بروتين اندماجي

يُعدّ دمج العلامات الفلورية مع البروتينات في الخلية المضيفة تقنية شائعة الاستخدام في أبحاث الخلايا والبيولوجيا التجريبية لتتبع تفاعلات البروتينات في الوقت الحقيقي. عُزلت أول علامة فلورية، وهي البروتين الفلوري الأخضر (GFP)، من قنديل البحر Aequorea victoria، ولا تزال تُستخدم بكثرة في الأبحاث الحديثة. ومن بين المشتقات الأحدث البروتينات الفلورية القابلة للتحويل الضوئي (PCFPs)، والتي عُزلت لأول مرة من شعبة الزهريات (Anthozoa ). تُعدّ علامة Kaede الفلورية الأكثر استخدامًا من بين علامات PCFP ، ولكن تطوير علامة Kikume الخضراء الحمراء (KikGR) في عام 2005 يُوفر إشارة أكثر سطوعًا وتحويلًا ضوئيًا أكثر كفاءة. تكمن ميزة استخدام علامات PCFP الفلورية في القدرة على تتبع تفاعل المسارات الكيميائية الحيوية المتداخلة في الوقت الحقيقي. يتغير لون العلامة من الأخضر إلى الأحمر بمجرد وصول البروتين إلى نقطة محددة في المسار، ويمكن مراقبة البروتين ذي اللون البديل طوال مدة المسار. تُعدّ هذه التقنية مفيدة بشكل خاص عند دراسة مسارات إعادة تدوير مستقبلات البروتين المقترن بـ G (GPCR). قد يتم إرسال مستقبلات البروتين G المعاد تدويرها إما إلى غشاء البلازما لإعادة تدويرها، ويتم تمييزها بعلامة فلورية خضراء، أو قد يتم إرسالها إلى الليزوزوم لتحللها، ويتم تمييزها بعلامة فلورية حمراء. ^{[ 2 ]}

يهدف إنتاج البروتينات الهجينة في تطوير الأدوية إلى نقل خصائص كل من البروتينات الأصلية إلى البروتين الهجين الناتج. وتتوفر حاليًا عدة أدوية بروتينية هجينة للاستخدام الطبي.

العديد من الأدوية البروتينية الكيميرية هي أجسام مضادة وحيدة النسيلة ، طُوِّرت خصوصيتها لجزيء مستهدف باستخدام الفئران، ولذا كانت في الأصل أجسامًا مضادة "فأرية". وباعتبارها بروتينات غير بشرية، تميل الأجسام المضادة الفأرية إلى إثارة استجابة مناعية عند إعطائها للبشر. تتضمن عملية الكيميرية هندسة استبدال أجزاء من جزيء الجسم المضاد التي تميزه عن الجسم المضاد البشري. على سبيل المثال، يمكن إدخال نطاقات ثابتة بشرية ، مما يؤدي إلى إزالة معظم الأجزاء التي قد تُثير استجابة مناعية في الدواء دون تغيير خصوصيته للهدف العلاجي المقصود. يشير نظام تسمية الأجسام المضادة إلى هذا النوع من التعديل بإضافة اللاحقة -xi- إلى الاسم غير المسجل الملكية (مثل abci- xi -mab ). إذا استُبدلت أجزاء من النطاقات المتغيرة أيضًا بأجزاء بشرية، نحصل على أجسام مضادة مُؤنسنة . على الرغم من أنها لا تختلف مفهوميًا عن الكيميرات، يُشار إلى هذا النوع باستخدام اللاحقة -zu- كما في dacli -zu -mab . راجع قائمة الأجسام المضادة وحيدة النسيلة لمزيد من الأمثلة.

إضافةً إلى الأجسام المضادة المُهجّنة والمُؤنسنة، توجد أغراض صيدلانية أخرى لإنشاء تركيبات مُهجّنة. على سبيل المثال، يُعد إيتانيرسيبت مُثبِّطًا لعامل نخر الورم ألفا ( TNFα ) تم إنشاؤه من خلال دمج مُستقبل عامل نخر الورم (TNFR) مع جزء Fc من الغلوبولين المناعي G1 . يُوفر مُستقبل عامل نخر الورم (TNFR) خصوصيةً لهدف الدواء، ويُعتقد أن جزء Fc من الجسم المضاد يُضيف استقرارًا وقدرة على توصيل الدواء. ^{[ 3 ]} تشمل البروتينات المُهجّنة الأخرى المُستخدمة في التطبيقات العلاجية ما يلي:

• أفليبيرسيبت : بروتين بشري معاد تركيبه يساعد في علاج سرطان القولون والمستقيم النقيلي المقاوم للأوكساليبلاتين، والتنكس البقعي الوعائي الجديد ، والوذمة البقعية . ^{[ 3 ]}
• ريلوناسيبت : يقلل الالتهاب عن طريق منع تنشيط مستقبلات IL-1 لعلاج المتلازمات الدورية المرتبطة بالكريوبيرين (CAPS). ^{[ 3 ]}
• أليفاسيبت : تنظيم استجابات الخلايا التائية عن طريق استهداف خلايا الذاكرة التائية الفعالة بشكل انتقائي لعلاج الصدفية الشائعة . ^{[ 3 ]}
• روميبلوستيم : ببتيد مضاد للخلايا يعالج نقص الصفيحات المناعي . ^{[ 3 ]}
• أباتاسيبت / بيلاسيبت : يتداخل مع التحفيز المشترك للخلايا التائية لعلاج اضطرابات المناعة الذاتية مثل التهاب المفاصل الروماتويدي والتهاب المفاصل الصدفي والصدفية . ^{[ 3 ]}
• دينيلوكين-ديفتيتوكس : يعالج سرطان الغدد الليمفاوية الجلدية . ^{[ 3 ]}

أتاحت التقنيات الحديثة لإعادة التركيب الجيني تحسين تصميم البروتينات المدمجة لاستخدامها في مجالات متنوعة مثل الكشف البيولوجي، وصناعات الورق والأغذية، والمستحضرات الصيدلانية الحيوية. وقد شملت التحسينات الحديثة دمج ببتيدات مفردة أو أجزاء بروتينية مع مناطق من البروتينات الموجودة، مثل النهايات الأمينية والكربوكسيلية ، ومن المعروف أنها تزيد من الخصائص التالية: ^{[ 5 ]}

• الكفاءة التحفيزية : يسمح دمج بعض الببتيدات بزيادة الكفاءة التحفيزية عن طريق تغيير البنية الثالثية والرابعية للبروتين المستهدف. ^{[ 5 ]}
• الذوبانية : من التحديات الشائعة في تصميم البروتينات الاندماجية مشكلة عدم ذوبان البروتينات الاندماجية المُصنّعة حديثًا في الخلية المُضيفة المُعاد تركيبها، مما يؤدي إلى تكتل مفرط للبروتين المستهدف داخل الخلية. يمكن إضافة مُرافقات جزيئية قادرة على المساعدة في طي البروتين، وبالتالي فصل التفاعلات الكارهة للماء والمحبة للماء في المذاب بشكل أفضل لزيادة ذوبانية البروتين. ^{[ 5 ]}
• الاستقرار الحراري : عادةً ما تُضاف الببتيدات المفردة أو أجزاء البروتين لتقليل مرونة الطرف N أو C للبروتين المستهدف، مما يعزز الاستقرار الحراري ويثبت نطاق الرقم الهيدروجيني . ^{[ 5 ]}
• نشاط الإنزيم: يمكن استخدام الاندماج الذي يتضمن إدخال روابط هيدروجينية لتوسيع النشاط الإنزيمي الكلي. ^{[ 5 ]}
• مستويات التعبير: تعمل إضافة العديد من أجزاء الاندماج، مثل بروتين ربط المالتوز (MBP) أو جزيء صغير شبيه باليوبيكويتين ( SUMO )، على تعزيز التعبير عن الإنزيم وإفراز البروتين المستهدف. ^{[ 5 ]}
• التثبيت: يُعد إنزيم PHA synthase، الذي يسمح بتثبيت البروتينات ذات الأهمية، علامة اندماج مهمة في البحوث الصناعية. ^{[ 5 ]}
• جودة البلورات: يمكن تحسين جودة البلورات عن طريق إضافة روابط تساهمية بين البروتينات، مما يساعد في تقنيات تحديد البنية. ^{[ 5 ]}

يتم ربط البروتينات محل الاهتمام ببساطة من طرف إلى طرف عبر اندماج النهايات الأمينية أو الكربوكسيلية بينها. يوفر هذا بنية جسرية مرنة تسمح بوجود مساحة كافية بين البروتينات المندمجة لضمان طيها بشكل صحيح . مع ذلك، غالبًا ما تكون النهايات الأمينية أو الكربوكسيلية للببتيد مكونات أساسية للحصول على نمط الطي المطلوب للبروتين المُعاد تركيبه، مما يجعل الربط البسيط من طرف إلى طرف للمجالات غير فعال في هذه الحالة. لهذا السبب، غالبًا ما يكون هناك حاجة إلى رابط بروتيني للحفاظ على وظائف مجالات البروتين محل الاهتمام. ^{[ 6 ]}

تتضمن هذه التقنية دمج نطاقات بروتينية متتالية عن طريق ترميز البنى المطلوبة في سلسلة ببتيدية واحدة، ولكنها قد تتطلب أحيانًا إدخال نطاق داخل نطاق آخر. وتُعتبر هذه التقنية عادةً أكثر صعوبة من الدمج المتتالي، نظرًا لصعوبة إيجاد موقع ربط مناسب في الجين المستهدف. ^{[ 6 ]}

تعتمد هذه التقنية على دمج نطاقات البروتين بعد الترجمة الريبوسومية للبروتينات المستهدفة، على عكس الدمج الجيني قبل الترجمة المستخدم في تقنيات إعادة التركيب الأخرى. ^{[ 6 ]}

تُسهّل الروابط البروتينية تصميم البروتينات الاندماجية بتوفيرها مسافة مناسبة بين النطاقات، مما يدعم طي البروتين بشكل صحيح في حال كانت تفاعلات الطرفين الأميني والكربوكسيلي حاسمة للطي. تسمح هذه الروابط عادةً بتفاعلات النطاقات المهمة، وتعزز الاستقرار، وتقلل الإعاقة الفراغية، مما يجعلها مفضلة للاستخدام في تصميم البروتينات الاندماجية حتى عند إمكانية دمج الطرفين الأميني والكربوكسيلي. ثلاثة أنواع رئيسية من الروابط هي: المرنة، والصلبة، والقابلة للانقسام داخل الخلايا الحية. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

• قد تتكون الروابط المرنة من العديد من بقايا الجليسين الصغيرة ، مما يمنحها القدرة على الالتفاف إلى شكل ديناميكي وقابل للتكيف. ^{[ 7 ]}
• قد تتكون الروابط الصلبة من بقايا البرولين الحلقية الكبيرة ، وهو ما قد يكون مفيدًا عند الحاجة إلى الحفاظ على تباعد محدد للغاية بين المجالات. ^{[ 7 ]}
• تتميز الروابط القابلة للكسر داخل الجسم الحي بأنها مصممة للسماح بإطلاق مجال واحد أو أكثر من المجالات المدمجة في ظل ظروف تفاعل معينة، مثل تدرج الأس الهيدروجيني المحدد ، أو عند ملامستها لجزيء حيوي آخر في الخلية. ^{[ 7 ]}