Ш БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 2000, том 26, № 10, с. 784-785
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ - ____г_
2000 ГОД
УДК 577.2.083.3
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ИММУНОЛОГИЯ. ОТ ГЕНОВ ИММУНОГЛОБУЛИНОВ - К ИСКУССТВЕННЫМ АНТИТЕЛАМ, ОТ АНТИТЕЛ - К БИОМЕДИЦИНЕ
©2000 г. С. М.Деев
Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 117871, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10; Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, Москва
Молекулярная иммунология не упоминается в статье Ф. Крика. Она сформировалась за последние два-три десятилетия и обогатила биологическую науку целым рядом фундаментальных открытий, о чем свидетельствует присуждение за иммунологические исследования четырех Нобелевских премий (в 1972, 1984, 1987 и 1996 гг.). Принципиальное отличие молекулярной иммунологии от "классической", которая была наукой описательной, заключается в ее структурно-функциональном подходе к объекту исследования, в изучении взаимосвязи строения молекул и их иммунологических функций и, наконец, как следствие этого, в направленном изменении молекулярной структуры компонентов иммунной системы с целью точного и эффективного воздействия на организм в целом.
Революционный прогресс в методах генетической инженерии позволил ставить и успешно решать задачи по созданию не существующих в природе иммуноглобулинов, цитокинов, рецептор-ных белков путем добавления в молекулу или удаления из нее отдельных доменов либо путем введения точечных мутаций, заменяя отдельные аминокислоты в макромолекуле. Столь же интенсивно развивалось изучение генов иммунной системы. Генетические манипуляции с фрагментами ДНК позволяют выяснить их значение, а "нокаут" целого гена - установить роль кодируемого им белка в функционировании иммунной системы организма. Результаты этих исследований ведут к пониманию тонкой структуры иммунологических биополимеров и обогащают фундаментальную биологию принципиальными открытиями (функционирование генома, межклеточные взаимодействия и т.д.). В то же время, и это еще одна характерная черта современной молекулярной иммунологии, началось и очень быстро нарастает практическое использование ее достижений в медицине, биотехнологии, экологии и сельском хозяйстве.
В короткой заметке невозможно остановиться на всех направлениях современной молекулярно-
генетической иммунологии. В качестве примера идейных и методологических подходов скажем лишь об инженерии антител - исторически первого и сейчас наиболее развитого направления в этой области.
Инженерия антител имеет своей целью создание на основе генов не существующих в природе белков иммунной системы с запрограммированными свойствами для фундаментальных исследований и практического использования. Идеологические основы этого направления сформировались после открытия Милыптейном и Келлером принципов получения моноклональных антител (Нобелевская премия 1984 г.).
В течение короткого времени был получен целый ряд мышиных моноклональных антител с отличными характеристиками (аффинность, специфичность) к различным антигенам, в том числе и поверхностным маркерам опухолевых клеток. У части исследователей возник соблазн применить их в человеческом организме, что и было сделано. Однако вскоре выяснилось, что, как и следовало ожидать, чужеродные (мышиные) антитела вызывают у человека иммунный ответ. Это приводит к их быстрому катаболизму и опасно для организма пациента. Стало ясно, что необходимо либо заменять участки молекулы, не отвечающие за распознавание опухолевой клетки, на соответствующие фрагменты человеческого происхождения (гуманизированные антитела), либо удалять домены, не вовлеченные в связывание антигена (мини-антитела).
Эти два направления и доминируют в настоящее время в инженерии антител. Получен ряд химерных мышь/человек и полностью "очеловеченных" антител. Показано, что возможно не только "очеловечивать" антитела, но и менять их изотип (например, от к ^Е), прививая таким образом ре-комбинантному иммуноглобулину принципиально новые свойства по взаимодействию с системой комплемента. Однако практическое использование этих исследований в биомедицине сдерживалось отсутствием безопасных и технологичных
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ИММУНОЛОГИЯ
785
биопродуцентов полноразмерных рекомбинант-ных антител. Развитие в последнее время технологий трансгенных животных и растений позволяет с уверенностью предположить, что в ближайшие годы будут активно конструироваться и применяться в клинической практике не только генно-инженерные антитела, цитокины и другие эффекторные молекулы, но и рекомбинантные производные, составленные из фрагментов различных классов соединений. Таким образом, будет достигаться тонкое и точное воздействие на организм.
Область мини-антител развивалась более интенсивно, в первую очередь из-за доступности их в бактериальных продуцентах. Мини-антитела представляют собой только вариабельные домены антитела, соединенные пептидным мостиком. Они достаточно эффективно распознают антиген, не требуют для своего функционирования гликозилирования, легко достигают клеток-ми-шеней, быстро выводятся из организма. Однако, поскольку они лишены константных доменов антитела, опосредующих эффекторные цитотокси-ческие функции, их необходимо снабжать другими агентами для воздействия на патологические ткани. Для этого используются белковые токсины, химические препараты, радионуклиды. Большой прогресс в получении мини-антит*й1 связан с развитием фагового и рибосомного дисплея - методологий, позволяющих отбирать молекулы с требуемыми свойствами из чрезвычайно обширных фаговых библиотек. Эти же технологии позволяют проводить направленный поиск абзимов -антител, обладающих ферментативными свойствами. Методами белковой инженерии на основе мини-антител можно успешно конструировать бифункциональные производные: биспецифичес-кие антитела (в частности, для перенацеливания киллерных клеток на опухоли), антитела с раз-
личными ферментами (новые возможности создания реагентов для иммунохимии), антитела и эффекторные молекулы неиммуноглобулиновой природы (иммунотерапия).
Одним из недостатков мини-антител является их моновалентность, в результате которой они значительно проигрывают в авидности двухвалентным природным антителам. Начавшийся в последние годы поиск путей получения двух- и мультивалентных производных биотехнологичных мини-антител позволит значительно расширить возможности их применения в самых различных областях, например в технологии микрочипов. Но наиболее важной, по-видимому, будет оставаться разработка биомедицинских приложений рекомбинантных антител, в частности для ранней неинвазивной диагностики, а также точной и эффективной терапии раковых опухолей.
Возвращаясь к статье Ф. Крика, следует отметить, что он в 1970 г., так же как и В.А. Энгель-гардт в своей статье в 1971 г. (В.А. Энгельгардт. К статье Ф. Крика "Молекулярная биология в 2000 году" // Природа. 1971. № 7. С. 46-48), отводил важную роль физико-химическим исследованиям биополимеров. 30 лет спустя, в 2000 г., это в полной мере актуально и для объектов, с которыми оперирует молекулярная иммунология. В частности, в области инженерии антител в известной степени доминировал поиск "волшебной пули" -новой молекулы, способной найти и поразить клетку-мишень. Между тем не менее, а возможно, и более важная задача - улучшение аффинности и специфичности нацеливающей рекомбинант-ной молекулы, оптимизация ее размера, заряда, фолдинга и стабильности на основе их детального и целенаправленного исследования с помощью физико-химических методов.
5 БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ том 26 № 10 2000
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.