Конструирование комплексного стимулятора ангиогенеза на основе гибридного белка ANGPT1_VEGF165

Белки VEGF165 и ANGPT1 являются ключевыми регуляторами ангиогенеза, что лежит в основе терапевтических подходов к лечению хронической ишемии нижних конечностей. Конструирование гибридного белка на их основе потенциально способно значительно усилить терапевтический эффект. Для определения оптимального расположения функциональных доменов гибридного белка (VEGF165_ANGPT1 или ANGPT1_VEGF165), а также для установления оптимальной длины и аминокислотного состава пептидного линкера между двумя белками проведен анализ траекторий молекулярной динамики и пространственных структур 134 гибридных белков. Определены оптимальные линкеры для ANGPT1_VEGF165: GGGSGGGGSGGGSGGGS, GGGGSGGGGSGGGGS, GGGSGGGGS, PAPAPAP и для VEGF165_ANGPT1: GGGGSGGGGGS, GGGSGGGGSGGGGSGGGS, GGGGSGGGGSGGGGSGGGGS, которые способствуют повышению стабильности гибридных белков. По результатам исследования отобран вариант ANGPT1_VEGF165 с линкером GGGSGGGGSGGGSGGGS для анализа его функциональной активности.

1. ACC/AHA guidelines for the management of patients with acute myocardial infarction: executive summary: a report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines (Committee on Management of Acute Myocardial Infarction) / T. J. Ryan, J. L. Anderson, E. M. Antman [et al.] // Circulation. – 1996. – Vol. 94, № 9. – P. 2341–2350. https://doi.org/10.1161/01.cir.94.9.23412

2. Genetic immunization is a simple method for eliciting an immune response / D. C. Tang, M. DeVit, S. A. J. N. Johnston // Nature. – 1992. – Vol. 356, № 6365. – P. 152–154. https://doi.org/10.1038/356152a0

3. DNA vaccines approach: from concepts to applications / V. B. Pereira, M. Zurita-Turk, T. D. L. Saraiva [et al.] // World Journal of Vaccines. – 2014. – Vol. 4, № 2. – P. 50–71. https://doi.org/10.4236/wjv.2014.42008

4. Local intramuscular administration of ANG1 and VEGF genes using plasmid vectors mobilizes CD34+ cells to peripheral tissues and promotes angiogenesis in an animal model / J. P. Skóra, M. Antkiewicz, D. Kupczyńska [et al.] // Biomedicine and Pharmacotherapy. – 2021. – Vol. 143. – P. 112–186. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2021.112186

5. Червяков, Ю. В. Эффективность генной терапии и стандартного консервативного лечения хронической ишемии нижних конечностей атеросклеротического генеза / Ю. В. Червяков, О. Н. Власенко // Вестник хирургии имени И. И. Грекова. – 2018. – Т. 177, № 2. – C. 64–71. https://doi.org/10.24884/0042-4625-2018-177-2-64-69

6. Therapeutic angiogenesis with recombinant fibroblast growth factor-2 for intermittent claudication (the TRAFFIC study): a randomised trial / R. J. Lederman, F. O. Mendelsohn, R. D. Anderson [et al.] // The Lancet. – 2002. – Vol. 359, № 9323. – P. 2053–2058. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(02)08937-7

7. Морфогенетические механизмы клеточных взаимодействий в процессе ангиогенеза / М. В. Мнихович, Д. Гершзон, М. Брикман [и др.] // Журнал анатомии и гистопатологии. – 2012. – Т. 1, № 3. – C. 53–65.

8. Yoder, M. C. Human Endothelial Progenitor Cells / M. C. Yoder // Journal Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. – 2012. – Vol. 9, № 2. – P. 1–15. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a006692

9. Nanocomposite scaffolds for accelerating chronic wound healing by enhancing angiogenesis / H. Nosrati, R. A. Khouy, A. Nosrati [et al.] // Journal of Nanobiotechnology. – 2021. – Vol. 19, № 1. – P. 1–21. https://doi.org/10.1186/s12951-020-00755-7

10. Plasma angiopoietin-1 is lower after ischemic stroke and associated with major disability but not stroke incidence / J. Golledge, P Clancy., J. Maguire [et al.] // Stroke. – 2014. – Vol. 45, № 4. – P. 1064–1068. https://doi.org/10.1161/STROKEAHA.113.004339

11. Combination of VEGF(165)/Angiopoietin-1 gene and endothelial progenitor cells for therapeutic neovascularization / F. Chen, Z. Tan, Ch. Yu. Dong [et al.] // European Journal of Pharmacology. – 2007. – Vol. 568, № 1. – P. 222–230. https://doi.org/ 10.1016/j.ejphar.2007.04.047

12. A combination of VEGF 165 / HGF genes is more effective in blood vessels formation than ANGPT 1 / VEGF 165 genes in an in vivo rat model / P. Barc, T. Plonek, D. Baczynska [et al.] // Journal of Clinical and Experimental Medicine. – 2016. – Vol. 9, № 7. – P. 12737–12744.

13. Kim, D. E. Protein structure prediction and analysis using the Robetta server / D. E. Kim, D. Chivian, D. Baker // Nucleic Acids Research. – 2004. – Vol. 32. – P. 526–531. https://doi.org/10.1093/nar/gkh468

14. Šali, A. Comparative protein modelling by satisfaction of spatial restraints / A. Šali, T. L. Blundell // Journal of Molecular Biology. – 1993. – Vol. 234, № 3. – P. 779–815. https://doi.org/10.1006/jmbi.1993.1626

15. Shamriz, S. Effect of linker length and residues on the structure and stability of a fusion protein with vaccine application / S. Shamriz, H. Ofoghi, N. Moazami // Computers in Biology and Medicine. – 2016. – Vol. 76, № 1. – P. 24–29. https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2016.06.015

16. Peptide linker increased the stability of pneumococcal fusion protein vaccine candidate / L. Zane, St. Kraschowetz, M. M. Trentini [et al.] // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. – 2023. – Vol. 11. – P. 1–18. https://doi.org/10.3389/ fbioe.2023.1108300

17. UCSF ChimeraX: Structure visualization for researchers, educators, and developers / E. F. Pettersen, Th. D. Goddard, C. C. Huang [et al.] // Protein Science. – 2021. – Vol. 30, № 1. – P. 70–82. https://doi.org/10.1002/pro.3943

18. QMEANDisCo-distance constraints applied on model quality estimation / G. Studer, C. Rempfer, A. M. Waterhouse [et al.] // Bioinformatics. – 2020. – Vol. 36, № 8. – P. 1765–1771. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btz828

19. Yantsevich, A. V. Oligonucleotide Preparation Approach for Assembly of DNA Synthons / A. V. Yantsevich, V. V. Shchur, S. A. Usanov // SLAS Tech. – 2019. – Vol. 24, № 6. – P. 556–568. https://doi.org/10.1177/2472630319850534

20. Effective production of human growth factors in Escherichia coli by fusing with small protein 6HFh8 / Y. S. Kim, H.-J. Lee, M.-H. Han [et al.] // Microbial Cell Factories. – 2021. – Vol. 20, № 9. – P. 1–16. https://doi.org/10.1186/s12934020-01502-1

21. Preparation and functional characterization of human vascular endothelial growth factor-melittin fusion protein with analysis of the antitumor activity in vitro and in vivo / D. Wang, L. Hu, M. Su [et al.] // International Journal of Oncology. – 2015. – Vol. 47, № 3. – P. 1160–1168. https://doi.org/10.3892/ijo.2015.3078

22. New soluble angiopoietin analog of Hepta-ANG1 prevents pathological vascular leakage / P. Liu, M. Ryczko, X. Xie [et al.] // Biotechnology and Bioengineering. – 2021. – Vol. 118, № 1. – P. 423–432. https://doi.org/10.1002/bit.27580

23. Ангиогенные и антиноцицептивные эффекты генотерапевтической конструкции рcDNA_ VEGF165 в условиях хронической ишемии конечности в эксперименте in vivo / В. Г. Богдан, А. С. Доронькина, И. П. Жаворонок [и др.] // Доклады Национальной академии наук Беларуси. – 2024. – Т. 68, № 2. – С. 138–147. https://doi.org/10.29235/1561-83232024-68-2-138-147

24. Higgins, N. P. Topological Behavior of Plasmid DNA / N. P. Higgins, A. V. Vologodskii // Microbiology Spectrum. – 2015. – Vol. 3, № 2. https://doi.org/10.1128/microbiolspec.PLAS-0036-2014

25. Influence of plasmid DNA topology on the transfection properties of DOTAP/DOPE lipoplexes / K. Remaut, N. N. Sanders, F. Fayazpour [et al.] // Journal of Controlled Release. – 2006. – Vol. 115, № 3. – P. 335–343. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2006.08.009