Wissenschaftler von der Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) aufgezeigt haben, wie eine spezielle Klasse von pflanzlichen Enzymen, bekannt als Peptid-ligasen, die Arbeit an join-Proteine zusammen. Eine solche Bindung ist ein wichtiger Vorgang in der Entwicklung von Medikamenten, zum Beispiel in speziell anfügen einer Chemotherapie-Medikament zu einem Antikörper, der erkennt, Tumor-Marker, um target-Krebs-Zellen.
Breiter, Peptid-ligasen sind ein nützliches Werkzeug in der biotechnologischen und biomedizinischen Anwendungen wie protein-labelling, imaging und tracking von Proteinen in den Körper.
Die NTU Singapur-Wissenschaftler haben gezeigt, dass das Geheimnis um ein Peptid-ligase-s ‚Sekundenkleber‘ Anwesen befindet sich auf zwei spezifische Regionen des Enzyms, die ihm die Fähigkeit, fügen sich zu anderen Molekülen, und zum ändern der rate, mit der es funktioniert.
Die NTU team unter der Leitung von Associate Professor Julien Lescar und Professor James Tam von der NTU School of Biological Sciences verwendet sein neu gewonnenes wissen für die Entwicklung einer neuen Labor-erstellt Peptid-ligase-basierend auf der genetischen information von der chinesischen Violett (Viola yedoensis), eine heilpflanze, die mit Antibiotika und anti-inflammatorische Eigenschaften.
Der künstlich angelegt Peptid-ligase, auch bekannt als rekombinante Peptid-ligase, kann helfen, die Entwicklung von Medikamenten aus Komponenten genommen, die aus lebenden Organismen, als es überwindet die Beschränkungen von aktuellen Methoden, wie Nebenprodukte oder giftige Moleküle verändern können, dass ein Medikament die Funktion und Wirksamkeit.
Die Ergebnisse wurden im April veröffentlicht in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Associate Professor Julien Lescar, wer ist auch in der NTU-Institut der Strukturellen Biologie (NISB), sagte, „Wir haben, was wir gelernt haben, in der Natur zu konstruieren eines rekombinanten Enzyms in das Labor. Er bindet sich an ein bestimmtes protein, welches dann schließt, um ein bestimmtes anderes protein oder Molekül. Diese neue Art, Dinge zu tun, könnte untermauern, bessere diagnostische tests oder anti-Krebs-Medikamente.“
Derzeit, während drug development, protein-Molekülen zusammengenäht sind chemisch. Dies ist zwar effizient, verlässt das Verfahren, indem Sie-Produkte können einen Einfluss auf die Funktion des Endprodukts.
Pflanze abgeleitete Peptid-ligasen haben sich als ein zuverlässiger protein ‚Sekundenkleber‘ als ligasen abgeleitet von Bakterien, oder die Verwendung von Chemikalien binden Proteine zusammen. Assoc Prof Lescar darauf hingewiesen, dass die pflanze extrahierten Enzyme tragen können Spurenstoffe, dass könnte wiederum Allergien auslösen, und die Verfügbarkeit des Enzyms ist abhängig von erfolgreich anbauen und ernten. Im Gegensatz dazu, das neue NTU-entwickelt rekombinante Enzym produziert werden können, im Labor in großen Mengen ohne Nebenprodukte.
Professor James Tam, der auch in der NISB, sagte, „In sehr einfachen Worten, unsere Arbeit zum erstellen dieser ligasen bietet eine verbesserte Plattform für Präzision biomanufacturing von Medikamenten, Diagnostika und Biomaterialien.“
Nehmen Sie ein Blatt aus der Natur-Buch
Die NTU team untersuchten die genetischen Informationen der Enzyme extrahiert aus dem chinesischen Violett (Viola yedoensis) und die Kanada-veilchen (Viola canadensis). Anstatt der überprüfung der Effizienz dieser Enzyme extrahiert, die Wissenschaftler entwickelt fünf rekombinante Enzym-Proben durch einsetzen der Enzyme Gene in eine Insekten-Zell-Kultur. Von den fünf Proben, drei sind Peptid-ligasen. Die anderen beiden sind Proteasen, das sind Enzyme, die an protein-Moleküle in kleinere peptidketten.
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass eine der rekombinanten Peptid-ligase-Proben, VyPAL2, hat außergewöhnliche Bindung Eigenschaften, und ist 3.000-mal mehr effizient als die anderen drei bekannten Typen von ligasen.
Durch eine strukturelle Analyse von VyPAL2, die NTU-team dann verengt sich die „Leitstellen“ der ‚Sekundenkleber‘ – Eigenschaft auf zwei spezifische Regionen, die Sie genannt LAD1 und LAD2. LAD1 wirkt sich auf die rate der enzymatischen Aktivität, während LAD2 bestimmt, ob das Enzym Exponate ligase-oder protease-Aktivität.
Drehen Proteasen in peptide-ligasen
Eine weitere Entdeckung, die sich aus der Kenntnis des Peptid-ligase-molekulare Mechanismus ist eine Methode zum umwandeln von einem cutter (eine protease) in einen Tischler (Peptid-ligase). Dies kann getan werden durch die Einführung von Mutationen in die LAD1 und LAD2 Regionen der protease.
Zu wissen, diese conversion-Prozess eröffnet Möglichkeiten für die Identifizierung von neuartigen interessanten Peptid-ligasen, indem Sie einfach durchkämmen protein-Sequenz-Datenbanken, sagte Assoc Prof Lescar.
„Wenn Sie Zehntausende von Proteasen, und nur ein paar bekannte Peptid-ligasen, die Schleppnetzfischerei durch die Sequenz-Datenbanken mit den LAD1 und LAD2 Regionen wie die Suche nach Kriterien, die dazu führen könnten, die Entdeckung von mehr Proteasen konvertiert werden können in der Peptid-ligasen. Es ist wie ein „fishing expedition“, aber wir wissen jetzt zumindest, wo Sie zu Fischen.“
Zukünftige Anwendungen
Das team erhielt vor kurzem die Finanzierung von NTUitive, NTU innovation und enterprise-Unternehmen, und arbeitet jetzt an der Entwicklung der rekombinanten Enzym in ein Produkt. Das Produkt wird schließlich verkauft Epitoire, ein start-up gegründet von Assoc Prof Lescar. Das start-up vertreibt DNA -, RNA-und protein-Reagenzien für Wissenschaftler und Forscher, die dies wünschen, protein-Modifikation.
Das team ist auch die Partnerschaft sowohl die lokalen und ausländischen medizinischen Schulen und Gesundheitseinrichtungen verwenden dieses rekombinante Enzym in der diagnostischen Bildgebung, wie Gehirn-Tumor-Bildgebung während einer Operation.
Wurde ein patent eingereicht für die Schaffung des rekombinanten Enzyms, sowie der Mechanismus, konvertiert eine protease, in einer ligase.