Aplicación y desarrollo de la ingeniería de proteínas.

La ingeniería de proteínas consiste en obtener información sobre las propiedades físicas y químicas y las propiedades moleculares de las proteínas a través del estudio de la química de las proteínas, la cristalografía de las proteínas y la dinámica de las proteínas y, sobre esta base, diseñar y modificar intencionalmente los genes que codifican las proteínas y obtener sistemas de organismos genéticamente modificados. que pueden expresar proteínas mediante tecnología de ingeniería genética, que pueden ser microorganismos transgénicos, plantas transgénicas, animales transgénicos e incluso sistemas celulares.

Aplicación práctica:

1.Estabilidad mejorada

Mejorar la estabilidad de las proteínas incluye los siguientes aspectos: (1) prolongar la vida media de las enzimas;

(2) mejorar la estabilidad térmica de las enzimas;

(3) prolongar la vida útil de las proteínas medicinales;

(4) Resistir la pérdida de actividad causada por la oxidación de aminoácidos importantes.

La glucosa isomerasa (GI) se usa ampliamente en la industria para mejorar su estabilidad térmica, Zhu Guoping et al. determinó que la glicina en la posición 138 (Gly138) era el aminoácido diana, y luego usó el método de doble cebador para mutar el gen GI mediante mutagénesis dirigida al sitio in vitro, reemplazando Gly138 con prolina (Pro138), y el plásmido recombinante que contenía el mutante fue expresado en Escherichia coli, y los resultados mostraron que la vida media térmica del GI mutante era dos veces más larga que la del tipo salvaje, la temperatura de reacción óptima se incrementó entre 10 y 12 °C y la actividad específica de la enzima fue la mismo. Según el análisis, después de que Pro reemplaza a Gly138, puede deberse a la introducción de un anillo de pirrol, que puede llenar el agujero cerca de Gly138, haciendo que la estructura espacial de la proteína sea más rígida, mejorando así la estabilidad térmica de la enzima.

2.Proteínas de fusión

La estructura de linealidad de 5 péptidos N-terminal de la encefalina (Enk) es una región funcional esencial que se une a los receptores δ, y el interferón (IFN) es una citocina antiviral y antitumoral de amplio espectro. Li Mengfeng et al. sintetizó químicamente la región codificante del péptido EnkN-terminal 5, que estaba unida al gen α3 IFN humano a través de una región codificante de 1 péptido, y expresó esta proteína de fusión en Escherichia coli. Se utilizaron como modelos células de adenocarcinoma de colon humano in vitro y células de glioma multiforme, y la actividad inhibidora de la proteína de fusión fue significativamente mayor que la del IFN solo mediante el método de incorporación de nucleósido 3H-timina, y el aumento de la actividad inhibidora estuvo mediado por Enk. región guía mediante el ensayo de bloqueo de la competencia de naloxona.

3.Actividad alterada

Por lo general, entre 30 y 60 minutos después de las comidas, el contenido de insulina en la sangre humana alcanza su punto máximo y vuelve al nivel básico en 120 a 180 minutos. Sin embargo, el uso clínico actual de preparaciones de insulina sólo alcanza su punto máximo 120 minutos después de la inyección y dura entre 180 y 240 minutos, lo que es inconsistente con las condiciones fisiológicas humanas. Los experimentos han demostrado que la insulina existe en forma de dímeros en concentraciones elevadas (superiores a 10-5 mol/l) y principalmente en forma monomérica en concentraciones bajas (inferiores a 10-9 mol/l). La insulina de acción rápida está diseñada para evitar la formación de agregados de insulina. La estructura y propiedades del factor de crecimiento similar a la insulina I (IGF-I) tienen un alto grado de homología y similitud estructural tridimensional con la insulina, pero el IGF-I no forma un dímero. La secuencia de aminoácidos B28-B29 en el dominio B de IGF-I (correspondiente a la cadena B de insulina) está invertida en comparación con B28-B29 de la cadena B de insulina. Por lo tanto, la cadena B de insulina se cambió a B28Lys-B29Pro para obtener insulina monomérica de acción rápida. Esta insulina de acción rápida ha sido probada clínicamente.

4.Modificación de enzimas anticancerígenas.

La terapia genética para el cáncer se divide en dos aspectos: los fármacos actúan sobre las células cancerosas para inhibir o matar específicamente las células cancerosas, y los fármacos protegen las células normales de los fármacos químicos, que pueden aumentar la dosis de quimioterapia. EL VIRUS DEL HERPES (HSV) LA TIMINA QUINASA (TK) PUEDE CATALIZAR LA FOSFORILACIÓN DE LA TIMINA Y OTROS ANÁLOGOS ESTRUCTURALES COMO GANCICLOVIR Y ACICLOVIR GUANOSINA ACÍCLICA. LA FALTA DE UN GRUPO 3′ HIDROXILO EN GANCICLOVIR Y ACICLOVIR LE PERMITE DETENER LA SÍNTESIS DE ADN Y ASÍ MATAR LAS CÉLULAS CÁNCER. LA CAPACIDAD DE HSV-TK PARA CATALIZAR GANCICLOVIR Y ACYCLOVIR PUEDE MEJORAR MEDIANTE MUTACIONES GENÉTICAS. Uno fue seleccionado a partir de una gran cantidad de mutaciones aleatorias, y se reemplazaron 6 aminoácidos cerca del sitio activo de la enzima, y la capacidad catalítica se incrementó en un factor de 43 y 20, respectivamente. La O6-alquil-guanina es el principal mutágeno y citotoxina formada por el tratamiento del ADN con agentes alquilantes, incluidos los fármacos nitrosos para quimioterapia, por lo que la dosis de estos fármacos nitrosos es limitada. La O6-alquilguanina-ADN alquiltransferasa (AGT) elimina el grupo alquilo de la guanina O6 y desempeña un papel protector. La AGT humana se expresó y protegió en células de médula ósea murina mediante transfección viral inversa. Mediante el tratamiento con mutaciones, se obtuvieron algunos genes AGT mutantes positivos, y la actividad fue mayor que la del tipo salvaje, y se encontró que la sexta prolina en un gen mutante fue reemplazada por alanina.

5.Anticuerpos quiméricos

Las inmunoglobulinas tienen forma de Y y constan de dos cadenas pesadas y dos cadenas ligeras unidas entre sí mediante enlaces disulfuro. Cada cadena se puede dividir en una región variable (terminal N) y una región constante (terminal C), con el sitio de adsorción de antígenos en la región variable y el sitio de adsorción de citotoxinas u otros factores funcionales en la región constante. Tres partes de cada región variable son altamente variables en la secuencia de aminoácidos, en la estructura tridimensional hay una estructura suelta al final del pliegue β (CDR), que es el sitio de unión del antígeno, y el resto es el soporte. estructura del CDR. La estructura CDR de diferentes especies se conserva, lo que permite diseñar el anticuerpo mediante ingeniería de proteínas. El sistema inmunológico humano rechaza los anticuerpos monoclonales murinos y no se aprovechan sus posibles beneficios terapéuticos. Los anticuerpos quiméricos son la región constante del anticuerpo monoclonal de ratón reemplazada por la región constante del anticuerpo humano, de modo que su inmunogenicidad se reduce significativamente. Por ejemplo, Mab17-1A, un anticuerpo monoclonal utilizado para el tratamiento del adenocarcinoma de recto (COLORECTALADENOCARCINOMA). Aunque los anticuerpos quiméricos todavía tienen problemas de inmunógeno, varios anticuerpos quiméricos han pasado ensayos clínicos. El llamado anticuerpo humanizado consiste en injertar la región de adsorción del antígeno en el anticuerpo humano, de modo que la cadena peptídica exógena del anticuerpo se reduce al mínimo y se minimiza la inmunogenicidad. Sin embargo, cuando la CDR sólo se transduce a anticuerpos humanos, su capacidad de adsorción de antígeno es muy pequeña y se deben transportar varios residuos de aminoácidos estructurales para mantener la capacidad de adsorción original. De esta forma, existe una contradicción entre inmunogenicidad y adsorción de antígenos. La sustitución de aminoácido por aminoácido o el análisis in silico pueden reducir la inmunogenicidad tanto como sea posible manteniendo la adsorción original. CAMPATH-1H, el primer anticuerpo humano utilizado clínicamente para el tratamiento de la enfermedad linfogranulomatosa y la artritis reumatoide, tiene una respuesta inmune en más de la mitad de los pacientes, a pesar de su notable eficacia. Sin embargo, otros anticuerpos humanizados, como el ANTI-CD33 para el tratamiento de la leucemia espinal, tienen respuestas inmunitarias insignificantes.

 

Perspectivas de desarrollo:

La ingeniería de proteínas es un campo en crecimiento. Las capacidades de la ingeniería de proteínas han revolucionado la atención sanitaria, la industria, la investigación y el desarrollo. En este artículo, resumimos la tendencia de desarrollo actual de la ingeniería de proteínas y mostramos que la modificación de proteínas no solo se desarrolla desde métodos tradicionales a métodos nuevos, sino que también proporciona nuevas formas para muchas proteínas nuevas con nuevas propiedades y aplicaciones. Esta revisión proporciona a los lectores información sobre los enfoques recientes y el alcance de la ingeniería de proteínas y la mejor manera de utilizar estos métodos. También destaca la importancia de la ingeniería de proteínas en el futuro y arroja luz sobre varios de estos métodos que pueden optimizarse y explorarse bien para la producción de proteínas modificadas a nivel industrial. Está claro que con la rápida aparición de nuevos métodos y vías en esta área, la ingeniería de proteínas pronto puede volverse tan importante como el ajuste del ADN para diseñar de manera eficiente actividades y funciones específicas en las proteínas.

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