エバシンとケモカインの相互作用をマッピングすることによって触発された工学的抗炎症ペプチド

Engineered anti-inflammatory peptides inspired by mapping an evasin-chemokine interaction.

• Benoit Darlot
• James R O Eaton
• Lucia Geis-Asteggiante
• Gopala K Yakala
• Kalimuthu Karuppanan
• Graham Davies
• Carol V Robinson
• Akane Kawamura
• Shoumo Bhattacharya

抄録

ケモカインは白血球の遊走とホメオスタシスを仲介し、アテローム性動脈硬化症、サイトカインストーム、慢性自己免疫疾患などの炎症性疾患の主要な標的となっています。ケモカインの冗長性とそれに伴うネットワークの堅牢性は、治療法の開発を挫折させてきた。ダニ由来の唾液エバシンは、複数のケモカインを結合させて冗長性を克服しており、いくつかの前臨床疾患モデルにおいて有効である。これらの唾液エバシンは、免疫原性の可能性、非経口投与、およびコストに関する懸念から、臨床開発は進んでいない。タンパク質の活性を模倣したペプチドは、治療用タンパク質の限界を克服することができる。ここでは、エバシンのケモカイン結合部位から複数のケモカイン結合活性と抗炎症活性を有するペプチドが開発できることを示している。水素-重水素交換質量分析法を用いて、C-Cモチーフのケモカインリガンド8（CCL8）と物理的に相互作用するエバシンP672の結合界面をマッピングし、エバシンP672のこの界面領域を基に16-merペプチド（BK1.1）を合成した。その結果、BK1.1はCCL8, CCL7, CCL18と結合し、CCL8のホモ二量化を阻害することを蛍光偏光法とネイティブ質量分析法で明らかにした。我々は、BK1.1の誘導体であるBK1.3が、AlphaScreenアッセイにおいて、P672のCCL8、CCL2およびCCL3への結合を阻害する能力が大幅に改善されていることを示した。等温滴定熱量測定法を用いて、BK1.3がCCL8に直接結合することを示しています。BK1.3はまた、in vitroでCCL8、CCL7、CCL2およびCCL3の化学戦術機能を阻害するために実質的に改善された能力を持っています。我々は、BK1.3の局所的な投与だけでなく、全身的な投与がin vivoでの炎症を強力にブロックすることを示しています。エバシンのケモカイン結合界面の同定と特徴付けは、炎症性疾患のケモカインネットワークを治療的に標的とする新規抗炎症ペプチドの開発につながる可能性があります。

Chemokines mediate leucocyte migration and homeostasis, and are key targets in inflammatory diseases including atherosclerosis, cytokine storm and chronic auto-immune disease. Chemokine redundancy and ensuing network robustness has frustrated therapeutic development. Salivary evasins from ticks bind multiple chemokines overcoming redundancy, and are effective in several pre-clinical disease models. Their clinical development has not progressed due to concerns regarding potential immunogenicity, parenteral delivery and cost. Peptides mimicking protein activity can overcome the perceived limitations of therapeutic proteins. Here we show that peptides possessing multiple-chemokine-binding and anti-inflammatory activities can be developed from the chemokine-binding site of an evasin. We used hydrogen-deuterium exchange mass spectrometry to map the binding interface of the evasin P672 that physically interacts with C-C motif chemokine ligand 8 (CCL8) and synthesized a 16-mer peptide (BK1.1) based on this interface region in evasin P672. Fluorescent polarization and native mass spectrometry approaches showed that BK1.1 binds CCL8, CCL7 and CCL18, and disrupts CCL8 homodimerization. We show that a BK1.1 derivative, BK1.3, has substantially improved ability to disrupt P672 binding to CCL8, CCL2 and CCL3 in an AlphaScreen assay. Using isothermal titration calorimetry, we show that BK1.3 directly binds CCL8. BK1.3 also has substantially improved ability to inhibit CCL8, CCL7, CCL2 and CCL3 chemotactic function in vitro. We show that local as well as systemic administration of BK1.3 potently blocks inflammation in vivo. Identification and characterization of the chemokine-binding interface of evasins could thus inspire the development of novel anti-inflammatory peptides that therapeutically target the chemokine network in inflammatory diseases.

Published under license by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.