Laboratoř inženýrství vazebných proteinů

Malé vazební proteinové molekuly s vysokou specifitou a afinitou jako náhrada komplexní molekuly lidských protilátek

Vedoucí laboratoře: RNDr. Petr Malý, CSc.

Jednou z rychle se rozvíjejících oblastí moderní biotechnologie se stala příprava nových typů malých vazebných proteinových molekul, které mohou svou specifitou a vysokou afinitou nahradit komplexní molekuly lidských protilátek, které stále zůstávají hlavním a tradičním nástrojem v diagnostice a terapii lidských onemocnění. Nově vytvářené vazebné molekuly s cíleně směrovanou specifitou jsou vyvíjeny z odolných proteinových domén buď racionálním designem s využitím matematických a strukturních modelů nebo selekcí z vysoce komplexních kombinatoriálních knihoven proteinových variant, které jsou vystavovány na buněčném povrchu (tzv. cell-surface display), produkovány fágem (phage display) nebo vytvořeny in vitro ribosomálním komplexem (ribosome display). Nově vytvořené vazebné molekuly s cíleně směrovanou specifitou a vysokou afinitou jsou klíčovými nástroji k tvorbě nových a citlivých diagnostických souprav a biosenzorů, a pokud mají inhibiční účinky na vazbu ligandů s povrchovými buněčnými nebo intracelulárními receptory, mohou se stát velice atraktivními molekulami k vývoji terapeutik nové generace. Výhodou malých vazebných ligandů je jejich snadná příprava, vysoká termální a hydrodynamická stabilita, strukturní odolnost a možnost jejich dalšího zlepšování racionálními a genově-fúzními přístupy.

Naše laboratoř, která se postupně formovala od roku 2008, se zabývá inženýrstvím nových vazebných proteinů, tzv. rekombinantních ligandů, která jsou směrovány proti molekulárm lidských cytokinů a jejich receptorů nebo vybraným onkomarkerům. Během několika minulých let jsme v naší laboratoři zavedli model trojhelikálního svazku odvozeného od domény vazající lidský albumin, která je součástí proteinu G streptokoka. Tento model, tzv. „albumin-binding domain (ABD) scaffold“, byl použit k racionálnímu designu a vývoji vysoce komplexní knihovny o teoretické variabilitě 1016 kodońů, která odpovídá komplexitě 1014 proteinových variant. Pomocí této knihovny jsme vyselektovali vysoce afinní ligandy vázající lidský interferon gama, které se následně staly základem k tvorbě nového typu citlivého biosenzoru ve spolupráci s laboratoří z Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR, v. v. i. V současné době využíváme kombinatoriální knihovnu k přípravě a studiu dalších typů vazebných molekul s inhibičními účinky na funkci cytokinů, které ovlivňují rozvoj zánětlivého procesu při autoimunitních onemocněních. Vedle toho se snažíme vytvořit unikátní vazebné molekuly užitečné k přesnější a komplexnější detekci při diagnostice rakoviny prostaty.

 

Daniel Lišková Veronika, Mgr., Ph.D.
Groza Yaroslava
Hlavničková Marie, Mgr.
Kadlčáková Petra
Kuchař Milan, Mgr., Ph.D.
Malá Linda, Mgr.
Malý Petr, RNDr., CSc.
Panova Natalya
Petroková Hana, Ing., Ph.D.
Šulc Josef
Vaňková Lucie, Mgr., Ph.D.
Zosinčuková Tereza, Bc.

 2019

  • Kosztyu, P., M. Kuchar, J. Cerny, L. Barkocziova, M. Maly, H. Petrokova, L. Czernekova, V. Liskova, L. Raskova Kafkova, P. Knotigova, J. Masek, J. Turanek, P. Maly and M. Raska (2019). "Proteins mimicking epitope of HIV-1 virus neutralizing antibody induce virus-neutralizing sera in mice." EBioMedicine 47: 247-256.
  • Petrokova, H., J. Masek, M. Kuchar, A. Viteckova Wunschova, J. Stikarova, E. Bartheldyova, P. Kulich, F. Hubatka, J. Kotoucek, P. T. Knotigova, E. Vohlidalova, R. Hezova, E. Maskova, S. Macaulay, J. E. Dyr, M. Raska, R. Mikulik, P. Maly and J. Turanek (2019). "Targeting Human Thrombus by Liposomes Modified with Anti-Fibrin Protein Binders." Pharmaceutics 11(12).
  • Plavec, T. V., M. Kuchar, A. Benko, V. Liskova, J. Cerny, A. Berlec and P. Maly (2019). "Engineered Lactococcus lactis Secreting IL-23 Receptor-Targeted REX Protein Blockers for Modulation of IL-23/Th17-Mediated Inflammation." Microorganisms 7(5).

2018

  • Hlavnickova, M., M. Kuchar, R. Osicka, L. Vankova, H. Petrokova, M. Maly, J. Cerny, P. Arenberger and P. Maly (2018). "ABD-Derived Protein Blockers of Human IL-17 Receptor A as Non-IgG Alternatives for Modulation of IL-17-Dependent Pro-Inflammatory Axis." Int J Mol Sci 19(10).
  • Semeradtova, A., M. Stofik, L. Vankova, P. Maly, O. Stanek and J. Maly (2018). "Optical microchips based on high-affinity recombinant protein binders-Human serum albumin detection in urine." Sensors and Actuators B-Chemical 272: 441-447.
  • Skrlec, K., P. Zadravec, M. Hlavnickova, M. Kuchar, L. Vankova, H. Petrokova, L. Krizova, J. Cerny, A. Berlec and P. Maly (2018). "p19-Targeting ILP Protein Blockers of IL-23/Th-17 Pro-Inflammatory Axis Displayed on Engineered Bacteria of Food Origin." Int J Mol Sci 19(7).

2017

  • Krizova, L., M. Kuchar, H. Petrokova, R. Osicka, M. Hlavnickova, O. Pelak, J. Cerny, T. Kalina and P. Maly (2017). "p19-targeted ABD-derived protein variants inhibit IL-23 binding and exert suppressive control over IL-23-stimulated expansion of primary human IL-17+ T-cells." Autoimmunity 50(2): 102-113.

2016

  • Maly, J., O. Stanek, J. Frolik, M. Maly, F. Ennen, D. Appelhans, A. Semeradtova, D. Wrobel, M. Stofik, T. Knapova, M. Kuchar, L. C. Stastna, J. Cermak, P. Sebo and P. Maly (2016). "Biocompatible Size-Defined Dendrimer-Albumin Binding Protein Hybrid Materials as a Versatile Platform for Biomedical Applications." Macromol Biosci 16(4): 553-566.
  • Zadravec, P., L. Mareckova, H. Petrokova, V. Hodnik, M. P. Nanut, G. Anderluh, B. Strukelj, P. Maly and A. Berlec (2016). "Development of Recombinant Lactococcus lactis Displaying Albumin-Binding Domain Variants against Shiga Toxin 1 B Subunit." Plos One 11(9).

2015

  • Mareckova, L., H. Petrokova, R. Osicka, M. Kuchar and P. Maly (2015). "Novel binders derived from an albumin-binding domain scaffold targeting human prostate secretory protein 94 (PSP94)." Protein Cell 6(10): 774-779.

2014

  • Kuchar, M., L. Vankova, H. Petrokova, J. Cerny, R. Osicka, O. Pelak, H. Sipova, B. Schneider, J. Homola, P. Sebo, T. Kalina and P. Maly (2014). "Human interleukin-23 receptor antagonists derived from an albumin-binding domain scaffold inhibit IL-23-dependent ex vivo expansion of IL-17-producing T-cells." Proteins 82(6): 975-989.

2013

  • Mikulecky, P., J. Cerny, L. Biedermannova, H. Petrokova, M. Kuchar, J. Vondrasek, P. Maly, P. Sebo and B. Schneider (2013). "Increasing affinity of interferon-gamma receptor 1 to interferon-gamma by computer-aided design." Biomed Research International 2013: 752514.

2012

  • Ahmad, J. N., J. Li, L. Biedermannova, M. Kuchar, H. Sipova, A. Semeradtova, J. Cerny, H. Petrokova, P. Mikulecky, J. Polinek, O. Stanek, J. Vondrasek, J. Homola, J. Maly, R. Osicka, P. Sebo and P. Maly (2012). "Novel high-affinity binders of human interferon gamma derived from albumin-binding domain of protein G." Proteins 80(3): 774-789.
  • Bibova, I., I. Linhartova, O. Stanek, V. Rusnakova, M. Kubista, M. Suchanek, M. Vasakova and P. Sebo (2012). "Detection of immune cell response to M. tuberculosis-specific antigens by quantitative polymerase chain reaction." Diagnostic Microbiology and Infectious Disease 72(1): 68-78.
  • Sipova, H., V. Sevcu, M. Kuchar, J. N. Ahmad, P. Mikulecky, R. Osicka, P. Maly and J. Homola (2012). "Surface plasmon resonance biosensor based on engineered proteins for direct detection of interferon-gamma in diluted blood plasma." Sensors and Actuators B-Chemical 174: 306-311.

2011

  • Krejcirikova, V., P. Pachl, M. Fabry, P. Maly, P. Rezacova and J. Brynda (2011). "Structure of the mouse galectin-4 N-terminal carbohydrate-recognition domain reveals the mechanism of oligosaccharide recognition." Acta Crystallographica Section D-Structural Biology 67: 204-211.

 

 

Patents

  • Maly, P. K., L.; Kuchar, M.; Petrokova, H. ( 2019). CZ307849. Polypeptides for the treatment of autoimmune diseases based on blocking the p19 subunit of the IL-23 human cytokine., Biotechnologický ústav AVCR, v.v.i.

  • Maly, P. S., P.; Kuchar, M.; Vankova, L.; Petrokova, H. ( 2017). EP2922560. Polypeptide Antagonists of Human IL-23 Receptor for Treatment of Autoimmune Diseases.

  • Maly, P. S., P.; Kuchar, M.; Vankova, L.; Petrokova, H. ( 2014). CZ304514. Polypeptides for treatment of autoimmune diseases based on human IL-23 receptor blockade., Biotechnologický ústav AVCR, v.v.i.

TA ČR (program TREND): FW01010350, Malý: Léčebný efekt bakteriofágů a jejich endolyzinů na oportunní bakteriální infekce vytvářející biofilm. 2020-2024.

MŠMT (program OP VVV): CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_025/0007397, Malý: Centrum pro rekombinantní biotechnologie a imunoterapeutika (CEREBIT). 2018-2022.

AZV: 16-29738A, Malý: Detekce cirkulujících nádorových buněk (CTC) u pacientů s adenokarcinomem plic pomocí mikrofluidního čipu. 2016-2019.

AZV: 16-30299A, Malý: Nanoliposomální systémy pro rychlou diagnostiku trombu pomocí MRI. 2016-2019.

AZV: 16-27676A, Malý: Imunomodulační ligandy cílené na prozánětlivou dráhu IL-23/Th17 jako nový nástroj k vývoji zevních antipsoriatických léků. 2016-2019.

AVČR: SAZU-16-01, Malý: Využití bakterií mléčného kvašení k produkci nových terapeutických proteinů odvozených od struktury albumin vážící domény a k jejich uvolňování ve střevě. 2016-2018. (Partnerské pracoviště: Jozef Stefan Institute, SAZU, Slovinsko).

AZV: 15-32198A, Malý: Příprava rekombinantních mimotopů indukujících neutralizační protilátky proti HIV-1 gp120 glykoproteinu pomocí technologie vysokoafinitních ligandů. 2015-2018.

TA ČR (program EPSILON): TH01010837, Malý: Vývoj unikátních vakcín proti závažným onemocněním zvířat. 2015-2016.

MPO (program TIP): FR-TI4/667, Vývoj nových vazebných biomolekul pro in vitro diagnostické použití v onkologii. 2012-2014.

GAČR: GAP303/10/1849, Malý: Imunomodulační ligandy potlačující funkci lidského IL-23. 2010-2013.