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Jan 03, 2024

Progettazione di agonisti dei recettori con farmacocinetica migliorata mediante innesto di peptidi macrociclici in regioni cristallizzabili di frammenti

Nature Biomedical Engineering

Nature Biomedical Engineering volume 7, pagine 164–176 (2023) Citare questo articolo

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La breve emivita in circolo e lo scarso trasporto attraverso la barriera ematoencefalica limitano l’utilità delle citochine e dei fattori di crescita che agiscono come agonisti dei recettori. Qui mostriamo che gli agonisti dei recettori surrogati con emivite più lunghe in circolazione e velocità di trasporto migliorate attraverso la barriera emato-encefalica possono essere generati inserendo geneticamente farmacofori peptidici macrociclici nei circuiti strutturali della regione cristallizzabile del frammento (Fc) di un'immunoglobulina umana. Abbiamo utilizzato tale approccio di "lazo-innesto", che preserva i livelli di espressione della regione Fc e la sua affinità per il recettore Fc neonatale, per generare impalcature proteiche basate su Fc con peptidi macrociclici che si legano al recettore tirosina proteina chinasi Met. Gli agonisti di Met hanno dimerizzato Met, inducendo risposte biologiche simili a quelle indotte dal suo ligando naturale. Inoltre, l'innesto lazo della regione Fc dell'anticorpo anti-recettore della transferrina di topo con peptidi macrociclici leganti Met ha migliorato l'accumulo degli agonisti Met risultanti nel parenchima cerebrale dei topi. L'innesto lazo può consentire terapie proteiche progettate con stabilità e farmacocinetica migliorate.

L'uso clinico di citochine e fattori di crescita come agenti terapeutici è stato approvato dalla Food and Drug Administration statunitense1,2 e la loro potenziale applicazione in aree emergenti, come la neurogenesi e la riparazione del cervello3,4, è argomento di intensa ricerca. Tuttavia, le loro proprietà strutturali intrinseche li rendono difficili da progettare per migliorare la stabilità fisico-chimica e la farmacocinetica, in particolare, per una migliore emivita o penetranza della barriera ematoencefalica (BBB). I metodi esistenti che controllano la farmacocinetica delle terapie proteiche includono la coniugazione e la fusione del poli(etilenglicole) con la regione cristallizzabile del frammento (Fc) dell'immunoglobulina5,6,7 per prolungarne l'emivita; e fusione con Fab dell'anticorpo anti-recettore della transferrina (TfR) per migliorare la loro penetrazione attraverso la BBB8,9,10. Tuttavia, la misura in cui questi metodi possono migliorare la farmacocinetica delle proteine ​​senza influenzarne negativamente la bioattività dipende dalle proprietà di ciascuna proteina5,6,7,8. Per superare i limiti strutturali intrinseci delle citochine e dei fattori di crescita, sono stati compiuti progressi nello sviluppo di agonisti surrogati strutturalmente non correlati ai ligandi nativi11,12. Nonostante questi recenti progressi, rimane un ampio bisogno insoddisfatto di metodi più robusti e versatili per progettare terapie proteiche con la stabilità fisico-chimica e la farmacocinetica desiderate.

I peptidi macrociclici sono emersi come una promettente nuova classe di candidati farmaceutici che vanta una serie di caratteristiche desiderabili, come l'affinità e la specificità di legame simili agli anticorpi13,14, la capacità di colpire spazi chimici unici15,16,17,18 e un'efficiente scoperta attraverso sia metodi razionali /progettazione computazionale e visualizzazione in vitro18,19,20,21. In generale, i peptidi macrociclici mostrano maggiori affinità per i bersagli rispetto ai peptidi lineari a causa delle loro strutture cicliche vincolate. Una possibilità interessante per estendere l'applicabilità di questi peptidi macrociclici è quella di "innestarli" su scaffold proteici per consentire combinazioni funzionali di peptide e proteina18,22,23,24,25,26. Tuttavia, l'innesto di peptidi identificati de novo su anse proteiche è stato impegnativo a causa del potenziale ripiegamento errato sia del peptide innestato che della proteina ospite26.

Lo sviluppo del sistema RaPID (random non standard peptides Integrated discovery), che integra la visualizzazione dell'RNA messaggero e la riprogrammazione del codice genetico, ha consentito la scoperta di peptidi macrociclici ciclizzati a base di tioetere con una squisita specificità di legame contro le proteine ​​bersaglio16,17,18. In studi precedenti, abbiamo dimostrato che le sequenze di farmacofori derivate da RaPID possono essere facilmente impiantate su anse di proteine ​​esposte in superficie e mantenere entrambe le funzioni del peptide ospite e della proteina ospite, che abbiamo chiamato "innesto lazo"27,28,29 . L'eccezionale compatibilità di innesto osservata è probabilmente dovuta alla proprietà intrinseca dei motivi farmacoforici di auto-ripiegarsi in una conformazione legante il bersaglio simile al macrociclo parentale, anche nel contesto di una struttura ad anello non correlata delle proteine ​​dell'impalcatura18,30.