今天為大家介紹的是最近在Biomacromolecules上報道的一篇標題為 “Molecular Insights into Site-Specific Interferon-α2a Bioconjugates Originated from PEG, LPG, and PEtOx” 的文章。該文的通訊作者是來自德國烏爾茨堡大學的Tessa Lühmann教授。
蛋白質(zhì)和聚合物的偶聯(lián)可有效改善其穩(wěn)定性、藥代動力學等藥學性質(zhì)。聚乙二醇（PEG）是最常用的生物偶聯(lián)聚合物，但這種PEG修飾會降低蛋白質(zhì)的生物活性，并且可能會引發(fā)免疫原性等生物毒性。線性聚甘油（PLG）和聚(2-乙基-2-惡唑啉)（PEtOx）由于良好的生物相容性和抗生物污染性質(zhì)，成為了PEG的潛力替代物。
干擾素-α2a （IFN-α2a）具有抗病毒和抗增殖特性，可用于肝炎或癌癥治療，但具有穩(wěn)定性差的缺點。在本文中，Tessa Lu?hmann等人將PLG和PEtOx應(yīng)用于制備IFN-α2a的生物偶聯(lián)物，并表征了其生物活性和穩(wěn)定性。
首先，他們通過密碼子擴展重組技術(shù)表達了帶有疊氮官能團的IFN-α2a突變蛋白。為了實現(xiàn)和蛋白的生物偶聯(lián)，他們對聚合物PEG、LPG和PEtOx分別進行了環(huán)辛炔接頭（BCN或DBCO）的官能化，并在4 ℃的PBS中通過無銅的炔-疊氮環(huán)加成反應(yīng)48 h以制備不同聚合物或不同接頭的6種偶聯(lián)物（圖1）。
圖1. IFN-α2a通過不同接頭和不同聚合物的偶聯(lián)
盡管他們使用了分子量相近的聚合物進行生物偶聯(lián)，但是凝膠電泳結(jié)果顯示LPG的表觀分子量顯著高于PEG和PEtOx（圖2），這可能是因為LPG的親水性更強。
圖2. 蛋白和偶聯(lián)物的變性凝膠電泳圖：IFN-α2a WT (1)、IFN-N3 (2)、IFN-N3-BCN-PEtOx 8.4 kDa (3)、IFN-N3-BCN-PEG 10.7 kDa (4)、IFN-N3-BCN-LPG 11.4 kDa (5)、IFN-N3-DBCO-PEtOx 8.1 kDa (6)、IFN-N3-DBCO-PEG 10.9 kDa (7) 和IFN-N3-DBCO-LPG 11.4 kDa (8)
而后，他們又表征了聚合物對蛋白結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和活性的影響（圖3）。其中BCN接頭的LPG偶聯(lián)物在偶聯(lián)物中顯示出最高的熱穩(wěn)定性，PEG偶聯(lián)物其次，PEtOx偶聯(lián)物再次之。圓二色光譜表明各偶聯(lián)物中蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)均無變化；體外生物活性結(jié)果表明各偶聯(lián)物均以相同的程度降低了蛋白質(zhì)的活性。
圖3. 蛋白和各偶聯(lián)物的熱穩(wěn)定性和體外活性
為了在分子水平上說明聚合物和兩種環(huán)辛炔接頭對熱穩(wěn)定性的影響，作者進行了經(jīng)典分子動力學模擬和高斯加速的動力學模擬。分子建模研究顯示了偶聯(lián)物的熱穩(wěn)定性和天然接觸量的正相關(guān)性。他們認為是天然接觸量的減少代表著對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的擾動越大，從而表現(xiàn)出熱穩(wěn)定性的降低。
圖4. 蛋白和各偶聯(lián)物的熱穩(wěn)定性和天然接觸量的相關(guān)性
總的來說，作者將LPG和PEtOx應(yīng)用于IFN-α2a的生物偶聯(lián)。偶聯(lián)物的生物活性和二級結(jié)構(gòu)與PEG偶聯(lián)物無異，但是LPG偶聯(lián)物的熱穩(wěn)定性有所提高。通過分子模擬的分析，他們認為是LPG對蛋白質(zhì)剛性結(jié)構(gòu)擾動較小的原因。但是這也與聚合物和蛋白質(zhì)間的接頭有關(guān)，因此還需要進一步的研究才能證明LPG聚合物本身在蛋白質(zhì)偶聯(lián)的應(yīng)用價值。
DOI: 10.1021/acs.biomac.1c00775
Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.1c00775
