mile米乐中国官方网站 发现蛋白质变性并变小

由今村宏助理教授（前立命馆大学助理教授、前国立先进产业技术研究院博士后研究员）和国立先进产业技术研究院 (AIST) 生物医学研究部客座研究员 Shinya Honda 领导的研究小组发现了一种变性且变小的蛋白质。到目前为止，人们认为蛋白质在变性时无一例外都会变大，这颠覆了关于蛋白质的传统观念。该研究成果于2023年4月24日发表在美国化学会国际期刊《物理化学快报杂志

蛋白质是在生物体中发挥作用的重要分子。它也被用作药物，并且使人为控制生物体的功能成为可能。蛋白质需要具有特定的形状（自然结构），因此如果它们变形，它们可能无法正常发挥作用。这个转变

最近的研究表明，即使是变性形式（变性结构）也具有重要的生物学作用。然而，变性结构的细节尚不清楚。使用最新的人工智能技术预测自然结构已成为可能。然而，预测蛋白质的变性结构很困难。这是因为对变性结构没有足够的研究或数据。

迄今为止，人们认为蛋白质会因加热、酸/碱处理等而变性，分子尺寸（回转半径）无一例外地增大。生物学教科书经常用如图 1 左侧所示的图像来描述它。然而，在这项研究中，今村助理教授和他的团队发现了一种会变性并变小的蛋白质（图 1 右图）。这种蛋白质是一种称为免疫球蛋白 (IgG) 的抗体。抗体是体内产生的蛋白质，用于对抗疾病和病毒。最近，工厂生产的抗体也被用作药物。

这次，我们发现当IgG浸泡在酸中时，其天然的Y形结构会变成更小的结构。由于无法用传统的经验规则来解释，今村助理教授等人领导的研究小组试图通过以下方式解释这一现象：新型号该结果还表明，对于 IgG 以外的其他大蛋白（多结构域蛋白）也可能发生同样的情况。蛋白质科学这就是上面的重要发现（图1）。尽管变性和较小抗体的生物学意义尚不完全清楚，但人们认为它与改善胃消化阻力（促进被动免疫）和抗体产生细胞的分泌（提高生产力）有关。

同样重要的是，在用作药物的抗体中发现了这种现象。阐明变性抗体副作用的原因和抗体药物的制造成本（图2）。

最初的目标不是发现“变性并变小的蛋白质”，而是研究抗体因制造药品时使用的酸性溶液而变性和聚集的机制。由于结构在变性时会膨胀，所以我想观察哪些部分更容易破裂。

事实上，在 20 世纪 90 年代，曾报道过将抗体浸入酸中时出现的神秘现象，显示出与其自然状态或典型变性状态不同的光谱特性和抗原抗体反应。然而，当时还无法分离和观察五蕴，五蕴是杂质，它们的真实性质仍然是个谜。

本研究采用新技术观察蛋白质结构，同时防止聚集体污染尺寸排阻色谱小角 X 射线散射，我们成功观察到了溶液中抗体的变性结构。结果表明，抗体以不同于其原始形式的形式存在。

*这项研究得到了日本学术振兴会 (JSPS) 的科学研究补助金 (JP19H03363、JP21K06503) 的支持。使用高能加速器研究组织的 Photon Factory BL-10C 进行尺寸排阻色谱小角 X 射线散射测量。

(1) 退化

指由于蛋白质或核酸的部分或全部天然结构（特别是二级、三级或四级结构）发生变化而丧失生物活性[1,2]。即使没有外部因素（例如热量或 pH 值），蛋白质也会发生变性，但发生这种情况的概率通常很小。改变热量、pH 值等会增加变性的可能性。退化结构是否因外部因素的类型而存在差异是退化结构研究的一个重要问题。[返回来源]

(2) 新模型（蛋白质变性并变小）

在这项研究中，我们提出了一个模型，其中抗体分子内的域相互作用并相互关联。由于这种模式类似于聚集，因此被称为“分子内聚集”。可以独立于结构域存在的蛋白质结构单元，IgG中有12个。[返回来源]

(3) 蛋白质科学

蛋白质科学是蛋白质研究的跨学科领域。研究从化学、生物学、物理学和信息科学等广泛的领域和角度进行，从蛋白质结构、功能和进化的基础知识到蛋白质设计和药物应用。欲了解更多信息，请访问日本蛋白质学会网站（https://wwwpssjjp/) 等可能会有所帮助。[返回来源]

(4)抗体药物

抗体药物是由特异性结合疾病相关分子的抗体（蛋白质）制成的药物。它被归类为生物制药（生物制品）。在许多情况下，培养使用基因重组技术人工创建的细胞，然后将表达的抗体纯化至高纯度并商业化。对癌细胞等表现出高特异性，具有高治疗效果。抗体药物的制造方法是将抗体基因导入哺乳动物细胞中，培养它们并将抗体分泌到细胞外，仅将抗体吸附到亲和柱上，洗涤，然后将酸性溶液倒入柱中以洗脱并收集抗体。被这种酸性溶液变性的抗体通过中和恢复到其天然结构，但其中一些会变成聚集体。有人指出，当变性抗体形成聚集体时，可能会在患者体内引起过敏反应（副作用）[2]。[返回来源]

(5)（蛋白质）聚集

蛋白质分子粘在一起（分子间缔合）。尽管有多种方法可以做到这一点，但众所周知，一旦变性蛋白质聚集，它们通常不会恢复到原始状态[2]。[返回来源]

(6) 恶化

自然结构的破坏称为物理恶化，水解等化学变化称为化学恶化。[2]变性和伴随变性的聚集构成物理劣化。抗体药物的物理劣化是人们所不希望看到的，因此在开发抗体药物时，要测试候选抗体分子对物理劣化的敏感性。[返回来源]

(7)尺寸排阻色谱小角X射线散射

它是尺寸排阻色谱法(SEC)和小角X射线散射(SAXS)相结合的方法，也称为SEC-SAXS法。 SEC 是一种根据蛋白质分子量分离蛋白质的方法，也称为分子筛[2]。 SAXS法是观察X射线散射中的小角度散射的方法，可以根据散射图案来研究蛋白质的大小（回转半径）和分子形状。 SAXS 方法的缺点是即使混入少量大分子量聚集体也无法获得正确结果。SEC-SAXS 方法是 SEC 方法的组合，可以在分析蛋白质结构的同时防止聚集体污染。[返回来源]

[1] Vert 等人，Pure Appl。化学。 84, 377–410 (2012)。
[2] Tsumoto、Ishii、Uchiyama、Honda 编辑，质量评估关键的生物制药分析方法：您需要了解的基础知识 x 高级应用，Jiho (2022)。