Characterizing Protein–Protein Interactions via Static Light Scattering: Nonspecific Interactions
Technické články | 2009 | WatersInstrumentace
Charakterizace nespecifických interakcí mezi proteiny je klíčová pro pochopení základních biomolekulárních procesů i pro vývoj biotechnologických produktů. Měření druhého a křížového virialového koeficientu poskytuje souhrnnou kvantitativní informaci o atrakci či repulsi v roztoku, což ovlivňuje stabilitu, čirost, či uspořádání proteinů do krystalů.
Cílem prezentované práce bylo demonstrovat, jak pomocí kompozičního gradientu a vícerozměrného statického rozptylu světla (CG-MALS) rychle a přesně určit samo-virialový koeficient (A2) a křížový virialový koeficient (A11) u proteinů v různých pufrovacích podmínkách. Autoři představili dva příklady: vliv pH na A2 bovinní sérové albuminy (BSA) a vzájemné interakce mezi BSA a lysozymem.
Pro stanovení virialových koeficientů autoři zvolili CG-MALS, spočívající v automatizované přípravě a doručení řady roztoků s různým složením do detektorů:
Metoda zahrnuje sekvence: příprava gradientu koncentrací, měření intenzity rozptylu a souběžné zjištění refrakčního indexu, následné fitování dat na příslušné virialové rovnice.
Ve studii se prokázalo:
Diskuse poukázala na význam volby pufru, iontické síly a excipientů pro řízení stability, agregace či krystalizace proteinů.
Metoda CG-MALS nabízí:
Další rozvoj CG-MALS může zahrnovat:
Automatizovaný CG-MALS umožňuje efektivní charakterizaci nespecifických protein–protein interakcí prostřednictvím měření virialových koeficientů, což významně usnadňuje návrh stabilních a funkčních biotechnologických formulací.
GPC/SEC
ZaměřeníProteomika
VýrobceWaters
Souhrn
Význam tématu
Charakterizace nespecifických interakcí mezi proteiny je klíčová pro pochopení základních biomolekulárních procesů i pro vývoj biotechnologických produktů. Měření druhého a křížového virialového koeficientu poskytuje souhrnnou kvantitativní informaci o atrakci či repulsi v roztoku, což ovlivňuje stabilitu, čirost, či uspořádání proteinů do krystalů.
Cíle a přehled studie
Cílem prezentované práce bylo demonstrovat, jak pomocí kompozičního gradientu a vícerozměrného statického rozptylu světla (CG-MALS) rychle a přesně určit samo-virialový koeficient (A2) a křížový virialový koeficient (A11) u proteinů v různých pufrovacích podmínkách. Autoři představili dva příklady: vliv pH na A2 bovinní sérové albuminy (BSA) a vzájemné interakce mezi BSA a lysozymem.
Použitá metodika a instrumentace
Pro stanovení virialových koeficientů autoři zvolili CG-MALS, spočívající v automatizované přípravě a doručení řady roztoků s různým složením do detektorů:
- Calypso™ SP3 systém s třemi řízenými injektory a statickým mixérem
- víceúhlový statický detektor rozptylu světla (MALS)
- on-line diferenciální refraktometr pro přesnou detekci koncentrace
Metoda zahrnuje sekvence: příprava gradientu koncentrací, měření intenzity rozptylu a souběžné zjištění refrakčního indexu, následné fitování dat na příslušné virialové rovnice.
Hlavní výsledky a diskuse
Ve studii se prokázalo:
- Pro BSA v PBS pH 6,7 byl A2 mírně kladný (~1,4·10−4 mol·mL/g2), což ukazuje převažující repulzní složku nad tvrdou exkluzí.
- Snižování pH směrem k izoelektrickému bodu (~4,6) vedlo k poklesu A2 pod hodnotu exkluzního objemu, takže celkově převažovala slabá atrakce.
- V experimentu s BSA a lysozymem autoři získali A2(BSA) ~+1,2·10−4, A2(lysozym) ~–3,3·10−4, a křížový koeficient A11 ~–3,8·10−4 mol·mL/g2, což potvrzuje, že lysozym vykazuje atraktivní interakce jak k sobě, tak k BSA.
Diskuse poukázala na význam volby pufru, iontické síly a excipientů pro řízení stability, agregace či krystalizace proteinů.
Přínosy a praktické využití metody
Metoda CG-MALS nabízí:
- rychlé a opakovatelné stanovení virialových koeficientů bez separace či destrukce vzorku
- možnost optimalizace pufrovacích podmínek pro stabilitu a čirost biofarmak
- nástroj pro návrh krystalizačního protokolu (ideální slabá atrakce, mírně negativní A2)
- podporu optimalizace procesů chromatografické a drobných bioseparačních systémů
Budoucí trendy a možnosti využití
Další rozvoj CG-MALS může zahrnovat:
- rozšíření analýz na složitější systémy s reverzibilní asociací a kinetikou svazování
- integrované softwarové moduly pro vícerozměrné analýzy a predikci chování proteinů při vyšších koncentracích
- aplikace na polymerní nosiče, liposomy či nanov částice v lékařských nosičích
- kombinaci se separačními technikami (SEC-MALS) pro korelaci distribuce velikostí a interakcí
Závěr
Automatizovaný CG-MALS umožňuje efektivní charakterizaci nespecifických protein–protein interakcí prostřednictvím měření virialových koeficientů, což významně usnadňuje návrh stabilních a funkčních biotechnologických formulací.
Reference
- George A.; Wilson W.W. Predicting protein crystallization from a dilute solution property. Acta Crystallogr. D 1994, 50, 361–365.
- Luisi D.L.; Nichols P.; Champagne J.C. Chasing a Ghost: Characterizing the Unique Self-Association Characteristics of an IgG1 Antibody. Light Scattering Colloquium, Santa Barbara 2006.
- Ho J.G.S.; Middleberg A.P.J.; Ramage P.; Kocher H.P. The likelihood of aggregation during protein renaturation can be assessed using the second virial coefficient. Protein Sci. 2003, 12, 708–716.
- Some D.; Hanlon A.; Sockolov K. Characterizing protein–protein interactions via static light scattering: reversible heteroassociation. Amer. Biotechnol. Lab. 2008, 26(4), 18–20.
- King R.S.; Blanch H.W.; Prausnitz J.M. Molecular thermodynamics of aqueous two-phase systems for bioseparations. AIChE J. 1988, 34(10), 1585–1594.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
PEG-Protein Interactions for Stable Formulations Studied by CG-MALS Daniel Some and Sophia Kenrick, Wyatt Technology Corp., Santa Barbara, CA 93117 1. Background Many therapeutic proteins such as antibodies exhibit non-specific self-association at concentrations > 10 mg/mL typical of final drug-product…
Klíčová slova
peg, peglysozyme, lysozymedcb, dcbself, selfassociation, associationinteraction, interactionconcentration, concentrationmals, malsdimer, dimercomplexes, complexesmonomer, monomerhetero, heterodca, dcaincreasing, increasingstoichiometry
Characterization of self-associating antibody solutions at high concentrations with CG-MALS
|Waters|Aplikace
A P P L I C AT I O N N O T E AN3009: Characterization of self-associating antibody solutions at high concentrations with CG-MALS Sophia Kenrick, Ph.D. and Daniel Some, Ph.D., Waters | Wyatt Technology Summary The characterization of…
Klíčová slova
mab, mabcalypso, calypsoisa, isamals, malsinteractions, interactionsantibody, antibodydimer, dimerassociation, associationintermolecular, intermolecularmol·ml, mol·mlself, selfvirial, virialdimerization, dimerizationattractive, attractiveviscosity
Estimating protein partitioning in multicomponent aqueous two-phase extraction based on CG-MALS measurements
|Waters|Aplikace
A P P L I C AT I O N N O T E AN3007: Estimating protein partitioning in multicomponent aqueous two-phase extraction based on CG-MALS measurements Christian Kress, Ph.D. and Christoph Brandenbusch, Ph.D., Technical University of Dortmund Summary This…
Klíčová slova
atps, atps𝑑n, 𝑑nprotein, proteinigg, iggpartitioning, partitioningdisplacement, displacementvirial, virialestimate, estimateprecipitation, precipitationbehavior, behavioraqueous, aqueousphase, phasemals, malssolute, solutewithin
Characterizing Protein–Protein Interactions Via Static Light Scattering: Inhibition Kinetics and Dissociation
2010|Waters|Technické články
Volume 28, Number 1 Technical Article by Dan Some and Amy Hanlon Characterizing Protein–Protein Interactions Via Static Light Scattering: Inhibition Kinetics and Dissociation Q uantification of the kinetic rates of protein association, dissociation, and aggregation is an essential factor in…
Klíčová slova
mals, malsscattering, scatteringlight, lightprotein, proteinchymotrypsin, chymotrypsinkinetics, kineticsstatic, staticequilibrium, equilibriummolar, molarinhibitor, inhibitorcontinued, continuedmay, mayconstants, constantsdecay, decaysolution