طراحي محاسباتي از نو متصل شونده پروتئيني كوچك و آنتي‌بادي‌ براي نقاط بازرسي ايمني درگير در سرطان و مقايسه عملكرد و تمايل مدل‌هاي طراحي شده

دكتري

كنترل و درمان سرطان براي بهبود كيفيت زندگي در انسان بسيار مهم است. پيشرفت‌هاي اخير در درمان‌هاي مبتني بر مهاركننده‌هاي نقاط بازرسي به عنوان يك استراتژي درماني جديد و اميدواركننده براي توسعۀ داروهاي ضد سرطان معرفي شده‌اند. بسياري از انواع سرطان از مسير PD-1/PD-L1 استفاده مي‌كنند كه با غيرفعال كردن سلول‌هاي T مرتبط است. در سال‌هاي اخير، آنتي‌بادي‌هاي مونوكلونال (mAbs) براي مهار نقاط بازرسي ايمني مورد استفاده قرار گرفته‌اند كه اين امر موجب عادي‌سازي پاسخ ضد تومور شد. طراحي از نو پروتئين يك زمينه در حال ظهور براي توليد مولكول‌هاي دارويي مبتني بر پروتئين با استفاده از روش‌هاي محاسباتي است. در موارد متعدد، بهبود ميل اتصال آنتي بادي‌هاي موجود براي آنتي‌ژن‌ها اغلب گزينۀ بهتري است. در مرحلۀ اول مطالعه، از روش‌هاي in silico براي شناسايي جايگاه‌هاي اتصال بر روي سطح PD-1 و PD-L1 و بهينه‌سازي انواع mAb در مقياس بزرگ استفاده شد. ابتدا، با استفاده از پروتكل RosettaDesign هزاران آنتي‌بادي براي 11 جايگاه متفاوت بر روي PD-1 و PD-L1 طراحي شد و طراحي‌هايي با پايداري، ميل اتصال و شكل مكمل بالاتر انتخاب شدند. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه جايگاه‌هاي اتصال 1، 3 و 6 بر روي PD-1 و جايگاه‌هاي اتصال 9 و 11 بر روي PD-L1 را مي‌توان به عنوان مناسب‌ترين جايگاه‌ها براي مهار ميانكنش PD-1-PD-L1 توسط آنتي‌بادي‌هاي طراحي‌شده در نظر گرفت. همچنين نشان داده شد جهش‌ها در نواحي CDRها الگوي ميانكنش بين آنتي‌بادي‌هاي طراحي‌شده و اهداف (PD-1 و PD-L1) را با بهبود ميل اتصال براي مهار مؤثر ميانكنش پروتئين-پروتئين و مهار نقاط بازرسي ايمني، بازآرايي مي‌كنند. در مرحلۀ دوم، با استفاده از پروتكل RAbD، هزاران آنتي‌بادي از نو طراحي شد. 8/23 و 38/15 درصد آنتي‌بادي‌هايي با ميل اتصال بالا به ترتيب براي جايگاه‌هاي اتصال 1 و 5 به دست آمد. ميزان موفقيت طراحي CDRهاي غير H3 1-7/3 و 1.42-5.63 به ترتيب براي جايگاه اتصال 1 و 5 به دست آمد. تجزيه و تحليل از تغييرات صورت‌بندي هر CDR پس از اتصال نشان داد HCDR3 بالاترين تحرك را دارد. همچنين مشاهده شد كه گليكان N58 گيرندۀ PD-1 در شناسايي و اتصال به mAb059c و طراحي‌هاي جايگاه اتصال 5 نقش دارد كه باعث افزايش تقريباً دو برابري ميل اتصال مي‌شود. در مرحلۀ سوم، پروتئين‌هاي متصل شونده كوچك با توپولوژي‌هاي مختلف، طراحي و بهينه سازي شدند و 20 طراحي پايدار با ميل اتصال بالا شناسايي و انتخاب گرديد. مقادير ROC براي جايگاه‌هاي اتصال 1 و 2 به ترتيب 83/0و 79/0 به دست آمد كه نشان مي‌دهد رتبه بندي نسبي طراحي‌ها به طور كلي دقيق است. نتايج نشان داد ميزان موفقيت كلي روش‌هاي محاسباتي از قبيل RosettaDesign و RAbD در طراحي پروتئين‌ها پايين است. با اين حال، پروتئين‌هاي متصل شوندۀ كوچك طراحي شده به طور انتخابي و كارآمد به گيرنده PD-1 با ميزان موفقيت 65٪ متصل مي‌شوند. اين مطالعه اطلاعات جامعي را در مورد اپي‌توپ‌هاي اتصال بر روي PD-1 ارائه مي‌كند كه مي‌تواند به عنوان مناطق كليدي براي طراحي داروهاي زيستي در نظر گرفته شود.

230345

دانشگاه اصفهان

مزدك گنجعلي‌خاني حاكمي

بيوشيمي

محمدرضا گنجعلي خاني