タンパク質

音響力分光法中に 2 つのタンパク質を互いに近づけて保持する DNA 足場を示す図 [Vladimir Kunetki]

一時的なタンパク質間の結合は、酵素反応、抗体結合、薬剤への反応などのプロセスに不可欠です。 これらの結合を正確に特徴付けることができることは、潜在的な治療法の性能をテストするために重要ですが、これを行うために現在利用可能な方法は、単一結合レベルで情報を提供するか、または多数の結合をテストするかのいずれかの能力に限界があります。

国立科学研究センター（CNRS）の研究者らは今回、私たちの体内で経験するのと同様の負荷下でのタンパク質間の結合の強さと持続時間を測定する、より利用しやすい方法を発表した。 この方法では、音波を使用して結合したタンパク質を引き離し、DNA リードを使用して 2 つのタンパク質を近づけて、結合が切れた後に再結合できるようにします。 この技術革新により、同じタンパク質の結合を最大 100 回再テストできるようになり、分子の老化に伴って結合強度がどのように変化するかについて貴重な洞察が得られます。 この能力により、薬物や抗体の半減期に関する新しい情報が得られる可能性があります。

Biophysical Journal での研究（「個々のタンパク質結合を特徴付けるための DNA 足場と音響力分光法の組み合わせ」）について報告する中で、上級著者であり CNRS 生物物理学者であるローラン・リモジン博士と同僚​​は次のように述べています。生物医学的に興味深い 2 つのタンパク質結合により、バイオテクノロジーと医学の研究に有望な展望が開かれます。」

研究チームは、生物学的現象を支配する生体分子の結合特性は治療薬の評価に関連しているが、力が加わった状態でのタンパク質結合の破壊を多重的に特徴付けるには新しい実験ツールが必要だと説明した。 「分子集団に対して行われるバルク測定は依然として標準的な特性評価技術ですが、相互作用するパートナーの個々のペアに対する単一分子力分光法（SMFS）は、力に対する個々の結合の反応を独自に解析できるため、強力な補完戦略として浮上しています。」

Limozinらは、新しく報告された研究で、DNA足場と音響力分光法（AFS）を初めて組み合わせて、個々の生体分子複合体の力応答を測定したと主張した。 音響力分光法により、多くの分子ペアを同時にテストすることができ、DNA 足場により同じ結合を繰り返しテストすることが可能になりました。

「私たちは、さまざまな種類の結合に適用するのに十分なモジュール性があり、妥当なスループットを備え、現在は光ピンセットや磁気ピンセットなどの非常に洗練された技術でのみ利用できる高い分子精度に達する方法を提案したいと考えました。専門家以外には理解するのが難しい」とリモジン氏は語った。

音響力分光法では、液体で満たされたチャンバー内で結合タンパク質のペアがテストされます。 タンパク質は DNA 足場によって拘束され、DNA の一方の鎖が最初のタンパク質をチャンバーの底に付着させ、もう一方の鎖が 2 番目のタンパク質を小さなシリカビーズに付着させます。 研究者らがチャンバーに音波を吹き付けると、波の力でシリコンビーズとそれに付着しているタンパク質がチャンバーの底から引き離される。 力が十分に強い場合、この引っ張り動作により 2 つのタンパク質間の結合が破壊されます。

新しい方法では、DNAの3本目の鎖が鎖の役割を果たし、タンパク質の結合が切れた後もタンパク質同士を近づける。 「…我々は、モジュラーDNA足場、すなわち結合DNA（J-DNA）と、高速力適用の広いダイナミックレンジを潜在的に提供する新興の並行法であるAFSとの組み合わせを導入する」と科学者らは書いている。 「プローブされたタンパク質複合体は、ひもでつながれたキロ塩基対の長さの DNA シャンクを介して、フローセルの表面とビーズの両方に付着します。」

「私たちの方法の独創性は、両側の2本の鎖に加えて、中央に2本の鎖を接続し、破断時にタンパク質を一緒に保つ紐があることです」とリモジン氏は説明した。 「このリードがなければ外れてしまったことは元に戻せませんが、これによりほぼ何度でも測定を繰り返すことができます。」

概念実証として、研究チームはこの技術を使用して、生物医学的に興味深い 2 つの単一分子相互作用、つまりタンパク質と免疫抑制剤ラパマイシン間の結合、および単一ドメイン抗体と HIV-1 抗原間の結合を特徴づけました。 「ベンチマークとしての関心に加えて、ラパマイシンは重要な生物医学的関連性を持っており、臨床に登場した最も初期のタンパク質間相互作用調節因子の1つである」と研究者らはコメントした。 研究者らは顕微鏡を使用して結合と破壊のサイクルを観察した。 彼らはまた、その結果を磁気ピンセットなどの確立された技術の結果と比較して、その精度を確認しました。

同じタンパク質間結合を複数回テストできることは、分子的に同一のペア間の変動を調査するために重要です。 また、研究者は、分子の老化に伴ってこれらの相互作用がどのように変化するかを調べることもでき、これは薬物や抗体の半減期を決定する上で重要となる可能性があります。 「…AFSとJ-DNAを組み合わせることで、基本的な疑問に答え、生物医学的に関連する相互作用の体系的な化学機械的特性評価への道を開く可能性がある」と彼らは述べた。

「このツールを使用すると、分子の不均一性と分子の老化に関するアイデアをより深く掘り下げ、実際に実験的に調査する方法が得られます」とリモジン氏は述べています。 「私たちや他の人々は、これらの特性を特徴付けることが、機械的な力が関与する状況で機能する必要がある将来の治療法を設計するのに非常に役立つのではないかと考えています。」

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