داربين

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

بروتينات DARPins ( اختصار لبروتينات التكرار الأنكيرينية المصممة ) هي بروتينات مُهندسة وراثيًا تُحاكي الأجسام المضادة، وتتميز عادةً بقدرة عالية على الارتباط بالبروتينات المستهدفة ، سواءً من حيث التخصص أو الألفة . وهي مُشتقة من بروتينات التكرار الأنكيرينية الطبيعية ، التي تُعدّ من أكثر أنواع البروتينات الرابطة شيوعًا في الطبيعة، والمسؤولة عن وظائف متنوعة مثل الإشارات الخلوية، والتنظيم، والسلامة الهيكلية للخلية. تتكون بروتينات DARPins من ثلاثة أنماط أو وحدات تكرارية على الأقل، حيث تُسمى الوحدتان الطرفيتان N وC بـ"الأغطية"، نظرًا لدورهما في حماية النواة الكارهة للماء للبروتين. يُشار إلى عدد الوحدات الداخلية بالرقم (مثل N1C، N2C، N3C، ...)، بينما يُشار إلى الأغطية بالحرفين "N" أو "C" على التوالي. الكتلة الجزيئية على سبيل المثال 14 أو 18 كيلودالتون (kDa ) لـ DARPins ذات التكرارات الأربعة (N2C) أو الخمسة (N3C) صغيرة جدًا بالنسبة للمواد البيولوجية (حوالي 10٪ من حجم IgG ). 

تُشكّل بروتينات DARPins فئةً جديدةً من العلاجات البروتينية الصغيرة الفعّالة والمتخصصة والمتعددة الاستخدامات، وتُستخدم كأدوات بحثية في تطبيقات بحثية وتشخيصية وعلاجية متنوعة. [ 1 ] تسعى شركة Molecular Partners AG ، وهي شركة أدوية بيولوجية في المرحلة السريرية ولديها العديد من جزيئات DARPin قيد التطوير السريري وما قبل السريري، حاليًا إلى تطوير علاجات DARPins من خلال تطويرها الخاص وبالتوازي مع شركاء. وتعتمد شركة Athebio AG على تحسين بنية DARPin الأساسية لنهج نموذج الشراكة . [ 2 ]

بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام بروتينات DARPins كبروتينات مرافقة للتبلور للبروتينات الذائبة والغشائية، بما في ذلك مستقبلات البروتين المقترن بـ G (GPCRs)، إما كشركاء ارتباط أو كبروتينات اندماجية صلبة مع البروتين المستهدف، وهو مفهوم يجري توسيعه الآن ليشمل تحديد البنية بواسطة المجهر الإلكتروني فائق البرودة. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

الأصل والبنية والتكوين

بروتين DARPin يحتوي على خمسة أنماط تكرارية من الأنكيرين ( PDB : 2QYJ )

تم اكتشاف وتطوير منصة DARPin في مختبر أندرياس بلوكثون بجامعة زيورخ في سويسرا ، أثناء دراسته لهندسة ومكتبات الأجسام المضادة المؤتلفة. [ 7 ] تُشتق بروتينات DARPin من بروتينات أنكيرين الطبيعية، وهي فئة من البروتينات التي تتوسط التفاعلات البروتينية عالية الألفة في الطبيعة.

صُممت مكتبات DARPin عبر محاذاة تسلسلات آلاف من وحدات التكرار الطبيعية للأنكيرين (يتكون كل منها من حوالي 33 حمضًا أمينيًا ) بالاشتراك مع التصميم القائم على البنية وطرق الحمض النووي المؤتلف . [ 7 ] تتكون هذه البروتينات من وحدات هيكلية متكررة تُشكل نطاقًا بروتينيًا مستقرًا بسطح تفاعل محتمل كبير مع الهدف. عادةً، تتألف DARPins من أربعة أو خمسة تكرارات، حيث يعمل التكرار الأول (تكرار التغطية N) والأخير (تكرار التغطية C) على حماية لب البروتين الكاره للماء من البيئة المائية. تتوافق DARPins مع متوسط ​​حجم نطاقات بروتينات تكرار الأنكيرين الطبيعية. البروتينات التي تحتوي على أقل من ثلاثة تكرارات (أي تكرارات التغطية وتكرار داخلي واحد) لا تُشكل بنية ثلاثية مستقرة بما فيه الكفاية. [ 8 ] تعتمد الكتلة الجزيئية لـ DARPin على العدد الإجمالي للتكرارات، كما هو موضح في الرسم البياني التالي:

يكرر34567...
الكتلة التقريبية (كيلودالتون)1014182226...

تم إنشاء مكتبات من بروتينات DARPins ذات بقايا تفاعل محتملة عشوائية مع الهدف على مستوى الحمض النووي. ومن هذه المكتبات، يستطيع علماء الكيمياء الحيوية اختيار بروتينات DARPins للارتباط بالهدف المختار بتقارب وخصوصية عالية (بمقياس البيكومولار) ، ويمكن تحديد هذه الخصوصية باستخدام تقنية عرض الريبوسوم [ 9 ] أو تقنية عرض العاثيات [ 10 ] باستخدام تسلسلات إشارة تسمح بالإفراز أثناء الترجمة. [ 11 ] يمكن تصميم بروتينات DARPins لتعمل كمنشطات أو مضادات أو مضادات عكسية للمستقبلات ، أو مثبطات للإنزيمات ، أو ببساطة كبروتينات مرتبطة بالهدف. [ 1 ]

خصائص وفوائد DARPins المحتملة

تُعبَّر بروتينات DARPins في سيتوبلازم بكتيريا الإشريكية القولونية بمستويات عالية (أكثر من 10  غ/ل في التخمر، و1  غ/ل في قارورة مخروطية) في صورة ذائبة . [ 12 ] تتميز هذه البروتينات بثبات حراري وديناميكي حراري عالٍ ( نقطة منتصف التمسخ : عادةً ما تكون نقطة التفكك المتوازن : ∆G > 9.5 كيلو كالوري/مول ) يزداد مع ازدياد عدد التكرارات. [ 7 ] [ 13 ] [ 14 ] بروتينات DARPins مستقرة في مصل الدم البشري ، ويمكن هندستها بحيث لا تحتوي على محددات مستضدات الخلايا التائية . 

نظراً لخصوصيتها العالية، وثباتها، وفعاليتها، وقدرتها على الارتباط، فضلاً عن بنيتها المرنة، فإن بروتينات DARPins ترتبط بنمط ارتباط صلب . [ 1 ] [ 9 ] تشير التركيبات متعددة الخصوصية أو متعددة التكافؤ، المُصنعة عن طريق الدمج الجيني، إلى أن بروتينات DARPins المدمجة لها خصائص ارتباط مماثلة لبروتينات DARPins أحادية النطاق. [ 1 ] يُمكّن غياب السيستين في البنية الأساسية من هندسة السيستين في مواقع محددة، مما يسمح بربط المواد الكيميائية بالجزيء بشكل موجه. ويمكن إدخال أحماض أمينية غير طبيعية للغرض نفسه. [ 15 ]

من المحتمل أن تُحقق جزيئات DARPins فائدة سريرية من خلال التغلب على قيود الأساليب العلاجية التقليدية، التي تستهدف عادةً مسارًا مرضيًا واحدًا، مما قد يُؤثر سلبًا على فعاليتها. في كثير من الحالات، ينتج تعقيد المرض عن خلل في تنظيم مسارات متعددة. يُمكن الاستفادة من تقنية DARPin لإنتاج آلاف من جزيئات "multi-DARPins" المختلفة بسرعة، حيث تكون نطاقات الارتباط متصلة (أي بواسطة روابط)، مما يُتيح استهداف مسارات مرضية متعددة. كما يُمكن دمج جزيئات DARPins وmulti-DARPins مع عناصر غير DARPin، مثل السموم، [ 16 ] لإنتاج علاجات مُستهدفة، ويُسهل تصنيعها مقاومة جزيئات DARPins للتكتل. يُسهل تنوع أشكال جزيئات multi-DARPins وقوتها اتباع نهج تجريبي (مثل الفحص القائم على النتائج) لتحديد جزيئات DARPins ذات النشاط المُحتمل في مسارات مرضية مُحددة بكفاءة.

تُعزى الفوائد المحتملة لمركبات DARPins إلى حد كبير إلى خصائصها البنيوية والفيزيائية الحيوية. يُعتقد أن صغر حجمها (14-18 كيلو دالتون) يُتيح اختراقًا أفضل للأنسجة، كما أن فعاليتها العالية (أقل من 5-100 بيكومولار) تجعلها نشطة حتى في التركيزات المنخفضة. [ 17 ] تتميز مركبات DARPins بذوبانها عند تركيزات تزيد عن 100 غ/لتر، ويُعتبر استقرارها العالي وذوبانها من الخصائص المرغوبة في المركبات الدوائية. يمكن إنتاج مركبات DARPins بسرعة وبتكلفة منخفضة (مثلًا، من بكتيريا الإشريكية القولونية ). يمكن تعديل خصائصها الحركية الدوائية (PK) عن طريق دمجها مع جزيئات تُطيل عمر النصف، مثل بولي إيثيلين جلايكول (PEG)، أو عن طريق ارتباطها بألبومين مصل الدم البشري. نظرًا لخصائصها الفيزيائية الحيوية المواتية، [ 1 ] تُعتبر مركبات DARPins قابلة للتطوير بدرجة عالية باستخدام العمليات القياسية، ومن المحتمل أن تُظهر سلوكًا قويًا ضمن فئتها.

التطوير والتطبيقات السريرية

استُخدمت مركبات DARPins كأدوات بحثية، [ 1 ] وكعوامل تشخيصية ، [ 17 ] وكعوامل علاجية. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] يُعدّ MP0112، أول مرشح من مركبات DARPin في التجارب السريرية، مثبطًا لعامل نمو بطانة الأوعية الدموية (VEGF)، وقد دخل التجارب السريرية لعلاج التنكس البقعي الرطب المرتبط بالعمر (AMD الرطب، المعروف أيضًا باسم التنكس البقعي الوعائي المرتبط بالعمر) [ 16 ] والوذمة البقعية السكرية [ 22 ] في أوائل عام 2010.

يخضع دواء MP0112 حاليًا للدراسة في ثلاث تجارب سريرية مختلفة. تُعنى التجربتان الأوليان بدراسة سلامة وفعالية دواء أبيسيبار لدى مرضى التنكس البقعي الرطب المرتبط بالعمر، وذلك لتحديد مدى قابلية المقارنة بين المرضى اليابانيين وغير اليابانيين. [ 18 ] [ 20 ] أما الدراسة الثالثة فتهدف إلى اختبار سلامة وفعالية أبيسيبار لدى مرضى وذمة البقعة السكرية. [ 19 ]

في يوليو 2014، بدأت شركة Molecular Partners دراسة أولية على البشر للتحقق من سلامة وتحمل ومستويات الدم لـ MP0250، وهو مرشح ثانٍ من DARPin، لدى مرضى السرطان. [ 21 ]

تمتلك شركة Molecular Partners AG العديد من DARPins الإضافية قيد التطوير قبل السريري مع مؤشرات محتملة في مجالات مرضية مختلفة، بما في ذلك طب العيون ، وعلم الأورام ، وعلم المناعة السرطانية، وعلم المناعة .

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 بلوكثون أ (2015). "بروتينات التكرار المصممة للأنكيرين (DARPins): بروتينات ربط للبحث والتشخيص والعلاج" . المجلة السنوية لعلم الأدوية وعلم السموم . 55 (1): 489-511 . doi : 10.1146/annurev-pharmtox-010611-134654 . PMID 25562645 . 
  2. ↑ www.athebio.com
  3. ↑ ميتل ، بي آر، إرنست، بي، بلوكثون، إيه (فبراير 2020). "توضيح البنية بمساعدة البروتينات المرافقة باستخدام DARPins". الرأي الحالي في علم الأحياء البنيوي . 60 : 93-100 . doi : 10.1016/j.sbi.2019.12.009 . PMID 31918361. S2CID 210133068 .  
  4. ↑ ديلويجي م، كليب أ، كلينك س، ميركلينجر ل، إيبرل س أ، مورستين ل، هاين ب، ميتل ب ر، إرنست ب، كامينيكا ت م، هي ي، فاكا س، إيجلوف ب، هونيجر أ، بلوكثون أ (يناير 2021). "مركبات مستقبل النيوروتنسين 1 مع روابط جزيئية صغيرة تكشف عن المحددات البنيوية للتأثيرات المنشطة الكاملة والجزئية والعكسية" . ساينس أدفانسز . 7 (5) eabe5504. Bibcode : 2021SciA....7.5504D . doi : 10.1126/ sciadv.abe5504 . PMC 7840143. PMID 33571132 .  
  5. ↑ ديلويجي م، مورستين ل، شوستر م، كلينك س، ميركلينجر ل، كريدج ر ر، دي زانغ ل أ، كليب أ، فاكا س، فايد ت م، ميتل ب ر، إيغلوف ب، إيبرل س أ، زيربي أ، تشالمرز د ك، سكوت د ج، بلوكثون أ (يناير 2022). "البنية البلورية لمستقبلات ألفا 1 بي الأدرينالية تكشف المحددات الجزيئية للتعرف الانتقائي على الربيطة" . نيتشر كوميونيكيشنز . 13 (1): 382. Bibcode : 2022NatCo..13..382D . doi : 10.1038/s41467-021-27911-3 . PMC 8770593. PMID 35046410 .  
  6. ↑ كاستيلز-غرايلز، روجر؛ ميدور، كايل؛ أربينغ، مارك أ.؛ ساوايا، مايكل ر.؛ جي، مورغان؛ كاسيو، دويليو؛ غليف، إيما؛ ديبريسيني، جوديت إي.؛ بريد، جيسون؛ ليوبولد، كارولين؛ باتيل، أنكور؛ جاهغيردار، دوشيانت؛ ليونز، برونوين؛ سوبرامانيام، سريرام؛ ييتس، تود (12 سبتمبر 2023). "تحديد بنية البروتينات العلاجية الصغيرة المستهدفة باستخدام المجهر الإلكتروني فائق البرودة بدقة 3 أنغستروم باستخدام دعامة تصوير صلبة" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 120 (37) e2305494120. doi : 10.1073/pnas.2305494120 . ISSN 0027-8424 . PMC 10500258 . PMID 37669364 .   
  7. 1 2 3 بينز إتش كيه، ستامب إم تي، فورر بي، أمستوتز بي، بلوكثون إيه (سبتمبر 2003). "تصميم البروتينات المتكررة: بروتينات عالية التعبير، قابلة للذوبان ومستقرة من مكتبات تركيبية لبروتينات أنكيرين المتكررة المتفق عليها". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 332 (2): 489-503 . CiteSeerX 10.1.1.627.317 . doi : 10.1016/S0022-2836(03)00896-9 . PMID 12948497 .  
  8. ↑ موسوي، إل كيه؛ مينور، دي إل؛ بينغ، زد. -واي. (2002). "المحددات البنيوية المشتقة من التوافق لنمط تكرار الأنكيرين" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 99 (25): 16029-16034 . Bibcode : 2002PNAS...9916029M . doi : 10.1073/pnas.252537899 . PMC 138559. PMID 12461176 .  
  9. 1 2 بينز إتش كيه، أمستوتز بي، كول إيه، ستومب إم تي، برياند سي، فورر بي، غروتر إم جي، بلوكثون إيه (مايو 2004). "روابط عالية الألفة مختارة من مكتبات بروتينات تكرار الأنكيرين المصممة". مجلة نيتشر للتكنولوجيا الحيوية . 22 (5): 575-582 . doi : 10.1038/nbt962 . PMID 15097997. S2CID 1191035 .  
  10. ↑ شتاينر د، فورر ب، بلوكثون أ (2008). "الاختيار الفعال لبروتينات DARPins ذات الألفة دون النانومولية باستخدام عرض العاثيات SRP" (ملف PDF) . بيولوجيا الجزيئات . 382 (5): 1211-1227 . doi : 10.1016/j.jmb.2008.07.085 . PMID 18706916. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 23-09-2017 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 31-01-2019 . 
  11. ↑ شتاينر د، فورر ب، ستومب إم تي، بلوكثون أ (مايو 2006). "تسلسلات الإشارة التي توجه الانتقال المتزامن مع الترجمة توسع نطاق البروتينات القابلة للعرض على العاثيات". مجلة نيتشر للتكنولوجيا الحيوية . 24 (7): 823-831 . doi : 10.1038/nbt1218 . PMID 16823375. S2CID 869587 .  
  12. ↑ البيانات محفوظة لدى شركة Molecular Partners AG.
  13. ↑ كول أ، بينز هـ ك، فورر ب، ستومب م ت، بلوكثون أ، غروتر م ج (مايو 2003). "مصمم ليكون مستقرًا: التركيب البلوري لبروتين تكرار أنكيرين توافقي" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 100 (4): 1700-1775 . Bibcode : 2003PNAS..100.1700K . doi : 10.1073/pnas.0337680100 . PMC 149896. PMID 12566564 .  
  14. ↑ ويتزل إس كيه، سيتاني جي، كينيج إم، بينز إتش كيه، بلوكثون إيه (فبراير 2008). "آلية طي وفك طي بروتينات تكرار أنكيرين المستقرة للغاية ذات التوافق الكامل" (ملف PDF) . مجلة البيولوجيا الجزيئية . 376 (1): 241-257 . doi : 10.1016/j.jmb.2007.11.046 . PMID 18164721. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 24-09-2017 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17-08-2019 . 
  15. ↑ سيمون م، فراي ر، زانجيميستر-ويتكه يو، بلوكثون أ (2013). "التجميع المتعامد لمركب بروتين-سم خلوي مصمم بتكرار أنكيرين مع وحدة ألبومين مصل قابلة للربط لإطالة عمر النصف". كيمياء الاقتران الحيوي . 24 (2): 1955-1966 . doi : 10.1021/bc200591x . PMID 22188139 . 
  16. 1 2 مارتن-كيلياس ب، ستيفان ن، روتشيلد س، بلوكثون أ، زانجيميستر-ويتكه يو (2011). "سم اندماجي جديد مشتق من بروتين تكرار أنكيرين مصمم خصيصًا لـ EpCAM يتمتع بنشاط قوي مضاد للأورام" . مجلة أبحاث السرطان السريرية . 17 (1): 100-110 . doi : 10.1158/1078-0432.CCR-10-1303 . PMID 21075824 . 
  17. 1 2 زاند سي، كاوي إم، ستومب إم تي، دي باسكوال سي، تاماسكوفيتش آر، ناجي-دافيديسكو جي، دراير بي، شيبيلي آر، بينز إتش كيه، وايبيل آر، بلوكثون إيه (2010). "استهداف فعال للأورام باستخدام بروتينات تكرار أنكيرين المصممة ذات الألفة العالية: تأثيرات الألفة والحجم الجزيئي" . أبحاث السرطان . 70 (4): 1595-1605 . doi : 10.1158/0008-5472.CAN-09-2724 . PMID 20124480 . 
  18. 1 2 رقم التجربة السريرية NCT02181517 لـ "دراسة أبيسيبار بيجول في المرضى الذين يعانون من التنكس البقعي المرتبط بالعمر الوعائي الجديد" في Clinicaltrials.gov .
  19. 1 2 رقم التجربة السريرية NCT02186119 لـ "دراسة أبيسيبار بيغول في المرضى الذين يعانون من وذمة البقعة الصفراء السكرية" على Clinicaltrials.gov .
  20. 1 2 رقم التجربة السريرية NCT02181504 لـ "دراسة أبيسيبار بيغول في المرضى اليابانيين المصابين بالتنكس البقعي المرتبط بالعمر الوعائي الجديد" في Clinicaltrials.gov .
  21. 1 2 رقم التجربة السريرية NCT02194426 للدراسة الأولى على البشر للتحقق من سلامة وتحمل ومستويات الدم للدواء التجريبي MP0250 لدى مرضى السرطان" على Clinicaltrials.gov .
  22. ↑ رقم التجربة السريرية NCT01042678 لدراسة "حقن MP0112 داخل الجسم الزجاجي في المرضى الذين يعانون من وذمة البقعة الصفراء السكرية" على موقع ClinicalTrials.gov