член-корреспондент РАН А. Г. ГАБИБОВ
(Институт биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН)
«КАТАЛИТИЧЕСКИЕ АНТИТЕЛА И ПРОЦЕССИНГ АУТОАНТИГЕНОВ»
Обнаружение каталитических антител (абзимов) явилось одним из революционных событий в науке конца ХХ столетия, заложившим новые взаимоотношения между химией, биохимией, иммунологией и патологией. Основополагающая концепция комплементарности, введенная в качестве одного из принципиальных понятий в науку о живом еще Эмилем Фишером (Emil Fisher), объяснила движущую силу целого ряда биологически важных процессов, таких как передача генетической информации, ферментативный катализ, лиганд-рецепторное взаимодействие, узнавание антиген-антитело и др. Создание абзимов, как принципиально новых катализаторов, также базируется на принципе комплементарности и непосредственно связано с уникальным свойством гипервариабильности членов суперсемейства иммуноглобулинов создавать «молекулярные отпечатки». Эти «молекулярные отпечатки» с каталитической функцией могут быть получены с «химических матриц», аналогов переходных состояний реакций (transition state analogs, TSA) (Лайнус Полинг и Билл Дженкс, Linus Pauling and Bill Jencks). Данный подход был с успехом развит в группе Ричарда Лернера (Richard Lerner,Scripps Research Institute, USA) и позволил осуществить большое число биокаталитических превращений, для которых и по сей день неизвестны соответствующие ферменты. Естественно, что метод оказался весьма перспективным для целей тонкого органического синтеза. Альтернативный путь создания антител-ферментов, абзимов принадлежит автору этих строк (Schuster et al., Science, 1992) и заключается в получении антиидиотипических антител к активным центрам ферментов. Этот подход базируется на концепции иммунологических сетей Нильса Ерни (Niels Jerne) и предполагает передачу функциональной информации от белка к белку через иммунологические каскады. Оба подхода позволяют осуществлять дизайн de novo биокатализаторов с заранее заданными свойствами. В последнем случае удалось создать антитела-ферменты с ацетилхолинэстеразной, протеазной и бета-лактамазной активностями (Kolesnikov et al., PNAS, 2000, Pillet et al., J. Imm. meth. 2002, Ponomarenko et al., Biochemistry, 2007). В обоих подходах предполагается мимикрирование эволюционно совершенной каталитической функции белка путем эффективной селекции функционално активных иммуноглобулинов. С приходом в иммунолгию методов «иммунизации в пробирке», а именно создания широкоформатного скрининга синтетических библиотек генов иммуноглобулинов, появилась реальная возможность получать абзимы, способные ковалентно акцептировать, а порой и деградировать яды. Такой подход был недавно осуществлен для аналогов фосфорорганических отравляющих веществ (ФОВ) в данной лаборатории в содружестве с профессором Альфонсо Трамонтано (Alfonso Tramontano, University Davis, USA, Reshetnyak et al., J. Am. Chem. Soc., 2007). Полученное авторским коллективом одноцепочечное антитело путем скрининга фаг-дисплейной библиотеки было протестировано как потенциальный антидот к ФОВ. Селектированное антитело А 17 было проэкспрессировано в клетках млекопитающих. Это позволило осуществить наработку белкового продукта и закристаллизовать новый биокатализатор. Был установлен механизм катализа и с разрешением 1.2nbsp;А совместно с профессором Патриком Массоном и д-ром Евгенией Карлетти (Patrick Masson, Eugenie Carletti, Laboratoire de Cristallogenese et Cristallographie des Proteines, Institut de Biologie Structurale( CEA-CNRS-UJF), Grenoble, France) были получены структуры нового абзима и промежуточного реакционного комплекса, его фосфорилированного производного. Путем рационального дизайна с использованием сайт-направленного мутагенеза удалось получить абзимы эффективно связывающие аналоги ФОВ.
Интересным подходом, связанным с катализом антителами явились попытки получения «каталитических вакцин». Многочисленные исследования по созданию вакцины против ВИЧ оказались по сей день не реализованными в полной мере. Инновационным может оказаться способ иммунизации животных, развивающих аутоиммунные процессы слитными белками, содержащими, в частности фрагменты поверхностного белка ВИЧ gp120. Было продемонстрировано специфическое разрезание белка антителами, выделенными из сывороток крови иммунизированных животных. Было показано, что деградация может помешать связыванию вирусной частицы с CD4 рецептором (Ponomarenko et. al., Biochemistry, 2006, Durova et al., Molecular Immunology, 2009). Данный первый удачный опыт может быть распространен и на другие интересующие антигены, способные выполнять роль субстратов для сконструированных абзимов.
В этой связи особого интереса заслуживают работы, доказывающие существование природной абзиматической активности антител и демонстрирующей тем самым роль абзимов в механизме процессинга аутоантигенов. В настоящее время обнаружены десятки реакций, катализируемых природными абзимами (Belogurov et al., BioEssay, 2009). В ряде случаев абсолютно неясно является ли данный процесс благоприятным для пациента или способствует развитию патологии. Впервые нами показано наличие ДНК-гидролизующей активности аутоантител при системной красной волчанке (СКВ) и продемонстрирован молекулярный механизм процессинга этого антигена (Shuster et al., Science, 1992, Gololobov et al., PNAS, 1995, Gololobov et al., Molecular Immunology, 1997). Показана связь ДНК-гидролизующей активности с апоптозом и цитотоксичностью аутоантител. Недавно была продемонстрирована связь абзиматической активности аутоантител с нейродегенеративными процессами (Ponomarenko et al., Immunology letters, PNAS, 2006, Belogurov et al., J. Immunology, 2008, Autoimmunity, 2009).