pH-selektive Mutagenese von Protein-Protein-Schnittstellen: In silico Design von therapeutischen Antikörpern mit verlängerter Halbwertszeit

Das Verständnis der Auswirkungen von Mutationen auf die pH-abhängige Bindungsaffinität von Proteinen ist wichtig im Proteindesign, insbesondere im Bereich der Proteintherapeutika. Wir schlagen eine neuartige Methode für eine schnelle in silico Mutagenese von Protein-Protein-Komplexen vor, um den Effekt von Mutationen in Abhängigkeit vom pH-Wert zu berechnen. Die Unterschiede der freien Energien zwischen dem Wildtyp und den Mutanten werden aus einem molekulare Mechanik-Modell bewertet, kombiniert mit Berechnungen der Gleichgewichte der Protonenbindung. Die vorhergesagten pH-abhängigen Energiekurven zeigen eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit experimentell gemessenen pH-Abhängigkeiten der Auswirkungen von Mutationen auf die Dissoziationskonstanten des Komplexes des Truthahn-Ovomukoid-Dritten Bereichs (OMTKY3) und Proteinase B. Die virtuelle Scanning-Mutagenese identifiziert alle Hotspots, die für die pH-abhängige Bindung von Immunoglobulin G (IgG) an den neonatalen Fc-Rezeptor (FcRn) verantwortlich sind, und die Ergebnisse unterstützen das aktuelle Verständnis des Rückgewinnungsmechanismus des Antikörpers durch FcRn basierend auf pH-selektiver Bindung. Die Methode kann verwendet werden, um Mutationen auszuwählen, die die pH-abhängigen Bindungsprofile von Proteinen verändern und die zeitaufwändigen und kostspieligen Proteinengineering-Experimente leiten. Als Anwendung dieser Methode schlagen wir eine rechnergestützte Strategie vor, um nach Mutationen zu suchen, die das pH-abhängige Bindungsverhalten von IgG an FcRn verändern können, mit dem Ziel, die Halbwertszeit therapeutischer Antikörper im Zielorganismus zu verbessern.