Абзимы (от слов «антитело» / англ. Antibody и «энзим»), также известный как катмаб (от слов «каталитическая моноклональное антитело») — моноклональное антитело с каталитической активностью. Абзимы обычно являются искусственно созданными конструкциями, но также найдены у больных аувтоимунни патологии, где они могут связывать и гидролизовать ДНК или белки. Абзимы — потенциальные инструменты в биотехнологии, например, для выполнения определенных селективных действия с ДНК.

История создания абзимов

Создание абзимов связано с углублением знаний о энзиматический катализ и развитием метода гибридомной технологии. Гипотеза Лайнуса Пойлинга (1946-й год) о соответствии активного центра фермента переходному состоянию была интерпретирована Дженкс (Jencks), как возможность создания антител, полученных в результате иммунного ответа на химичностабильни аналоги переходного состояния, с каталитической активностью.

Впервые данные об успешном создании антител со способностью осуществлять энзиматический катализ были опубликованы в 1986-м году независимо двумя группами ученых во главе с Ричардом Лернером (Lerner.) И Питером Шультце (Schultz.). Начиная с 1986-го года, методом иммунизации химичностабильнимы аналогами переходного состояния получено абзимы к более ста различных реакций. Абзимы способны значительно ускорить скорость химических реакций, при этом не всегда являются конкурентоспособными аналогами природных энзимов в биохимических реакциях.

Принцип функционирования абзиму

Функционирование абзиму базируется на отборе свойств характерных активном центра энзима и антитела:

Сравнение активных центров антитела и энзима
Антитела ЭНЗИМ
активный центр существует задолго до взаимодействия с субстратом активный центр формируется при взаимодействии с субстратом
прочное связывание для удаления субстрата слабое связывание для осуществления собственно катализа

Энзимы функционируют путем понижением энергии активации переходного состояния, таким образом катализируя образования более благоприятной молекулярной промежуточного звена между реагентами и продуктами. Если антитело создано до устойчивой молекулы, которая подобна неустойчивом переходном состояния реакции, такое антитело будет Энзиматическая связывать и стабилизоваты промежуточное состояние, таким образом катализируя реакцию. Итак, абзимы получают от энзимов способность к катализа, а от антител высокую специфичность по субстрату.

Методы индукции синтеза абзимов

Иммунизация химичностабильним аналогом переходного состояния

Создание абзиму с активным центром, комплементарным переходному состоянию энзиматической реакции, долго не удавалось реализовать из-за нестабильности переходного состояния. Подбор химичностабильних аналогов переходного состояния определенной реакции позволил использовать их для продукции антител с конкретной энзиматической активностью. Например, для ферохелатазы, которая участвует в синтезе гема и отвечает за включение иона железа в протопорфирина химичностабильним аналогом переходного состояния является ингибитор фермента — N-метилпротопорфирин. Полученные этим методом абзимы с ферохелатазною активностью менее активными по сравнению с естественным энзимом в десять раз. Этим методом были получены абзимы способны осуществлять реакции циклизации, декарбоксилирования, образования лактонов, разрезание фототимидинових димеров и абзимы с пероксидазной активностью.

Манипуляции с идиотипного сетью

Метод основан на теории идиотипного сети, выдвинутой Нильсом Эрне в 1974-м году. Суть теории заключается в том, что иммунизация животных антигеном ведет к продукции первого поколения антител (АТ 1) с вариабельными участками комплементарными антигена, иммунизация же животных этими вариабельными участками АТ1 индуцирует продукцию антител второго поколения (АТ2), вариабельны участки которых отражают этаж антигена эпитопов. Если в качестве антигена брать активный центр фермента, тогда вариабельны участка антитела второго поколения, отвечая активном центра энзима, будут способны осуществлять энзиматический катализ. Этим методом были получены абзимы с естеразнои, амидазною, карбоксипептидазною, протеазно активностями.

Иммунизация антигенами с ковалентно сшитыми остатками фосфорной кислоты

Остаток фосфорной кислоты используется для отбора среди антител именно абзимов. Это свойство основано на том, что фосфорная кислота способна связывать нуклеофильные остатки в активных центрах абзимов. Животное иммунизируется целевым антигеном, к которому ковалентной связью присоединен остаток фосфорной кислоты, после чего ведется отбор абзимов. Этим методом группой ученых во главе с Паул (Paul) были получены абзимы против гликопротеина вируса иммунодефицита человека — gp120. Ведь чем методом были получены абзимы против бета-амилодного пептида.

Отбор абзимов за аутоиммунных патологий

У мышей с аутоиммунных патологиями были найдены абзимы, осуществлявших химические превращения таких субстратов: вазоативного интерстециальный пептида, рецептора на поверхности ВИЧ CCR5]], уреазы Helicobacter pylori.

Создание абзимов направленным мутагенеза

Введение аминокислотных остатков, участвующих в Энзиматическая катализе, в вариабельны участка антител сайт-направленным мутагенеза дает возможность создания абзимов. Группа ученых во главе с Флетчер (Fletcher) создали таким образом абзимы с РНК-азной активностью спецефическими к определенным последовательностей РНК. Также этим методом были получены абзимы с протеазно активностью.

Абзимы, по патологических состояний

Чаще всего появление абзимов наблюдается при автоимуних заболеваниях, при этом различают протабзимы (абзимы с протеолитической активностью) и ДНК-абзимы (абзимы с ДНКазною активностью). ДНК-абзимы чаще встречаются у больных ревматоидным артритом и системной красной волчанкой. ДНК-абзимы вовлечены в развитии апоптичнои гибели клетки за счет взаимодействия с рецепторами на поверхности клетки, а также имеют прямой цитотоксический влияние на клетку путем деградации ДНК клетки. Взаимодействие ДНК-абзиму с клеткой является процессом многостадийным и включает следующие этапы:

  • Связывание аутоантител-абзимов
  • Трансмембранным перенос их в клетку и проникновения в клеточное ядро
  • Непосредственное участие ДНК-абзимов в деградации клеточной ДНК

Протабзимы спростеригають у больных аутоиммунных тиреоидит, гемофилией и бронхиальной астме. У больных с бронхиальной астмой наблюдали появление аутоантител с гидролитической активностью в вазоактивного кишечного нейропептида (VIP). Была описана корреляция между протеолитической активностью протабзимив до VIP, что формировало недостаток в дыхательных путях гормона, и развитием астмы.

Абзимы, как средство лечения

Активаторы преликив

Идея активаторов преликив заключается в том, что абзимов осуществлять активацию предшественника лекарственного препарата в момент его доставки в орган-мишень. Впервые использование абзимов, как активаторов преликив опубликованы в 1993-м году, когда группа ученых во главе с Мияшита (Miyashita) показала активацию абзимов неактивного эфира хлорамфеникола. Наиболее известным абзимним препаратом, активирует пролекарства является антитело с альдолазною активностью — 38C2, которое было получено путем иммунизации животного 1,3-дикетонов. 38С2 является активатором лекарств doxorubicin и camptothecin, используемых в противораковой терапии. По его использованием было показано ингибирование развития клеток линий рака прямой кишки и рака простаты.

Антивирусные препараты

С использованием метода сшивки антигена с остатками фосфорной кислоты были получены абзимы к компонентам различных патогенов. Группа ученых во главе с Уда (Uda) получила получила группы абзимов способных гидролизовать гликопротеины оболочки ВИЧ — gp 120 и gp 41]], также было выделено легкие цепи иммуноглобулинов способных осуществлять гидролиз уреазы Helicobacter pylori. Использование последних в опытах на мышах показали значительное уменьшение вероятности колонизации бактерии в желудке, что может быть использовано для разработки терапефтичних лекарств.

Лечение наркозависимости

Абзимы используют при лечении наркозависимых от кокаина и его аналогов, при этом абзимы обеспечивают расщепление кокаина в кровотоке таких больных до начала воздействия его на нервную систему .. То есть абзимы выступают как периферической блокаторы влияния кокаина.

Участие в сайленсингу генов

Исследовательская группа во главе с Ли (Lee) показали участие абзимов в регуляции экспрессии гена белка Her2, концентрация которого возрастает при раке молочной железы. Расщепление мРНК Her2 уменьшало его синтез и индуцировало развитие апоптоза в раковых клетках с цитотоксическим потенциалом больше чем при использовании малых интерферирующих РНК (siRNA).

Абзимы протикоагуляцийних факторов

У больных гемофилией типа А (Х-сцепленное рецессивное заболевание крови с образованием дефектного фактора VIII) исследована способность абзимов гидролизовать факторы свертывания крови VIII и IX.

Перспектива использования абзимов

Перспективность абзимов по сравнению с обычными энзимами заключается в том, что их можно получить в любое переходного состояния, даже к такому, который отсутствует в живых существах. В Перспетивы является создание абзимов с:

  • возможностью селективного катализа, разделения энантиомеров
  • способностью направления реакции из двух вариантов развития, в менее энергетически выгодной
  • свойством специфического зьвязуванням патогенов и их дальнейшего обезвреживания катализом (разработка терапевтических лекарств на основе этого свойства)