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Multi-Pass-Transmembranproteine und Technologieplattformen

Multi-Pass-Transmembranproteine und Technologieplattformen
EINFÜHRUNG
Multi-Pass-Transmembran-Zielproteine
                     Abbildung 1. Multi-Pass-Transmembran-Zielproteine
Transmembranproteine (TPs) sind in die Zellmembran eingebettet und umfassen sowohl die intrazelluläre als auch die extrazelluläre Umgebung. Die Transmembranregion, die direkt mit der Phospholipid-Doppelschicht interagiert, ist ein wichtiger Kanal, der diese Umgebungen verbindet und den Transport verschiedener Ionen und Moleküle sowie die Weiterleitung von Aktivierungs- und Antwortreaktionen auf extrazelluläre Reize ermöglicht. Diese Reaktionen breiten sich über nachgeschaltete Signalwege intrazellulär aus und regulieren den Zellstoffwechsel, die Zellaktivität und das Zellschicksal. TPs können strukturell entweder als Alpha-Helix oder Beta-Faltblatt und topologisch als Single-Pass- oder Multi-Pass-Moleküle mit Ausrichtung des N- und C-Terminus klassifiziert werden. Es ist bekannt, dass viele Erkrankungen beim Menschen mit abnormen Funktionen dieser TPs assoziiert sind und ihre Rolle in einer Vielzahl von Signalwegen sie damit zu idealen Arzneimittelzielen macht.
Um ein wirksames therapeutisches Targeting dieser TPs zu entwickeln, muss eine biologisch relevante Form dieser Proteine in voller Länge isoliert werden. Insbesondere Multi-Pass-TPs sind aufgrund komplexer Strukturen mit mehreren hydrophoben Transmembranregionen und einem niedrigen Expressionsniveau in Wirtszellen bekanntermaßen schwer zu reinigen, sind aber zu einem sehr begehrten Krankheitsziel geworden. Es ist bekannt, dass der Antikörper RTX das Oberflächenantigen CD20 nicht nur am primären Epitop an der extrazellulären Schleife 2 (ECL2) erkennt, sondern auch an seinem sekundären Epitop an der extrazellulären Schleife 1 (ECL1). Darüber hinaus beeinflusst dieses sekundäre Epitop auch die CDC-Aktivität von RTX[1]. Daher wird ein TP in voller Länge mit ursprünglicher Faltung benötigt, um die Antikörperaktivität und den Wirkmechanismus vollständig zu charakterisieren.
ACROBiosystems hat speziell mehrere Technologieplattformen eingerichtet, um die strukturelle Komplexität von Multi-Pass-TPs anzugehen und die Anforderungen verschiedener Anwendungen zu erfüllen. ACRO hat eine vollständige Palette von Multi-Pass-TPs in voller Länge mit stabilisierter Struktur und hoher Aktivität entwickelt, einschließlich CD20, Claudin18.2, CD133, GPRC5D, CXCR4, CCR5 und CCR8  (Abbildung 1) um die Arzneimittelentwicklung und Mechanismusstudien zu erleichtern.
TECHNOLOGIEPLATTFORMEN
VLP-Plattform
 VLP Platform
Prinzip

Die auf dem HEK293-Expressionssystem basierende Technologieplattform VLP (Virus like Particles/virusähnliche Partikel) wurde von ACROBiosystems speziell für die Expression von TPs auf der Wirtszelloberfläche eingerichtet. Das Virushüllen-/Kapsidprotein wandelt diese Zelloberflächen dann in lösliche Lipiddoppelschichtpartikel mit hochkonzentrierten Proteinen um, die für Antikörperimmunisierung und -screening zugänglich sind. Der Membranprotein-VLP-Komplex zeigt korrekt gefaltete Multi-Pass-TPs in seiner Zellmembran wodurch man funktionelle Antikörper induzieren und filtern kann, die die natürliche Konformation des Ziels erkennen. Neben unserem Katalog von VLP-basierten Multi-Pass-TPs  bietet ACRO auch kundenspezifische Dienstleistungen an.

Vorteile
TPs in voller Länge
Größere Anzahl als die von überexprimierenden Zellen
Höhere Immunogenität
Können aufgrund ihrer Größe von 100-300 nm als beste Ziele für dendritische Zellen und Phagen-Display in vivo verwendet werden
Geeignet für Immunisierung/ELISA/SPR/BLI/Zellexperiment/CAR-Nachweis
Detergensmizellenplattform
Detergensmizellenplattform
Prinzip

Die Transmembranregion von Multi-Pass-TPs ist stark hydrophob und somit ist es schwierig, die korrekte Konformation in üblichen Puffern aufrechtzuerhalten, sobald sie aus der Zellmembran extrahiert wurden. Dieses Problem kann durch Zugabe von Detergenzien gelöst werden. ACROBiosystems hat eine vollständige Plattform für die Expression, Reinigung und Stabilisierung von schwierigen Wirkstoff-Target-TPs in Insekten- und Säugetierzellen entwickelt. ACRO führt Detergensscreening einschließlich DDM/CHS (Kat. Nr. DC-11) durch, um die Löslichkeit zu erhöhen und die ursprüngliche Faltung dieses Proteins in vitro sicherzustellen.

Vorteile
TPs mit vollständiger Konformation
Kann genau beziffert werden
Geeignet für Immunisierung/ELISA/SPR/BLI
Nanodisc-Plattform
Nanodisc Platform
Prinzip

"Nanodisc" ist eine synthetische Phospholipid-Doppelschicht-Membranstruktur, die aus Membrangerüstproteinen (MSPs) und Phospholipidmolekülen besteht. TP kann nach Entfernung des Detergens in die spezielle Struktur von Nanodisc integriert werden, so dass es seine ursprüngliche Faltung beibehalten, seine biologische Aktivität bewahren und eine verbesserte Hydrophilie für eine Vielzahl von Anwendungen zeigen kann. Beispielsweise ist die detergenzfreie Zusammenstellung von Nanodisc-basiertem TP in CAR-Expressionstests kompatibel. ACROBiosystems den Fertigungsprozess kontinuierlich optimiert und verbessert, um eine industrielle Serienfertigung zu ermöglichen. Die Bemühungen von ACRO haben eine langfristig stabile Versorgung mit Nanodisc-basierten TP-Produkten für die biopharmazeutische Industrie sichergestellt.

Vorteile
TPs in voller Länge behalten in einer natürlichen Membranumgebung eine hohe biologische Aktivität bei.
Hohe Hydrophilie ohne Detergenzien
Geeignet für Immunisierung/ELISA/SPR/BLI/Zellexperiment/CAR-Nachweis
PRODUKTLISTE
  • VLP

  • Detergenzmizellen

  • Nanodisc

MoleculeCat. No.Product DescriptionApplicationPreorder/Order
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Falldarstellung

Die folgenden SPR-Verfahrensanweisungen sind kostenlos verfügbar.

Claudin18.2-VLP

Correct assembly validated by SEM
Full-length Claudin18.2-VLP (Cat. No.CL2-H52P7) has been observed under an electron microscope to ensure that it is assembled correctly.
Claudin18.2-VLP
High bioactivity validated by ELISA
ELISA

Immobilized Human Claudin-18.2 Full Length Protein-VLP (Cat. No. CL2-H52P7) at 5 μg/mL (100 μL/well) can bind Monoclonal Anti-Chimeric Claudin-18.2 Antibody, Human IgG1 with a linear range of 0.2-3 ng/mL (QC tested).

High affinity validated by SPR
SPR

Human Claudin-18.2 Full Length Protein-VLP (Cat. No. CL2-H52P7) captured on CM5 Chip via Anti-Claudin-18.2 antibody can bind Anti-Claudin-18.2 antibody with an affinity constant of 0.374 nM as determined in a SPR assay (Biacore T200) (Routinely tested).

Suitable for CAR detection
Good bioactivity validation of CD20-DDM/CHS

2e5 of Anti-Claudin-18.2 CAR-293 cells were stained with 100 μL of 3 μg/mL of Fluorescent Human Claudin-18.2 Full Length Protein-VLP (Cat. No.CL2-HF218) and negative control protein respectively, FITC signals was used to evaluate the binding activity (Routinely tested).

CD20-DDM/CHS

Good bioactivity validation of full-length CD20-DDM/CHS(Cat. No.CD0-H52H3) by ELISA
Good bioactivity validation of full-length CD20-DDM/CHS

Immobilized RTX at 2 μg/mL (100 μL/well) can bind Human CD20 Full Length, His Tag, HEK293 (SPR verified) (Cat. No. CD0-H52H3) with a linear range of 0.4-3 ng/mL (in presence of DDM and CHS).

Good bioactivity validation of CD20-DDM/CHS(Cat. No.CD0-H82E5) by ELISA
Good bioactivity validation of CD20-DDM/CHS

Immobilized RTX at 2 μg/mL (100 μL/well) can bind Biotinylated Human CD20 Full Length, His,Avitag (HEK293) (Cat. No. CD0-H82E5) with a linear range of 4-63 ng/mL (in presence of DDM and CHS).
                 

High affinity validation of CD20-DDM/CHS(Cat. No.CD0-H82E5) by SPR
High affinity validation of CD20-DDM/CHSE

Biotinylated Human CD20, His,Avitag (HEK293) (Cat. No. CD0-H82E5) captured on Biotin CAP-Series S Sensor Chip can bind RTX with an affinity constant of 1.73 nM as determined in a SPR assay (in presence of DDM and CHS) (Biacore T200).

CD133-Nanodisc

Purity greater than 90% by SDS-PAGE
Purity greater than 90% by SDS-PAGE

Human CD133 Full Length, His Tag (Nanodisc) ((Cat. No. CD3-H52H1))on SDS-PAGE under reducing (R) condition. The gel was stained overnight with Coomassie Blue. The purity of the protein is greater than 90%.
                  

Good bioactivity validated by ELISA
ELISA

Immobilized Human CD133 Full Length, His Tag (Nanodisc) (Cat. No. CD3-H52H1) at 1 μg/mL (100 μL/well) can bind Monoclonal Anti-Human CD133 (133-3) Antibody, Human IgG1 with a linear range of 0.2-4 ng/mL (QC tested).

Fragen und Antworten
Transmembrane Proteins Platform
Q1:For immunization and antibody screening, which platform should I choose for Claudin18.2?

Our Claudin18.2 has been developed with VLP and DMM/CHS platforms. Both of these versions are suitable for immunization and screening. However, the VLP version may be preferred for improved immunogenicity. For accurate affinity measurements, we recommend using the DDM/CHS version (the detergent version).

Q2:Why do you want to emphasize the importance of full-length protein? After all, antibodies and antigens only bind on the extracellular domain.

Multi-pass transmembrane proteins span the cell membrane multiple times forming multiple extracellular domains. For example, Claudin18.2, CD20, and CD133 have two extracellular loops (ECLs) with each ECL having specific functions and interactions with each other. Full length can ensure that the protein conformation is biologically relevant while enabling the ECL to be completely exposed for improved screening of ideal antibodies. As the figure below illustrates, the full length is active and relevant compared to isolated extracellular domain. It is not the case that ACRO always emphasizes full length proteins, but drug discovery R&D work needs the full-length multi-pass transmembrane proteins. Indeed, when compared, the activity of only the ECL region is worse than that of the full-length protein. ACRO is committed to providing the high quality and relevant products that meet customers' needs.

Structure of Full-length CD20 Protein
Q3:How do you exclude non-specific antibodies for the full-length membrane proteins in VLP and Nanodisc platforms?

The influence of non-specific antibodies cannot be ignored. Using membrane proteins under the VLP and Nanodisc platforms may produce non-specific antibodies. Both of our platforms have corresponding isotype controls for reverse-screening and excluding non-specific antibodies. Membrane protein-VLP has an isotype control product (Cat. No. VLP-NF2P4). Membrane protein-Nanodisc has two isotype control products, one of which is MSP1D1(Cat. No. APO-H51H3) as the isotype control for tag free version. If a biotinylated membrane protein-Nanodisc is used, MSP1D1(Cat. No. APO-H81Q5) can be used as the isotype control.

VLP/Nanodisc isotype control products
Q4:Compared to other platforms, what are the advantages of Nanodiscs?

Nanodisc-membrane proteins are quite different from detergent stabilized membrane proteins. First of all, in principle, Nanodisc-membrane protein are assembled on native membrane-like structures and are completely detergent free. This opens up applications like immunization use for Nanodisc assembled proteins otherwise restricted due to detergent dissolving native cell membrane and causing damage to cells. In addition, the Nanodisc version of membrane proteins are compatible with cell-based assays and CAR expression detections. The Nanodisc platform used by ACRO has been authorized by the patent holder and can be used with confidence during the development process.

Q5:How do you confirm that Claudin18.2-VLP contains the target protein and how do you evaluate its purity? In the EM image on your product page, how do you tell whether the protein is embedded on the VLP particle?

Claudin18.2-VLP is tested and verified by anti-Claudin18.2 specific antibodies. The purity is evaluated by SDS-PAGE/HPLC/DLS/SEM. The conventional negative dye EM cannot see whether Claudin18.2 is on the VLP due to its low resolution. Binding activity with anti-Claudin18.2 specific antibodies can confirm the presence of Claudin18.2 on the particles.

Q6:Would VLP-membrane proteins be suitable for lyophilization? Could it be emulsified, and are there any requirements for the type of adjuvant? What are the precautions for using VLP formulated proteins for immunization?

We currently store all VLP formulated products as liquids at -70°C and ship on dry ice. We do store non- enveloped VLP products by freeze-drying. VLP immunization mainly requires attention to the choice of adjuvant dose, because VLP itself can enhance immunogenicity, which is not the case for conventional protein products.

Q7:You also have VLP versions of CD24 and PD-1. Are they the same as Claudin18.2? What is the difference between enveloped VLP and non-enveloped VLP?

CD24 and PD-1 are soluble proteins. They are not multi-pass transmembrane proteins, so non-enveloped VLPs are used. While multi-transmembrane proteins have hydrophobic transmembrane regions and need to be embedded on the membrane of the enveloped VLPs. The difference between VLP and enveloped VLP is whether there is a phospholipid bilayer membrane on the surface of the VLP.

Q8:How long is the lead time for customized full-length membrane protein?

If customized, the membrane protein in VLP format is expected to take 6-8 weeks.  The DDM/CHS version requires expression and purification conditions optimization of the target multi-pass transmembrane protein and detergent screening, so the development cycle is longer lasting more than 8 weeks. The customized Nanodisc version of membrane protein requires an additional 4 weeks on top of the DDM/CHS development time.

REFERENZEN

Structure of CD20 in complex with the therapeutic monoclonal antibody RTX.

The role of CD133 in cancer: a concise review.

  • Authors: Paige M. Glumac , Aaron M. LeBeau.

  • Journal: Glumac and LeBeau Clin Trans Med

  • Download Full Article

Structural and Molecular Interactions of CCR5 Inhibitors with CCR5.

  • Authors: Kenji Maeda, Debananda Das et al.

  • Journal: Journal of Biological Chemistry

  • Download Full Article

Role of Conserved Disulfide Bridges and Aromatic Residues in Extracellular Loop 2 of Chemokine Receptor CCR8 for Chemokine and Small Molecule Binding.

  • Authors: Line Barington, Pia C. Rummel, et al.

  • Journal: Journal of Biological Chemistry

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ACRO Quality

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