重磅：将抗体分子“放入”纳米笼！ 由于与目标靶标具有高特异性和亲和力，抗体被广泛用于临床治疗和科学研究。通常，研究人员通过将抗体融合到聚合物上或将抗体片段连接在一起生成抗体簇，以增强细胞信号传导。例如，将多个抗原结合片段，五聚体免疫球蛋白M（IgM）或IgM衍生物，二聚体免疫球蛋白G（IgG）附着在无机材料或蛋白质低聚物或纳米颗粒上。然而，目前仍缺乏用于制造具有精确控制的几何结构和数量的抗体多聚物的组装方法。针对上述挑战，华盛顿大学David Baker教授课题组通过计算生物学以及蛋白质合成的先进技术，将抗体组装成具有不同化合价和对称性的精确结构---新型的抗体“纳米笼子”（AbC）。该纳米笼由两个部分组成：一个是结合抗体的同源寡聚蛋白，另一个是抗体分子本身。研究发现，通过计算设计的蛋白质可以在多种结构中驱动抗体纳米笼的组装，从而可以控制抗体对称性和多价性。功能学研究结果显示，该抗体纳米笼结构对SARS-CoV-2刺突蛋白具有更强的结合能力， 可有效中和假病毒。研究成果以“Designed proteins assemble antibodies into modular nanocages”为题发表在Science上，并被选为当期封面！研究猜想：将抗体“放入”成纳米笼David Baker教授等人猜想，可以通过计算设计的蛋白质，引导抗体组装成具有不同化合价和对称性的高度有序纳米结构，生成精确结构和数量的抗体簇纳米笼，从而增强信号传导。鉴于此，David Baker教授等人开发了一种设计蛋白质的方法，该蛋白质可将抗体或Fc融合体定位在常规二面体和多面体体系结构的对称轴上，并假设这样的设计可以将任意抗体强力驱动到均质且结构明确的纳米笼中。图1. 抗体纳米笼的设计抗体纳米笼的设计方案首先，抗体笼（AbC）的形成是通过螺旋间隔域将抗体恒定域结合模块与环状寡聚体刚性融合，从而使二聚抗体和环状寡聚体的对称轴处于产生不同二面体或多面体（例如，四面体，八面体或二十面体）体系结构。图2. 抗体纳米笼结构特征分析随后，研究人员对连接的构建基块之间的连接区域进行了优化，以折叠成设计的结构。接着，将编码设计的合成基因在细菌培养物中表达。在48个具有结构特征的设计中，有8个组件与设计模型匹配，从而成功实现了包括D2二面体（三种设计），T32四面体（两种设计），O42八面体（一种设计）和I52二十面体（两种设计）架构的设计；它们分别包含2、6、12或30种抗体。图3. 抗体纳米笼的计算模型示意图抗体纳米笼对细胞信号传导的影响最后，研究人员调查了AbCs对细胞信号传导的影响。研究发现，由靶向死亡受体的抗体形成的AbC能够诱导肿瘤细胞系的凋亡，而且不受可溶性抗体或天然配体的影响。同时，血管生成素途径信号传导，CD40信号传导和T细胞增殖均通过在AbC中组装Fc融合物或抗体而得到增强。此外，AbC的形成还增强了SARS-CoV-2假病毒的体外病毒中和作用。图4. 抗体纳米笼促进细胞凋亡与血管生成等信号传递。结论：总而言之，研究人员设计了多种能够形成抗体笼的蛋白质，这些蛋白质可将任何与A蛋白结合的抗体精确地簇集到具有可控价和几何形状的纳米笼中。只需将抗体与相应的设计蛋白混合即可获得2、6、12或30种抗体形成的AbC，而无需对抗体进行任何共价修饰。将受体结合抗体或病毒中和抗体整合到AbC中，可增强其在一系列细胞系统中的生物学活性。参考文献：Robby Divine, Ha V. Dang, George Ueda et al., Designed proteins assemble antibodies into modular nanocages. DOI: 10.1126/science.abd9994https://science.sciencemag.org/content/372/6537/eabd9994