Исследование структурных основ провоспалительного цитокина с наноантителом для разработки высокоэффективных терапевтических препаратов

Получены высокоочищенные препараты VHH-домена, Fab-фрагмента BCD-085, пригодные для рентгеноструктурного анализа, и IL-17A в препаративных количествах. Получен и очищен комплекс IL-17A/VHH-домена. Все препараты использованы для поиска условий их кристаллизации. С них были собраны дифракционные данные, их структуры определены с высоким разрешением (2,45 Å и 1,9 Å соответственно), они выложены в банк белковых структур (PDB ID:6QKD и PDB ID:6RBB соответственно). Проанализированы полученные структуры VHH-домена в свободном состоянии и в составе Fab-фрагмента антитела BCD-085, сконструированного на его основе, и показано, что общая укладка цепи в обоих случаях практически не отличается. Структура Fab-фрагмента BCD-085 имеет V-образную форму, что отличает ее от известных структур Fab-фрагментов классических антител. Такая конформация молекулы Fab-фрагмента обусловлена наличием удлиненной области CDR-H3 VHH (18 аминокислотных остатков), вносящей основной вклад во взаимодействие с IL-17A и содержащей большое количество заряженных аминокислотных остатков. Структура, формируемая CDR-H3, стабилизирована 10 водородными связями и образует "клюв" на поверхности Fab-фрагмента, что препятствует взаимодействию вариабельных доменов тяжелой и легкой цепей. Выполнено моделирование взаимодействия VHH-домена с цитокином IL-17A, и установлена причина повышенной аффинности указанного комплекса. Общая площадь контактов в модели IL-17A/VHH почти в полтора раза больше, чем таковая в комплексе CAT 2200 c IL-17A, чья структура определена ранее. Сравнительный структурный анализ комплексов IL-17A позволил объяснить повышенное сродство VHH-домена к IL-17A увеличением площади белок-белковых контактов за счет дополнительных взаимодействий CDR-H3-антитела с димером цитокина. Указанные взаимодействия в комплексе цитокин - антитело выявлены биоинформатическими методами на основе определенной структуры антитела, а не кристаллографическими. Несмотря на это, выявлены аминокислотные остатки антитела, ключевые для взаимодействия с цитокином IL-17A, и предложены четыре замены для повышения сродства антитела к цитокину, направленного на улучшение гидрофобого взаимодействия, оптимизацию рельефа поверхности в области контакта антитела с цитокином и увеличение числа водородных связей.