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최신 뉴스 | 에볼라 바이러스를 표적으로 하는 새로운 나노바디 억제제: 나노소타-EB1 및 EB2
2025년 3월 12일
2024년 12월 23일, Fan Bu 외 연구진은 PLOS Pathogens 저널에 "에볼라 바이러스 감염에 대한 새로운 나노항체 억제제인 Nanosota-EB1 및 -EB2의 발견"이라는 제목의 논문을 발표했습니다. 에볼라 바이러스(EBOV) 감염에 대한 기존 항체 치료법은 안정성, 지속 가능성 및 비용 관리 측면에서 한계가 있었습니다. 나노항체의 작은 크기와 단일 도메인 구조라는 장점을 바탕으로, 나노항체를 치료 잠재력이 큰 해결책으로 활용하는 것을 목표로 했습니다. 연구진은 파지 디스플레이 기술을 이용하여 나노항체를 스크리닝하고, 에볼라 바이러스 당단백질(GP)을 특이적으로 표적으로 하는 두 가지 항에볼라 바이러스 나노항체인 Nanosota-EB1과 Nanosota-EB2를 발굴했습니다. 여러 가지 검출 방법을 통해 이 두 나노항체가 에볼라 바이러스에 대한 나노항체 치료법의 기반을 마련할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있음을 보여주었습니다.
주요 방법: 파지 디스플레이 라이브러리 구축 및 스크리닝나노바디
알파카에 서로 다른 농도의 항체를 4회 접종하여 면역화시킨 후, 알파카의 말초혈액을 채취하고 말초혈액 단핵세포(PBMC)를 분리하여 RNA를 추출하고 역전사법을 이용하여 cDNA 라이브러리를 합성하였다. 항체 단편을 증폭하고 벡터에 삽입하여 파지 디스플레이 나노항체 라이브러리를 구축하였다. 이후, 정제된 GP-ΔM을 하룻밤 동안 패키징하고 다음 날 차단 용액으로 밀봉하였다. 일정 시간 동안 박테리오파지와 함께 배양한 후, 결합되지 않은 박테리오파지를 세척하였다. 결합된 박테리오파지를 세척한 후, TG1 대장균에 감염시켜 증폭시키고, 이를 다음 단계의 스크리닝 입력으로 사용하였다. 3차례의 생물학적 선별 후, 세포를 2YT 한천 배지에 도말하고 배양하였다. 그 후, 단일 콜로니를 선별하고 IPTG를 이용하여 나노항체 발현을 유도하였다. 상층액에 ELISA를 수행하여 GP-ΔM의 강력한 나노항체 결합 복합체를 확인하였다.
결과 해석나노바디
나노소타-EB1 및 -EB2의 발견
에볼라 바이러스(EBOV)의 개선된 당단백질(GP)을 GP-ΔM으로 명명하였다. 알파카에 이 단백질을 접종하고, 말초혈액 단핵세포(PBMC)를 수집하여 파지 디스플레이 나노항체 라이브러리를 구축하였다. 이 단백질을 이용한 스크리닝을 통해 6가지 유형의 나노항체를 확인하였으며, 그중 Nanosota-EB1과 -EB2가 이 단백질에 대한 친화도가 가장 높았다. HIS 태그가 부착된 EB1과 EB2(EB1 His 및 EB2 His)는 세균 발현 시스템에서 발현 및 정제하였고, Fc 태그가 부착된 EB1과 EB2(EB1 Fc 및 EB2 Fc)는 포유류에서 발현 및 정제하였다. 그림 1A는 표면 플라즈몬 공명(SPR)을 이용하여 His 표지 나노항체의 GP-ΔM에 대한 결합 친화도를 평가한 결과로, 높은 친화도를 나타냈다. 그림 1B는 EB1 His와 EB2 His가 각각 GP의 절단된 세포외 도메인(GPcl)과 분비형 GP(sGP)에 결합하는 것을 보여준다. EB1-His는 sGP에는 결합하지만 GPcl에는 결합하지 않는 반면, EB2-His는 그 반대입니다. 그림 1C는 두 종류의 나노항체가 존재하는 환경에서 EBOV 유사바이러스가 인간 세포로 침입하는 것을 보여줍니다. EB1 Fc와 EB2 Fc는 각각 중간 및 높은 효능으로 EBOV 유사바이러스의 침입을 억제합니다. 그림 1D는 Fc 표지 나노항체가 인간 세포에서 실제 EBOV 감염에 미치는 영향을 조사한 결과입니다. EB1 Fc와 EB2 Fc는 각각 낮은 효율과 높은 효능으로 실제 EBOV 감염을 억제합니다.
그림 1: 두 가지 새로운 항-EBOV 나노항체인 나노소타-EB1 및 -EB2의 시험관 내 특성 분석.
항-EBOV 나노섹타-EB1의 구조적 기반
그림 2A에서 볼 수 있듯이, EBOV GP-ΔM(변형 GP) 삼량체는 주황색, 회색, 녹색의 세 개의 소단위로 구성되며, 두 개의 나노소타-EB1 분자(파란색)가 여기에 결합되어 있습니다. 그림 2B는 결합 방식을 더 자세히 분석한 것입니다. 나노소타-EB1은 EBOV GP의 다당류 캡 영역(파란색으로 표시)을 특이적으로 표적으로 삼는데, 이 영역 근처에는 프로테아제 절단 부위(빨간색 원으로 표시)가 있습니다. 연구에 따르면 EB1은 다당류 캡의 구조를 안정화시켜 숙주 조직 프로테아제의 절단을 억제함으로써 바이러스가 숙주 세포로 침입하는 중요한 단계를 차단할 수 있습니다. 결합 부위의 미세 구조는 그림 2C에 나타나 있습니다. 나노소타-EB1은 다당류 캡의 β17 사슬과 직접 상호작용하면서 인접한 β18 사슬을 원래 위치에서 밀어내어 독특한 고리형 구조를 형성하도록 유도합니다. 이러한 구조적 재배열은 입체적 장애 효과 또는 형태 고정 메커니즘을 통해 바이러스 당단백질의 후속 기능에 방해를 줄 수 있습니다.
그림 2: Nanosota-EB1의 Anti-EBOV 기능에 대한 구조적 기초.
항-EBOV 나노섹타-EB2의 구조적 기반
EBOV 삼량체는 세 개의 EB2 분자와 결합하며(그림 3A), 결합 부위(빨간색)는 GP의 네 번째 에피토프(HR1, 융합 고리, GP2의 N-말단 및 GP1의 β1/β2 사슬)입니다. EB2의 CDR 영역은 HR1의 Asn563에 있는 N-결합 다당류(N563 다당류)와 강하게 상호작용하는데, 이는 GP2의 안정성과 막 융합 기능에 매우 중요합니다.
그림 3: 나노소타-EB2의 항EBOV 기능에 대한 구조적 기반.
이후 생화학적 분석, 효능 검증, 안정성 평가 및 기타 연구를 통해 EB2가 시험관 내에서 에볼라 바이러스(EBOV) 감염에 대해 강력한 중화 활성을 나타내고 EBOV 공격 마우스 모델에서 강력한 보호 효과를 제공하는 반면, 나노소타-EB1은 중간 수준의 중화 및 보호 효과를 제공하는 것으로 나타나, 검증된 효과적인 나노항체로서 EBOV에 대한 나노항체 치료의 잠재적인 치료 메커니즘을 제시하는 것으로 확인되었습니다.
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참조나노바디
Bu F, 예 G, Morsheimer K, Mendoza A, Turner-Hubbard H, 외. (2024) 에볼라 바이러스 감염에 대한 새로운 나노바디 억제제로서 Nanosota-EB1 및 -EB2의 발견. PLOS 병원균 20(12):e1012817. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1012817