服务简介
背景: 蛋白质作为生命活动的主要承担者,其功能取决于特定的三维结构。对药物靶点蛋白的结构解析对于理解其生物学功能,分析其作用机制和基于结构改造的药物研发都是必要的。从原材料制备到蛋白复合物结构解析和功能分析,三优生物推出一站式结构解析平台服务。
服务亮点
个性化项目设计定制
根据客户需求和样品特性进行结构解析方案制定,基于AI设计提供原材料制备到结构解析的个性化方案,提供项目定制服务。
双平台模式考量分析
利用X射线晶体学和冷冻电镜双技术平台,充分评估样品进行结构解析的可行性,提高蛋白复合物结构解析成功率。
多体系样品表达优化
结合多种表达系统、纯化方案和活性检测等质控标准,多维度优化结构样品制备,为结构解析提供最佳的原材料。
高分辨蛋白结构解析
从AI辅助抗原设计、蛋白复合物原材料制备,样品优化,到蛋白结构解析和功能分析,三优生物提供一站式服务平台,助力新药研发。
极致性价比优质交付
结构解析样品制备仅需3-4 周,辅以专业攻坚团队,确保极高性价比优质交付。
服务内容
服务特性
1. 三优特色——超万亿全人抗体库辅助结构解析
三优生物拥有超万亿全人抗体库,在抗体筛选和发现中具有独特优势。一方面,抗体作为一种生物大分子,能有效稳定抗原结构和构象;另一方面,抗原抗体复合物的结构对于抗原本身的功能分析也是十分必要的。因此,借助三优超万亿全人抗体库,我们能够提供海量的抗体先导分子来稳定抗原蛋白的结构,同时通过分析抗原与不同类型抗体(激动型或者拮抗型)的结合表位,有助于理解抗体产生不同效应的具体机制,为临床的药物研发提供新的视角和思路。
Fig. 1 超万亿全人抗体库辅助结构解析
2. 三优特色——基于结构辅助的药物筛选
在药物研发过程中,高通量的筛选往往依赖于具有靶向性的活性位点确定。具体而言,如果已知靶标分子的三维结构信息,我们可以通过点突变或者结构分析确定其活性位点。之后,基于候选小分子与靶标蛋白的分子对接或者分子模拟来确定两者相互作用的强弱从而判断药物结合的可能性。三优生物拥有全新的Alphafold2结构预测平台,同时基于分子对接的模拟来完成药物筛选的过程,从源头上加速药物筛选的过程,助力药物开发。
Fig. 2 基于结构辅助的药物筛选
3. 三优特色——基于计算机模拟的成药性及免疫原性分析
不同抗体分子的结构特征不同会影响候选抗体分子的成药性及免疫原性,这对于药物的成功开发是至关重要的。基于计算机模拟的结构分析对于理解分子的成药性及免疫原性为抗原设计可以提供坚实的理论支撑。三优生物拥有一体化的质量评估体系,充分考虑候选分子的成药性与免疫原性,将助力新药的成功研发。
Table 1 基于计算机模拟的成药性及免疫原性分析
4. 三优特色——AI辅助抗原设计
三优生物拥有自主搭建的基于神经网络的Alphafold2预测平台,可以快速预测未知蛋白的三维结构或者抗原抗体复合物结构,从而为抗原设计提供坚实的理论支撑,充分考虑蛋白二级结构和结构域组成,以及蛋白翻译后修饰等潜在的问题。
Fig. 3 Alphafold2辅助抗原设计
5. 多体系原材料制备系统
5.1 多体系蛋白表达系统
平台拥有大肠杆菌原核表达系统和以CHO、HEK293代表的哺乳动物真核表达系统以及Sf9为代表的昆虫表达系统,多路径的表达体系可以保障蛋白的正常表达,同时平台自动化和一体化的运行模式,可以保证项目高效快速完成,提高交付效率。
Fig. 4 多体系表达系统
5.2 多路径蛋白纯化方法
平台采取亲和层析、离子交换层析、凝胶过滤层析、疏水层析和密度梯度离心等方式。通过利用蛋白间表面电荷差异或者分子量的差异,采取多种纯化方式的组合使用来提高样品的均一性和纯度。平台会根据不同表达体系和产率个性化定制纯化方案。
Fig. 5 多重蛋白纯化方法
6. 双技术结构解析平台
6.1 X射线晶体学衍射
X射线解析蛋白晶体的分辨率很高,适合分子量在100 kDa以下蛋白,但需要的蛋白样品浓度较高,且需要长出具有衍射的蛋白晶体。对于晶体的数据收集,常见的有单色X射线的回摆法,即晶体围绕着某一个垂直X射线入射方向的轴小角度旋转或者回摆,衍射点被记录在面探测器上。考虑到衍射盲区的存在,需要对回摆角度进行优化。所以,晶体的数据收集实质上得到的是衍射数据。
Fig. 6 X射线晶体学衍射数据收集
6.2 冷冻电镜透射
冷冻电镜解析蛋白复合物的大小一般在100 kDa以上,适用于解析多种蛋白复合物或者病毒不同构象下的结构,但对样品的均一性和纯度要求也较高。冷冻样品的数据收集是高压电子束在电磁场的作用下,以平行光的形式透过样品,利用探测器和透镜系统把散射信号以照片的形式记录下来。对于冷冻样品的结构解析,其基本原理是中心截面定理,即一个物体在某一方向上投影的傅里叶变换,等于该物体三维傅里叶变换过中心的与投影方向垂直的截面。
Fig. 7 冷冻电镜三维重构原理
服务流程
案例展示
1. 蛋白复合物结构解析
背景:结构决定功能。解析蛋白复合物的结构对于理解其生理功能和动态的构象变化都是十分必要的,尤其是基于结构的功能分析和药物设计都是药物研发的热点。
方法:利用X射线晶体学衍射或者冷冻电镜透射的方式来进行结构分析,对所获得的电子密度图进行原子模型搭建,最终得到pdb结构文件进行后续的功能分析。
结果:如右图所示,黄色飘带图和紫色飘带图分别代表不同的蛋白,通过结构解析可以确定两者的结构域组成和关键二级结构,从而可以确定两者结合的相互作用和关键氨基酸位点。
Fig. 8 蛋白复合物结构解析
2. 抗原抗体复合物表位分析
背景:抗原抗体结合依赖于特定的表位和空间结构。确定两者之间的结构信息,尤其是表位分析有助于确定抗体的功能。
方法:利用结构分析软件Chimera对所获得的pdb结构文件进行互作界面分析,选取5埃范围内的空间距离,认为该范围内的氨基酸残基存在相互作用。
结果:如右图所示,红色区域显示的是抗原上面参与互作的氨基酸残基,黄色区域显示的是抗体上参与互作的氨基酸残基,通过软件可进一步判断两者之间的互作方式(氢键、盐键及范德华力)。
Fig. 9 表位分析
3. 蛋白复合物表面电荷分析
背景:蛋白表面电荷分布会影响自身的稳定性以及与其他蛋白的结合强弱,同时还会影响其成药的可能性。分析未知蛋白的电荷分布,对应理解其生物学功能也是十分必要的。
方法:利用结构分析软件Chimera对所获得的pdb结构文件进行表面电荷分析其表面电荷分布。
结果:如右图所示,红色区域显示的是带负电的氨基酸残基,蓝色区域显示的是带正电的氨基酸残基,白色区域则是处于电中性的环境中。
Fig. 10 表面电荷分析
4. 蛋白复合物亲疏水性分析
背景:蛋白表面疏水性的分布会影响蛋白的正常表达纯化,同时也会改变与其他蛋白的相互作用。
方法:利用结构分析软件Chimera对所获得的pdb结构文件进行表面疏水性分析。
结果:如右图所示,蓝色区域显示的是亲水性的氨基酸残基,橘色区域显示的是疏水性很强的氨基酸残基,白色区域则是处于相对中性的环境中。
Fig. 11 表面亲疏水性分析
科研成果
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