Simple Science

最先端の科学をわかりやすく解説

# 生物学# 免疫学

モノクローナル抗体を使った破傷風治療の進展

研究は、モノクローナル抗体を使った破傷風の新しい治療法に焦点を当てている。

― 1 分で読む


破傷風治療への新たな希望破傷風治療への新たな希望えるかもしれない。モノクローナル抗体が破傷風の感染管理を変
目次

破傷風はクロストリジウム・テタニっていうバイ菌によって引き起こされる深刻な病気だよ。このバイ菌は傷や切り傷を通じて体に入ってくることがあるんだ。入ったら、破傷風神経毒(TeNT)っていう毒素を出して、神経系に影響を与えるんだ。体はこの毒素に反応して筋肉がけいれんしたり、呼吸に問題が出たり、最悪の場合死に至ることもあるよ。

破傷風は特に危険で、多くの国で報告されているんだけど、特に医療アクセスが限られている場所でよく見られる。ワクチンがあって破傷風を予防する手助けになるけど、毒素にさらされる可能性がある緊急事態では治療も必要なんだ。治療方法の一つには、感染と戦うのを助ける抗体を使うことがあるよ。

モノクローナル抗体って何?

モノクローナル抗体(mAbs)は、ラボで作られる特別なタンパク質なんだ。ウイルスや毒素の特定の部分を狙うように設計されてる。破傷風の場合、科学者たちは破傷風毒素に結合して害を防ぐmAbsを作ったんだ。

以前の研究では、破傷風毒素が神経細胞に入るのを助ける重要な部分に結合できるmAbsが見つかったんだ。これらのmAbsは毒素が体の神経細胞に入るのをブロックすることで、破傷風の治療に役立つ可能性があるよ。

破傷風毒素の仕組み

C. テタニの胞子が体に入ると、酸素がない環境で成長できるんだ。これによってTeNTが生産されて、体を通り抜けて神経系に到達する。そこでは、神経細胞間の正常な信号を干渉するんだ。具体的には、筋肉の活動を抑える化学物質の放出を妨げて、激しくて痛い筋肉のけいれんを引き起こすんだ。

TeNTはヘビーチェーンとライトチェーンがつながってできていて、完全な毒素を形成してる。ライトチェーンは筋肉をリラックスさせる信号をブロックする役割を持ってて、ヘビーチェーンは毒素が神経細胞に入るのを手助けするんだ。

ガングリオシドの役割

ガングリオシドは神経細胞の表面にある分子で、破傷風毒素の入り口になるんだ。TeNTのヘビーチェーンはGT1bっていうガングリオシドに特異的に結合して、毒素が細胞に入るのを可能にする。中に入ると、TeNTは正常な神経機能を妨げて、命に関わることもあるよ。

モノクローナル抗体を使った治療の探求

研究者たちはモノクローナル抗体を使って破傷風の治療を改善しようとしてる。ある研究では、破傷風のワクチンを接種された人からB細胞を使ってmAbsを作ったんだ。これらのmAbsがTeNTが神経細胞に入るのをどれだけ防げるかテストされたよ。

TT-117とTT-140っていう2つの特定のmAbsが破傷風毒素の一部に結合することが分かった。ラボでテストしたときは、これらのmAbsは毒素がガングリオシドに結合するのを効果的にブロックできたけど、実際の動物では自分たちだけでは毒素を中和できなかった。でも、他の抗体と一緒に使うと、毒素の有害な影響を防ぐのに有望だったんだ。

作用機序の調査

これらのmAbsがTeNTにどう影響するかをさらに理解するために、ラットの脊髄から分離された神経細胞を使った研究が行われた。研究者たちはTeNTがこれらの細胞にどう入るかと、SV2タンパク質の役割を観察したんだ。SV2は神経細胞内の物質の輸送に関与していて、破傷風毒素が細胞に入るのに関わっていることが示されてる。

神経細胞にmAbsを処理したところ、TT-117とTT-140はTeNTの内部化を大幅に減少させた。つまり、これらのmAbsが毒素が神経細胞に入るのを効果的に止めたってことだよ。

分子ドッキング研究

分子ドッキングっていうコンピューターモデリングを使って、科学者たちはmAbsが破傷風毒素にどう結合するかを調べたんだ。目的は、mAbsが結合する毒素の特定の部分を見つけることだったよ。

ドッキング研究では、両方のmAbsが破傷風毒素のヘビーチェーンに効果的に結合することが明らかになった、特にHCR/Tドメインっていう部分に。ここは毒素がGT1bみたいなガングリオシドと相互作用するために重要なエリアなんだ。

エピトープの予測

mAbsがTeNTにどう結合するかを研究するだけじゃなく、研究者たちは毒素の中でmAbsが最もターゲットにする可能性が高い部分、つまりエピトープを特定することにも焦点を当てたんだ。エピトープは抗体が認識して結合する毒素の特定の部分だよ。

mAb TT-117では、かなりの数の結合相互作用が見つかって、破傷風毒素を効果的に標的にできる可能性があることを示している。TT-140も強い結合特性を示した。この知識は、破傷風の治療のためにより良い抗体を開発するのに役立つんだ。

インビトロモデルの重要性

破傷風毒素の働きとそれに対抗する方法を理解するには、信頼できる実験モデルが必要なんだ。この研究では、一次神経細胞が重要で、体内の実際の神経細胞に非常に近いから、科学者たちが毒素の侵入やmAbsの効果をよりよく理解できるんだ。

最初の試みで永続的な細胞株は期待通りの結果が得られなかったけど、一次神経細胞の使用が貴重な洞察をもたらした。この細胞は、毒素が実際の生物環境でどのように振る舞うかのより良い代表となるんだ。

今後の方向性

この研究からの結果は、mAbs TT-117とTT-140が破傷風の治療を改善する可能性があることを示している。次のステップは、これらの抗体をより複雑な生物学的システムでさらにテストすることと、実際の動物モデルでの影響を探ることだよ。

さらに、研究者たちは他の類似のmAbsを分析して、治療をさらに強化できるかどうかを調べる予定だ。最終的な目標は、特にこの病気が深刻な脅威である地域で、人々を破傷風の危険から守るための安全で効果的な方法を開発することなんだ。

結論

破傷風は命に関わる病気だけど、特にモノクローナル抗体を使った医療の進歩が、より良い治療法の希望を提供してる。破傷風毒素がどう働くかと、mAbsがその影響をどうブロックできるかを理解することで、研究者たちはこの危険な感染症と戦うための新しい戦略を切り開いてる。継続的な研究と開発が、この分野で破傷風の危険にさらされている人々の安全と健康の向上につながるかもしれないよ。

オリジナルソース

タイトル: A dual strategy - in vitro and in silico - to evaluate human antitetanus mAbs addressing their potential protective action on TeNT endocytosis in primary rat neuronal cells

概要: Tetanus disease is caused by the spore-forming bacteria Clostridium tetani. Its development starts with wounds or mucous layers of spore contact in water, soil, human, and animal feces. It is prevented by vaccination, but the lack of booster shots throughout life and age-decreased immune surveillance by immunosenescence enforces prophylactic treatment in case of accidents. The disease incident and lethality present a high index in underdeveloped countries. In cases of infection, administering antitetanus antibodies is preconized, usually derived from immunized horses or humans. Heterologous sera origin and the total protein content represent risks such as serum sickness and serum sickness-like reactions. Human sera can carry unknown viruses. The search for human monoclonal antibodies (mAbs) against TeNT (tetanus toxin) has increased in the last few years, although none has been approved. From a panel of previously identified human mAbs derived from B-cell sorting, we selected two nonrelated mAbs that bind to HCR/T (fragment C) of TeNT, showing disruption of its interaction with the cellular receptor ganglioside GT1b. To gain more insight into the TeNT inhibition effectiveness, we present results based on cellular assays and molecular docking tools. We describe TeNT internalization in neurons derived from the neonatal rat spinal cord. Adding the single mAbs prevented TeNT internalization higher than 50% under a specific experimental condition. The data validation was performed by quantitative analysis of immunofluorescence punctate staining of Alexa Fluor 647 conjugated to TeNT. We also confirmed the Synaptic Vesicle Glycoprotein (SV2) mediator role in TeNT endocytosis. The molecular docking assays to predict potential TeNT epitopes of the mAbs showed the binding of both antibodies to the heavy chain of TeNT, specifically to the HCR/T domain. A higher incidence was found between N1153 and W1289 when evaluating candidate residues for conformational epitope. AUTHOR SUMMARYTetanus neurotoxin, produced by the bacteria C. tetani, is one of the most potent toxins. The ubiquitous presence of bacteria and spores in soil, water, and human and animal feces makes their elimination impossible, and accidents occur in contact with wounds. People who work in agricultural or animal production are more susceptible to infection. In recent years, there has been an increase in groups developing human monoclonal antibodies for specific immunotherapy. Our group screened a panel of monoclonal antibodies in search of the best neutralizing compositions. This work reports convergent in vitro and in silico results on two antibodies that bind to the toxin domain, which interacts with neuronal cells and initiates the disease pathway. We show the hydrophobic interactions and hydrogen bonds that make contact between each antibody and the toxin, the entry of the toxin into the rat primary spinal cord cells, its interaction with synaptic vesicle II, and how the antibodies reduce the entry of the toxin into the cells, pointing to their neutralizing potential.

著者: Ana Maria Moro, C. P. Lima, G. M. Barreiros, A. S. Oliveira, M. M. Souza, T. M. Manieri

最終更新: 2024-02-28 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.25.582016

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.25.582016.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。

類似の記事

細胞生物学新しいバイオセンサーが細胞内のホスファチジン酸の役割を明らかにしたよ。

新しいバイオセンサーが、細胞機能におけるホスファチジン酸の影響についてより深い洞察を提供するよ。

― 1 分で読む