Rationales Design stabiler und funktioneller Hirudin-III-Mutanten mit geringerer Antigenität

Hirudin is an inhibitor of thrombin and used as an effective anticoagulant, but has a potential to develop unacceptable immune responses. In this study, two computational tools were used to predict T-cell epitopes within Hirudin variant III (HVIII) sequence, and design mutations that would lessen its antigenicity. Homology models of native and mutant HVIII proteins (T4K, S9G, V21G, and V21K) were generated, and further used to assess their interactions with thrombin. The docking experiment showed that all mutants had a suitable pattern of interactions, with similar or lower interaction energies compared with the native protein. These complexes were subsequently subjected to molecular dynamics simulation. All mutants complexes had overall stable structures over simulation time, with RMSD, gyration radius, hydrogen bonds numbers, and accessible surface areas patterns that were comparable with the native HVIII over time. Interestingly, in all mutants, a shorter length was observed for the two salt bridges Arg73-Asp55 and Arg77-Glu57, which are suggested to be important in Hirudin-thrombin complex formation. Best selected mutants expressed in Escherichia coli BL21(DE3), subsequently SDS-PAGE and Western blot analysis confirmed the successful same expression of Hirudin and mutants. In conclusion, we believe that this computational approach could identify potentially safer proteins with preserved or even improved functionality.

Abstract aus PubMed (NCBI) für den zitierten Eintrag, in der Originalsprache wiedergegeben. Maßgeblich ist die Fassung der Originalpublikation.

Das Abstract wird nicht übersetzt, damit die eigene Wortwahl der Autoren erhalten bleibt.

Hirudin ist ein Thrombininhibitor und wirksames Antikoagulans, kann jedoch unakzeptable Immunreaktionen auslösen. Mit zwei computergestützten Verfahren wurden T-Zell-Epitope der Variante HVIII vorhergesagt und Mutationen (T4K, S9G, V21G, V21K) zur Verringerung der Antigenität entworfen. Im Docking zeigten alle Mutanten mit Thrombin vergleichbare oder niedrigere Interaktionsenergien als das native Protein und in Molekulardynamiksimulationen stabile Strukturen; die Expression der besten Mutanten in Escherichia coli BL21(DE3) bestätigten SDS-PAGE und Western blot. Laut Autoren könnte dieser Ansatz potenziell sicherere Proteine mit erhaltener Funktionalität identifizieren.

Erfahren Sie, wie diese Forschung mit der klinischen Praxis verknüpft ist

Weitere begutachtete Studien in der Kategorie „Arzneimittelentwicklung“.

• Hirudotherapie in Medizin und Zahnmedizin — Jha K et al. (2015)
• Blutegeltherapie: eine Geschichte — Hyson J (2005)
• Hirudine der asiatischen medizinischen Blutegelart Hirudinaria manillensis: gleich und doch verschieden — Lukas P et al. (2019)
• Transcriptomic analysis of the salivary gland of medicinal leech Hirudo nipponia — Lu Z et al. (2018)
• Molekulardynamische und pharmakologische Untersuchungen an durch Protein-Engineering erzeugten Hirudin-Varianten von Hirudinaria manillensis und Hirudo medicinalis — Sun Y et al. (2022)
• Zellfreie Synthese der Hirudin-Variante 1 des blutsaugenden Egels Hirudo medicinalis — Wüstenhagen D et al. (2020)
• Produktion von Hirudin-Varianten durch gentechnisch veränderte mikrobielle Zellfabriken — Zhang J, Lan N (2018)
• Hirudin bei heparininduzierter Thrombozytopenie — Lubenow N, Greinacher A (2002)
• Hirudin verbessert die diabetische Nephropathie durch Hemmung der Gsdmd-vermittelten Pyroptose — Han J et al. (2023)
• Hirudin als alternatives Antikoagulans – eine historische Übersicht — Markwardt F (2002)

Alle von der ASH analysierten Studien →