通过补体C3抑制剂的上皮特异性抑制调节补体系统

Modulating the complement system through epitope-specific inhibition by complement C3 inhibitors.

作者信息Zhidong Chen, Mingshuang Wang, Wenqian Duan, Yi Xia, Huiqin Liu, Feng Qian
PMID39894217
发布时间2025-03
DOI10.1016/j.jbc.2025.108250

实验完整度

包含体外生化检测(C3转化酶、C5切割、C3b沉积等)、细胞水平(溶血)、结构分析(cryo-EM、CX-MS等)和计算模拟(分子对接、MD),多层级验证不同表位抑制机制。

主要模型

兔红细胞(rRBCs) 绵羊红细胞(shRBCs) HEK293-F细胞(用于蛋白表达)

重点核对

MI1、MI2和MI3的C3/C3b结合表位(MG4/MG5域和C345C域) 各检测中使用的正常人血清(NHS)浓度及激活方法 MI浓度梯度及IC50数值 C3转化酶检测中FB、FD、C3等补体成分的浓度及孵育时间 溶血试验中细胞类型和红细胞致敏条件

摘要

作为先天免疫系统的一个组成部分,补体系统是一个受到严格调控的蛋白水解级联反应,在微生物防御、炎症激活和凋亡宿主细胞清除中发挥关键作用。补体蛋白正成为深入研究和药物开发的焦点,因为补体系统失调在多种疾病中起关键作用,如阵发性睡眠性血红蛋白尿症(PNH)和地图样萎缩(GA)。在补体级联反应中,补体C3是核心成分,位于所有补体激活途径的汇聚点,使其成为补体相关疾病的有吸引力的靶点。然而,由于C3的复杂构效关系(SAR),阐明C3在不同表位上的抑制机制是基于合理设计C3靶向疗法的基础。在这里,我们开发了一套针对补体级联反应中特定步骤的全面生化检测方法,从而深入了解不同C3抑制剂在每个阶段的药理学后果。利用三种具有不同表位的模型抑制剂(MIs),我们发现抑制MG4/MG5结构域通过中断C3-C3转化酶相互作用,在所有补体激活途径中具有有效的抑制效力,而抑制C345C结构域则通过损害AP C3前转化酶形成,对替代途径(AP)抑制表现出偏向。这项研究阐明了靶向不同表位抑制C3的复杂影响,为理解机制和促进C3靶向治疗的合理设计提供了有价值的见解。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
靶向补体C3不同表位如何差异性地影响补体级联反应及抑制效果?
核心机制
靶向MG4/MG5域通过中断C3与C3转化酶的相互作用全面抑制补体激活;靶向C345C域通过损害AP C3前转化酶(C3bB)形成而选择性抑制替代途径。
主要证据
通过开发针对C3转化酶、C5切割和C3b沉积等过程的生化检测方法,结合溶血实验、CX-MS、cryo-EM等,发现MI1/MI2(MG4/MG5域)在CP和AP中均高效抑制C3切割,而MI3(C345C域)仅抑制AP,且不抑制CP的C3切割,但抑制CP的C5切割。
研究意义
研究阐明了C3表位与抑制效果之间的关系,为理性设计C3靶向治疗药物提供了依据,有助于针对不同疾病需求选择合适表位。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

确定MI3的结合表位

确认MI3特异性结合的C3/C3b区域

利用CX-MS、ELISA、分子对接、MD模拟和cryo-EM确定MI3结合于C345C域。

2

评估溶血活性

评估MIs对AP和CP介导的补体级联的整体抑制效果

在rRBCs和shRBCs上进行AP和CP溶血实验,检测不同浓度MIs下的溶血率。

3

检测C5切割

评估MIs对C5转化酶形成及C5切割的影响

在ELISA板上用酵母聚糖或热聚集IgG激活补体,检测C5b-9沉积。

4

检测C3切割

评估MIs在C3水平上对AP和CP C3转化酶的抑制效果及路径选择性

体外组装AP和CP C3转化酶,检测C3a生成量。

5

检测C3b沉积

评估MIs对补体激活后C3b在细胞表面沉积的抑制效果

在AP溶血后,检测rRBCs表面C3b沉积水平。

6

分析C3转化酶形成机制

确定MIs抑制C3切割的作用环节(破坏C3底物相互作用或前转化酶形成)

在C3转化酶形成前或形成后添加MIs,比较其抑制效果。

7

FB切割及竞争结合实验

验证MI3通过干扰FB与C3b相互作用抑制AP前转化酶形成

检测C3b和FD对FB的切割产物,以及FB竞争性抑制MI3结合。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
SMM 293-TII培养基SinobiologicalM293TII
聚乙烯亚胺Biohub International Trade Co, Ltd78PEI4000
Ni-NTA琼脂糖Smart Life SciencesSA004025
补体C3Complement TechnologyA113
补体C3bComplement TechnologyA114
补体因子BComplement TechnologyA135
补体因子DComplement TechnologyA136
补体C4bComplement TechnologyA108
补体C2Complement TechnologyA112
补体C1sComplement TechnologyA104
补体C5Complement TechnologyA120
C3a去精氨酸Complement TechnologyA119
补体因子HComplement TechnologyA137
补体因子IComplement TechnologyA138
镁-EGTAComplement TechnologyB106
GVB0缓冲液Complement TechnologyB101
GVB++缓冲液Complement TechnologyB100
酵母聚糖Complement TechnologyB400
ELISA包被缓冲液Yuanye Bio-TechnologyR20934
溶血素Yuanye Bio-TechnologyS25861-10
脱脂牛奶溶液SolarbioLP0033B
ELISA终止液SolarbioC1058
HRP标记抗His抗体ProteintechHRP-66005
HRP标记抗VHH抗体GenScriptA01861
TMB底物溶液TiangenPA107
BS3交联剂MacklinC15178241
重力层析柱Yeasen20523ES03
Tris-HCl缓冲液SolarbioA01861
兔红细胞Jiulong BiopharmaceuticalJLSW-403
绵羊红细胞Jiulong BiopharmaceuticalJLSW-401
正常人血清Gemini100-512
兔血清Gemini100-116
热聚集IgGSigmaI4506
胰蛋白酶SigmaT8658
胰凝乳蛋白酶SigmaC6423
野生型α-裂解蛋白酶Cell Signaling Technology33036
生物素标记抗人C5b-9抗体Abcamab237699
HRP标记链霉亲和素Sangon BiotechD111054-0100
96孔酶标板Nest514201
抗C3a/C3a-desArg抗体[2991]GeneTexGTX54437
生物素标记抗人C3a/C3a(desArg)/C3抗体BioLegend518002
APC标记抗C3b抗体BioLegend846106
pCDNA3.1质粒General Biol--
GigaCap Q-650S TOSOH离子交换柱Tosoh Corporation--
GigaCap Q-650M TOSOH离子交换柱Tosoh Corporation--
Amicon Ultra-0.5离心过滤器Millipore--
SEC-HPLC系统(LC-2030)Shimadzu--
Zenix-C SEC-300色谱柱Sepax Technologies--
Nanodrop 2000分光光度计Thermo Scientific--
FEI VitrobotFEI--
Quantifoil R 1.2/1.3金网Quantifoil--
FEI Tecnai Arctica透射电子显微镜FEI--
K2直接电子探测器Gatan--
SerialEM软件----
MotionCor2软件----
cryoSPARC软件----
HADDOCK2.4软件----
GROMACS 2020.05软件----
AlphaFold3软件----
FACScan流式细胞仪BD Biosciences--
FlowJo软件Tree Star--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
溶血实验
AP溶血使用rRBCs,CP溶血使用shRBCs致敏;NHS激活条件;MI浓度梯度;Mg-EGTA浓度;孵育时间和温度
阅读提示:Experimental procedures: Hemolysis assay
C5切割实验
包被物(酵母聚糖或热聚集IgG);NHS浓度(AP为15%,CP为5%);缓冲液(GVB-MgEGTA或GVB++);MI浓度;检测C5b-9的抗体
阅读提示:Experimental procedures: C5 cleavage assay
C3转化酶实验
AP和CP中各补体成分的浓度(如C3b、FB、FD、C4b、C2、C1s);孵育时间;C3a检测方法
阅读提示:Experimental procedures: C3 convertase formation assays and C3a release detection
C3b沉积实验
MI浓度(5μM);APC抗C3b抗体稀释度;孵育条件;流式细胞仪设置
阅读提示:Experimental procedures: C3b deposition assay
FB切割实验
C3b和MIs的浓度;FB和FD浓度;孵育时间;SDS-PAGE条件
阅读提示:Experimental procedures: FB cleavage assay and FB competitive binding assay