством других белков и поверхностных факторов, чтобы способствовать своему выживанию и вирулентности. С этой целью белок A играет многогранную роль:

  1. Связывая Fc-фрагмент антител, белок А делает их недоступными для опсонинов, тем самым нарушая фагоцитоз бактерий посредством атаки иммунных клеток.
  2. Белок А облегчает прикрепление S. aureus к поверхностям, покрытым человеческим фактором Виллебранда (vWF), тем самым повышая инфекционность бактерий в месте проникновения через кожу.
  3. Протеин А может вызывать воспаление легочной ткани, связываясь с рецепторами фактора некроза опухоли 1 (TNFR-1). Было показано, что это взаимодействие играет ключевую роль в патогенезе стафилококковой пневмонии.
  4. Было показано, что белок А подавляет гуморальный (опосредованный антителами) иммунитет, что, в свою очередь, означает, что люди могут повторно заражаться S. aureus , поскольку они не могут выработать сильный иммунный ответ.
  5. Было показано, что белок А способствует образованию биопленок как в случае, когда белок ковалентно связан с клеточной стенкой бактерий, так и в растворе. [12]

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

Мутанты S. aureus, лишенные белка А, более эффективно фагоцитируются in vitro, а мутанты в моделях инфекции обладают сниженной вирулентностью. [14]

Производство

Белок А производится и очищается в процессе промышленной ферментации для использования в иммунологии, биологических исследованиях и промышленных приложениях (см. ниже). Природный (или нативный) белок А может быть культивирован в Staphylococcus aureus и содержит пять гомологичных областей связывания антител, описанных выше, и C-концевую область для прикрепления к клеточной стенке. Сегодня белок А чаще всего производится рекомбинантным способом в Escherichia coli . ( Brevibacillus также показал себя эффективным хозяином. [15] ) Рекомбинантные версии белка А также содержат пять гомологичных доменов связывания антител, но могут различаться в других частях структуры для облегчения связывания с пористыми субстратами. [16] Также доступны сконструированные версии белка, первой из которых был rProtein A, B4, C-CYS. [17] Сконструированные версии представляют собой мультимеры (обычно тетрамеры, пентамеры или гексамеры) одного домена, который был модифицирован для улучшения удобства использования в промышленных приложениях.

Исследовать

Белок А часто связывается с другими молекулами, такими как флуоресцентный краситель , ферменты , биотин , коллоидное золото или радиоактивный йод, не влияя на сайт связывания антитела. Примеры, включая окрашивание белком А–золото (PAG), используемое в иммунозолотой маркировке , связанный с флуорофором белок А для иммунофлуоресценции и связанный с ДНК-цепью белок А 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 из сырых белковых смесей, таких как сыворотка или асцитная жидкость, или в сочетании с одним из вышеперечисленных маркеров для обнаружения присутствия антител. Первый пример связывания белка А с пористой бусиной для очистки IgG был опубликован в 1972 году. [19] Исследования иммунопреципитации с белком А, конъюгированным с бусинами, также обычно используются для очистки белков или белковых комплексов косвенно через антитела против интересующего белка или белкового комплекса.

Роль в промышленной очистке антител

На этой технологической схеме показано, как обычно очищают моноклональные антитела в промышленных масштабах.

Первая ссылка в литературе на коммерчески доступную хроматографическую смолу на основе белка А появилась в 1976 году. [20] Сегодня хроматографическое разделение с использованием белка А, иммобилизованного на пористых субстратах, является наиболее широко распространенным методом очистки моноклональных антител (mAbs) из супернатанта клеточной культуры урожая. [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 mAb показан справа. Несмотря на долгую историю хроматографии на основе белка А для производства антител, этот процесс все еще совершенствуется сегодня. Непрерывная хроматография, точнее периодическая противоточная хроматография , значительно увеличивает производительность этапа очистки.

Ссылки

  1. ^ Graille M, Stura EA, Corper AL, Sutton BJ, Taussig MJ, Charbonnier JB, Silverman GJ (май 2000 г.). «Кристаллическая структура домена белка Staphylococcus aureus A в комплексе с фрагментом Fab антитела IgM человека: структурная основа распознавания рецепторов B-клеток и суперантигенной активности». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (10): 5399–404. Bibcode : 2000PNAS...97.5399G. doi : 10.1073/pnas.97.10.5399 . PMC  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 Fc человеческого IgG1». Журнал иммунологии . 164 (8): 4178–84. doi : 10.4049/jimmunol.164.8.4178 . PMID  10754313.
  3. ^ Keener AB, Thurlow LT, Kang S, Spidale NA, Clarke SH, Cunnion KM и др. (февраль 2017 г.). «Протеин A золотистого стафилококка нарушает иммунитет, опосредованный долгоживущими плазматическими клетками». Журнал иммунологии . 198 (3): 1263–1273. doi :10.4049/jimmunol.1600093. PMC 5266639. PMID  28031339 . 
  4. ^ Verwey WF (апрель 1940 г.). «Тип-специфический антигенный белок, полученный из стафилококка». Журнал экспериментальной медицины . 71 (5): 635–44. doi :10.1084/jem.71.5.635. PMC 2135093. PMID  19870987 . 
  5. ^ Йенсен, К (1958). «Нормально встречающееся антитело стафилококка в сыворотке человека». Acta Pathol. Microbiol. Scand . 44 (4): 421–428. doi :10.1111/j.1699-0463.1958.tb01093.x. PMID  17504410.
  6. ^ Диксон, Фрэнк Дж. (11 августа 1982 г.). ДОСТИЖЕНИЯ В ИММУНОЛОГИИ . Academic Press. стр. 158. ISBN 9780120224333.
  7. ^ Löfkvist T, Sjöquist J (ноябрь 1962 г.). «Химический и серологический анализ антигенных препаратов из 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., Оединг 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. doi :10.1111/apm.1964.61.4.588. PMID  14185494.
  9. ^ Deisenhofer J (апрель 1981 г.). «Кристаллографическое уточнение и атомные модели фрагмента Fc человека и его комплекса с фрагментом B белка A из Staphylococcus aureus при разрешении 2,9 и 2,8 А». Биохимия . 20 (9): 2361–70. doi :10.1021/bi00512a001. PMID  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, принадлежат 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). GE Healthcare. 2016. стр. 48.
  12. ^ "Швейцарский армейский нож патогена". Маленькие вещи, рассмотренные . Получено 25-08-2016 .
  13. ^ Muthukrishnan G, Quinn GA, Lamers RP, Diaz C, Cole AL, Chen S, Cole AM ​​(апрель 2011 г.). «Экзопротеом золотистого стафилококка выявляет предполагаемые детерминанты назального носительства». Journal of Proteome Research . 10 (4): 2064–78. doi :10.1021/pr200029r. PMC 3070068. PMID  21338050 . 
  14. ^ Goodyear CS, Silverman GJ (май 2003 г.). «Смерть от суперантигена В-клеток: in vivo направленная на VH апоптотическая надклональная делеция В-клеток стафилококковым токсином». Журнал экспериментальной медицины . 197 (9): 1125–39. doi :10.1084/jem.20020552. PMC 2193973. PMID  12719481. 
  15. ^ Kosugi A, JP, Yajima K, JP (18 ноября 2014 г.), Патент США: 8889389 - Процесс получения белка, подобного белку А, с использованием бактерии рода Brevibacillus , получено 26 августа 2016 г.
  16. ^ "usp31nf26s1_c130". www.uspbpep.com . Общие главы: КАЧЕСТВЕННЫЕ АТРИБУТЫ БЕЛКА А . Получено 26.08.2016 .
  17. ^ Hober S (12 июня 2012 г.), Патент США: 8198404 - Мутированный иммуноглобулин-связывающий белок , получено 26 августа 2016 г.
  18. ^ Schlichthaerle T, Ganji M, Auer A, Kimbu Wade O, Jungmann R (апрель 2019 г.). «Бактериально полученные связыватели антител как небольшие адаптеры для ДНК-PAINT микроскопии». ChemBioChem . 20 (8): 1032–1038. doi :10.1002/cbic.201800743. hdl : 21.11116/0000-0003-E68E-A . PMID  30589198. S2CID  58547594.
  19. ^ Hjelm H, Hjelm K, Sjöquist J (ноябрь 1972 г.). «Белок A из Staphylococcus aureus. Его выделение методом аффинной хроматографии и его использование в качестве иммуносорбента для выделения иммуноглобулинов». FEBS Letters . 28 (1): 73–6. doi : 10.1016/0014-5793(72)80680-X . PMID  4630462. S2CID  8733702.
  20. ^ Скварил, Ф. (1976-10-01). «Вопрос специфичности связывания подклассов человеческого IgG с протеином А-сефарозой». Иммунохимия . 13 (10): 871–872. doi :10.1016/0019-2791(76)90188-9. PMID  12109.
  21. ^ Shukla AA, Hubbard B, Tressel T, Guhan S, Low D (март 2007 г.). «Последующая обработка моноклональных антител — применение платформенных подходов». Журнал хроматографии. B, Аналитические технологии в биомедицинских и биологических науках . Производство, очистка, анализ процессов и продуктов поликлональных и моноклональных антител. 848 (1): 28–39. doi :10.1016/j.jchromb.2006.09.026. PMID  17046339.
  22. ^ Liu HF, Ma J, Winter C, Bayer R (2010-09-01). «Разработка процесса восстановления и очистки для производства моноклональных антител». mAbs . 2 (5): 480–99. doi :10.4161/mabs.2.5.12645. PMC 2958570 . PMID  20647768. 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Белок_A&oldid=1224767397"