Onderzoekers van de afdeling Moleculaire Biologie en Genetica en van de afdeling Biogeneeskunde van de Universiteit van Aarhus hebben samen een lama-antilichaam ontwikkeld en beschreven dat een significante impact kan hebben voor toekomstige diagnostiek en behandeling van, bijv. nier ziekten.

Het onderzoeksteam bestudeerde een eiwit genaamd C3 uit het deel van het aangeboren immuunsysteem dat bekend staat als het complementsysteem. Bij herkenning van pathogene organismen of stervende lichaamscellen, C3 wordt gesplitst door bloedenzymen als onderdeel van een afweermechanisme. Deze enzymen staan ​​bekend als C3-convertasen, en de splitsing van C3 resulteert in twee fragmenten. Het fragment genaamd 3b bindt direct aan de pathogenen, terwijl het andere fragment immuuncellen rekruteert en stimuleert om het doelwit te elimineren.

Bij een gezond persoon cellen worden beschermd tegen de effecten van de C3-splitsing. Echter, als gevolg van mutaties in het DNA, deze bescherming kan verloren gaan, het risico op het ontwikkelen van chronische ontstekingsziekten of auto-immuunziekten verhogen. Voor een lange tijd, de onderzoekers hebben zich gericht op het ontwikkelen van middelen die dergelijke ongewenste complementactivering voorkomen. Om deze reden, ze ontwikkelden het lama-antilichaam om splitsing van C3 te voorkomen. Lama-antilichamen zijn ook bekend als nanobodies vanwege hun kleine formaat, en vergeleken met normale antilichamen, ze zijn gemakkelijk te ontwikkelen en aanzienlijk goedkoper te produceren.

"De technologie die wordt gebruikt om deze nanobodies te ontwikkelen en te produceren, is al meer dan twee decennia bekend, ", zegt Gregers Rom Andersen. "En daarom, het is enigszins verrassend dat we de eersten ter wereld zijn die een nanobody hebben ontwikkeld die het complementsysteem remt."

Door kristallen bloot te stellen aan röntgenstralen en de resultaten te correleren met gegevens uit elektronenmicroscopie, de onderzoekers hebben tot in detail beschreven hoe hun nanobody C3 bindt.

"De kristalstructuur van ons nanobody gebonden aan C3 ondersteunt onze eerder voorgestelde modellen die beschrijven hoe de complementconvertasen hun substraten herkennen en verklaart daarom duidelijk waarom ons nanobody zijn remmende effect uitoefent op de splitsing van C3. Onze resultaten verbeteren ook het basisbegrip van hoe dit essentieel mechanisme binnen het complementsysteem werkt. Door te vergelijken met eerder gepubliceerde eiwitstructuren, we kunnen bovendien verklaren waarom ons nanobody de vorming van de C3-convertasen remt, ons nanobody heeft als het ware een 'dubbel remmend' effect, " legt Rasmus Kjeldsen Jensen uit.

Naast het werk dat het C3-nanobodycomplex beschrijft, het onderzoeksteam heeft ook verschillende laboratoriumexperimenten uitgevoerd met serum van zowel muizen als mensen. Deze resultaten bevestigen de waarnemingen van de atomaire structuur en onthullen duidelijk dat hun nieuw ontwikkelde nanobody de splitsing van C3 in zowel menselijk als muizenserum remt. Dat laatste is belangrijk, omdat muizen vaak als ziektemodel worden gebruikt.

"Onze experimenten in serum zijn belangrijk omdat ze aantonen dat ons nanobody echt werkt onder fysiologische omstandigheden, waar het complementsysteem van nature zijn functie uitoefent. Deze resultaten geven aan dat ons nanobody kan worden gebruikt bij de behandeling van ziekten die worden veroorzaakt door overactivering van het complementsysteem. Als voorbeeld, een deel van de nier is niet in dezelfde mate beschermd tegen complement als andere weefsels, en in dit geval zou ons nanobody een kandidaat kunnen zijn om complementgestuurde ziekteprogressie te stoppen, ", zegt Gregers Rom Andersen. "Echter, we ontdekten ook dat ons nanobody in staat is om de beschermende effecten te remmen die ons eigen lichaam normaal gesproken heeft tegen complement, en men moet daarom zeer voorzichtig zijn en de mogelijke bijwerkingen van therapeutische behandeling van ziekten met behulp van ons nanobody nauwkeurig beoordelen, " besluit Gregers Rom Andersen.

De basis van dit werk werd gelegd door de twee assistent-hoogleraren Kasper Røjkjær Andersen en Nick Stub Laursen van de afdeling Moleculaire Biologie en Genetica, die de eersten in Denemarken waren die systematisch grootschalige nanobodies ontwikkelden en produceerden. Echter, de drijvende kracht in het project was promovendus Rasmus Kjeldsen Jensen onder supervisie van professor Gregers Rom Andersen, die bij de karakterisering van het nanobody werd bijgestaan ​​door de twee promovendi Trine Amalie Fogh Gadeberg en Rasmus Pihl.