с 01.01.2023 по настоящее время
с 01.01.2023 по настоящее время
ВАК 4.1.1 Общее земледелие и растениеводство
ВАК 4.1.2 Селекция, семеноводство и биотехнология растений
ВАК 4.1.3 Агрохимия, агропочвоведение
ВАК 4.1.4 Садоводство, овощеводство, виноградарство и лекарственные культуры
ВАК 4.1.5 Мелиорация, водное хозяйство и агрофизика
ВАК 4.2.1 Патология животных, морфология, физиология, фармакология и токсикология
ВАК 4.2.2 Санитария, гигиена, экология, ветеринарно-санитарная экспертиза и биобезопасность
ВАК 4.2.3 Инфекционные болезни и иммунология животных
ВАК 4.2.4 Частная зоотехния, кормление, технологии приготовления кормов и производства продукции животноводства
ВАК 4.2.5 Разведение, селекция, генетика и биотехнология животных
ВАК 4.3.3 Пищевые системы
УДК 543.645.6 пептидов, белков
Цель исследования – обеспечение стабильности рекомбинантного белка GDF-11 путем разработки циклизированной пептидной последовательности, устойчивой к протеолизу, с последующим синтезом плазмиды, кодирующей эту последовательность для экспрессии в E. coli. Объект исследования – рекомбинантный белок CDF-11 суперсемейства белков TGF-β. Для обеспечения устойчивости к протеолизу и биодоступности белка GDF-11 проведена циклизация последовательности NLCLDCDEHS белка путем присоединения двух остатков цистеина с получением последовательности NCLCLDCDEHCS. Пептидная последовательность NCLCLDCDEHCS имеет следующие физико-химические характеристики: два остатка лейцина и четыре цистеина (гидрофобные аминокислоты), один остаток глутаминовой кислоты и два остатка аспаргиновой кислоты (отрицательно заряженные), а также один гистидин (положительно заряженный). Гидрофобность составляет 50 %, общий отрицательный заряд равен 2,75, гидрофобность по Уимли-Уайту – 3,12 ед. Молекулярная масса пептида составляет 1354,532 Да, потенциал связывания с белком (индекс Бомана) – 1,99 ккал/моль. В результате прогнозирования свойств пептидной последовательности установлено, что она имеет оптимальную липофильность и гидрофобность, характеризуется хорошей растворимостью, всасываемостью, проникновением через мембраны клеток, находится в несвязанном состоянии в плазме, имеет низкий плазменный клиренс, длительный период полувыведения, что свидетельствует о ее эффективности и высокой клинической эффективности при пероральном применении и, следовательно, устойчива к протеолизу. Создана плазмида, которая кодирует последовательность NCLCLDCDEHCS в белке GDF-11. Для последующего получения устойчивого к протеолизу белка GDF-11 необходимо будет встроить созданную плазмиду в E. Сoli, метаболитом которой будет вышеуказанный белок, чему и будут посвящены дальнейшие исследования.
белок GDF-11, пептиды, плазмиды, период полувыведения, плазменный клиренс, протеолиз, биодоступность
1. Pasut G. Pegylation of biological molecules and potential benefits: pharmacological properties of certolizumab pegol // BioDrugs. 2014. Vol. 28, № 1. P. 15–23. DOI:https://doi.org/10.1007/s40259-013-0064-z.
2. Pasut G., Veronese F.M. State of the art in PEGylation: the great versatility achieved after forty years of research // Journal of Controlled Release. 2012. Vol. 161, № 2. P. 461–472. DOI: 10.1016/ j.jconrel.2011.10.037.
3. Santos J.H.P.M., Torres-Obreque K.M., Meneguetti G.P., et al. Protein PEGylation for the design of biobetters: from reaction to purification processes // Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences. 2018. Vol. 54. DOI:https://doi.org/10.1590/s2175-97902018000001009.
4. Turecek P.L., Bossard M.J., Schoetens F., et al. PEGylation of biopharmaceuticals: a review of chemistry and nonclinical safety information of approved drugs // Journal of Pharmaceutical Sciences. 2016. Vol. 105, № 2. P. 460–475. DOI:https://doi.org/10.1016/j.xphs.2015.11.015.
5. Villegas M.R., Baeza A., Vallet-Regí M. Nanotechnological strategies for protein delivery // Molecules. 2018. Vol. 23, № 5. P. 1–21. DOI:https://doi.org/10.3390/molecules23051008.
6. Colletier J.P., Chaize B., Winterhalter M., et al. Protein encapsulation in liposomes: efficiency depends on interactions between protein and phospholipid bilayer // BMC Biotechnology. 2002. Vol. 2. P. 1–8. DOI:https://doi.org/10.1186/1472-6750-2-9.
7. Lawrence P.B., Price J.L. How PEGylation influences protein conformational stability // Current Opinion in Chemical Biology. 2016. Vol. 34. P. 88–94. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2016.08.006.
8. Liang C., Amelung W., Lehmann J., et al. Quantitative assessment of microbial necromass contribution to soil organic matter // Global Change Biology. 2019. Vol. 25, № 11. P. 3578–3590. DOI:https://doi.org/10.1111/gcb.14781.
9. Lawrence P.B., Gavrilov Y., Matthews S.S. et al. Criteria for selecting PEGylation sites on proteins for higher thermodynamic and proteolytic stability // Journal of the American Chemical Society. 2014. Vol. 136, № 50. P. 17547–17560. DOI:https://doi.org/10.1021/ja5095183.
10. Munasinghe A., Mathavan A., Mathavan A., et al. Atomistic insight towards the impact of polymer architecture and grafting density on structure-dynamics of PEGylated bovine serum albumin and their applications // The Journal of Chemical Physics. 2021. Vol. 154, № 7. DOI:https://doi.org/10.1063/5.0038306.
11. Belén L.H., Rangel-Yagui C.O., Beltrán Lissabet J.F. et al. From synthesis to characterization of site-selective pegylated proteins // Frontiers in Pharmacology. 2019. Vol. 10, № 1450. P. 1–16. DOI:https://doi.org/10.3389/fphar.2019.01450.
12. Hinds K.D., Kim S.W. Effects of PEG conjugation on insulin properties // Advanced Drug Delivery Reviews. 2002. Vol. 54, № 4. P. 505–530. DOI:https://doi.org/10.1016/S0169-409X(02)00025-X.
13. Chao H., Wang H., Wang X., et al. Genetic dissection of seed oil and protein content and identification of networks associated with oil content in Brassica napus // Scientific Reports. 2017. Vol. 7, № 46295. P. 1–16. DOI:https://doi.org/10.1038/srep46295.
14. Wright A.V., Wang J.Y., Burstein D., et al. A functional mini-integrase in a two-protein type V-C CRISPR system // Molecular Cell. 2019. Vol. 73, № 4. P. 727–737.e3. DOI:https://doi.org/10.1016/j.molcel. 2018.12.015.
15. Zheng Z., Ji H., Zong W., et al. Construction and characterization of immunoliposomes targeting fibroblast growth factor receptor 3 // AMB Express. 2019. Vol. 9, № 1. DOI:https://doi.org/10.1186/s13568-019-0875-5.
16. Rosen C.B., Francis M.B. Targeting the N terminus for site-selective protein modification // Nature Chemical Biology. 2017. Vol. 13, № 7. P. 697–705. DOI:https://doi.org/10.1038/nchembio.2416.
17. Cooper C.E., Bird M., Sheng X., et al. Stability of maleimide-PEG and mono-sulfone-PEG conjugation to a novel engineered cysteine in the human hemoglobin alpha subunit // Frontiers in Chemistry. 2021. Vol. 9, № 707797. P. 1–11. DOI:https://doi.org/10.3389/fchem.2021.707797.
18. Dozier J.K., Distefano M.D. Site-specific pegylation of therapeutic proteins // International Journal of Molecular Sciences. 2015. Vol. 16, № 10. P. 25831–25864. DOI:https://doi.org/10.3390/ijms161025831.
19. Ma Y., Lee C., Park J. Strategies for optimizing the production of proteins and peptides with multiple disulfide bonds // Antibiotics. 2020. Vol. 9, № 9. P. 541. DOI:https://doi.org/10.3390/antibiotics9090541.
20. Costa S., Almeida A., Castro A., et al. Fusion tags for protein solubility, purification, and immunogenicity in Escherichia coli: the novel Fh8 system // Frontiers in Microbiology. 2014. Vol. 5. P. 1–20. DOI:https://doi.org/10.3389/fmicb.2014.00063.
21. Kosobokova E.N., Skrypnik K.A., Kosorukov V.S. Overview of fusion tags for recombinant proteins // Biochemistry (Moscow). 2016. Vol. 81, № 3. P. 187–200. DOI:https://doi.org/10.1134/S0006297916030019.
22. Biesemann N., Mendler L., Wietelmann A., et al. Myostatin regulates energy homeostasis in the heart and prevents heart failure // Circulation Research. 2014. Vol. 115. P. 296–310. DOI: 10.1161/ CIRCRESAHA.115.304185.
23. Poggioli T., Vujic A., Yang P., et al. Circulating growth differentiation factor 11/8 levels decline with age // Circulation Research. 2016. Vol. 118. P. 29–37. DOI:https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.115.307521.
24. Du G.Q., Shao Z.B., Wu J., et al. Targeted myocardial delivery of GDF11 gene rejuvenates the aged mouse heart and enhances myocardial regeneration after ischemia-reperfusion injury // Basic Research in Cardiology. 2017. Vol. 112. P. 7. DOI:https://doi.org/10.1007/s00395-016-0593-y.
25. Walker R.G., Czepnik M., Goebel E.J., et al. Structural basis for potency differences between GDF8 and GDF11 // BMC Biology. 2017. Vol. 15. P. 19. DOI:https://doi.org/10.1186/s12915-017-0350-1.
26. Lee Y.S., Lee S.J. Regulation of GDF-11 and myostatin activity by GASP-1 and GASP-2 // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2013. Vol. 110. P. E3713–E3722. DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.1309907110.
27. Anderson S.B., Goldberg A.L., Whitman M. Identification of a novel pool of extracellular pro-myostatin in skeletal muscle // Journal of Biological Chemistry. 2008. Vol. 283. P. 7027–7035. DOI:https://doi.org/10.1074/jbc.M706678200.
28. Yadin D., Knaus P., Mueller T.D. Structural insights into BMP receptors: specificity, activation and inhibition // Cytokine & Growth Factor Reviews. 2016. Vol. 27. P. 13–34. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cytogfr. 2015.11.005.
29. Weiss A., Attisano L. The TGFbeta superfamily signaling pathway // Wiley Interdisciplinary Reviews: Developmental Biology. 2013. Vol. 2. P. 723–729. DOI:https://doi.org/10.1002/wdev.86.
30. Webster J., Oxley D. Protein identification by Peptide Mass Fingerprinting // Methods in Molecular Biology. 2012. Vol. P. 723–730.
31. Hubler S.L., Craciun G. Periodic patterns in distributions of peptide masses // Biosystems. 2012. Vol. 109, № 2. P. 179–185. DOI:https://doi.org/10.1016/j.biosystems.2012.04.008
32. Muttenthaler M., King G.F., Adams D.J., et al. Trends in peptide drug discovery // Nature Reviews Drug Discovery. 2021. Vol. 20, № 4. P. 309–325. DOI:https://doi.org/10.1038/s41573-020-00135-8.
33. Liu X.Y., Ji X., Heinis C., et al. Peptide-hypervalent iodine reagent chimeras: enabling peptide functionalization and macrocyclization // Angewandte Chemie International Edition. 2023. Vol. 62, № 33. P. e202306036. DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202306036.
34. Keppler J.K., Heyse A., Scheidler E., et al. Towards recombinantly produced milk proteins: physicochemical and emulsifying properties of engineered whey protein betalactoglobulin variants // Food Hydrocolloids. 2021. Vol. 110. P. 106132. DOI:https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.106132.
35. Mund T., Lewis M.J., Maslen S., et al. Peptide and small molecule inhibitors of HECT-type ubiquitin ligases // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2014. Vol. 111, № 47. P. 16736–16741. DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.1412152111.
36. Grover T., Mishra R., Bushra, et al. An insight into biological activities of native cyclotides for potential applications in agriculture and pharmaceutics // Peptides. 2021. Vol. 135. P. 170430. DOI:https://doi.org/10.1016/j. peptides.2020.170430.
37. Broccatelli F., Aliagas I., Zheng H. Why decreasing lipophilicity alone is often not a reliable strategy for extending IV half-life // ACS Medicinal Chemistry Letters. 2018. Vol. 4. P. 522–527. DOI:https://doi.org/10.1021/acsmedchemlett.8b00047.
38. Arnott J.A., Planey S.L. The influence of lipophilicity in drug discovery and design // Expert Opinion on Drug Discovery. 2012. Vol. 10. P. 75. DOI:https://doi.org/10.1517/17460441.2012.714363.
39. Yang Z.Y., Yang Z.J., Dong J., et al. Structural analysis and identification of colloidal aggregators in drug discovery // Journal of Chemical Information and Modeling. 2019. Vol. 59. P. 3714–3726. DOI:https://doi.org/10.1021/acs.jcim.9b00541.
40. Duan Y.J., Fu L., Zhang X.C., et al. Improved GNNs for Log D7.4 prediction by transferring knowledge from low-fidelity data // Journal of Chemical Information and Modeling. 2023. Vol. 24. P. 2345–2359. DOI:https://doi.org/10.1021/acs.jcim.2c01564.
41. Lovering F., Bikker J., Humblet C. Escape from flatland: increasing saturation as an approach to improving clinical success // Journal of Medicinal Chemistry. 2009. Vol. 52, № 21. P. 6752–6756. DOI:https://doi.org/10.1021/jm901241e.
