Mechanism and Uses of Transmembrane Helix Insertion by Soluble Peptides

可溶性肽跨膜螺旋插入的机制和用途

• 批准号: 10586116
• 负责人: Oleg A Andreev
• 金额: $ 58.28万
• 依托单位: YALE UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2006-05-15 至 2025-01-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10586116
• 关键词: Acidity; Algorithms; Amanitins; Antibodies; Antibody-drug conjugates; Area; Basic Science; Bioinformatics; Biological Markers; Breast Cancer Patient; C-terminal; Cell surface; Cells; Chemicals; Clinical Trials; Compensation; Computer Models; Crosslinker; Cyclic Peptides; DNA; Data Set; Databases; Development; Diagnosis; Disease; Excipients; Fluorescent Dyes; Goals; Grant; Hand; Hydrophobicity; Image-Guided Surgery; Kinetics; Learning; Length; Link; Lipids; Malignant neoplasm of urinary bladder; Measures; Mediating; Medicine; Membrane; Memorial Sloan-Kettering Cancer Center; Methods; Modeling; Modernization; Molecular; Operative Surgical Procedures; Outcome; Peptides; Perfusion; Periodicity; Permeability; Pharmaceutical Preparations; Phase; Phase I Clinical Trials; Positron-Emission Tomography; Property; Publishing; RNA Polymerase II; RNA Polymerase Inhibitor; Research; Resistance; Solubility; Structure; Testing; Therapeutic; Therapeutic Agents; Therapeutic Effect; Therapeutic Studies; Toxin; Tubulin; Tumor Markers; Variant; Vesicle; Work; biophysical techniques; cancer cell; cancer imaging; clinical application; design; expectation; fluorescence imaging; fluorescence-guided surgery; imaging agent; in vivo; insight; iterative design; model design; molecular dynamics; neoplastic cell; non-drug; novel; novel diagnostics; nuclear imaging; pH gradient; polypeptide; protein aminoacid sequence; side effect; targeted agent; targeted delivery; targeted imaging; targeted treatment; treatment strategy; tumor

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT    The  understanding  we  now  have  of  the  pHLIPs  (pH-­Low  Insertion  Peptides)  enables  the  design  of  novel,  pH-­ sensitive  targeting  agents  that  use  the  acidity  of  tumor  cell  surfaces  as  a  biomarker.  The  work  supported  by  this  grant  has  already  yielded  a  new  diagnostic  nuclear  imaging  agent  (PET-­pHLIP)  and  a  new  fluorescent  imaging  agent  for  image-­guided  surgical  interventions  (ICG-­pHLIP),  which  are  advancing  to  clinical  trials  at  Memorial Sloan Kettering Cancer Center in 2019.   The  primary  focus  of  this  continuation  is  to  enable  targeted  intracellular  delivery  of  polar  and  moderately  hydrophobic  therapeutic  molecules.  We  propose  a  systematic  approach  using  representative  cargoes  from  3  classes  of  therapeutic  molecules  that  possess  different  physical,  chemical  and  functional  properties:  i)  a  moderately  hydrophobic,  sparingly  cell-­permeable,  small  drug  molecule:  mertansine;;  ii)  a  moderately  polar, cell-­impermeable,  cyclic,  rigid,  larger  drug:  amanitin;;  and  iii)  a  large,  polar,  cell-­impermeable  drug:     calicheamicin.  Each  of  these  drugs  is  currently  under  development  or  in  use  as  an  antibody-­drug  conjugate  warhead,  but  there  are  important  limitations  to  the  antibody  approaches,  including  limited  biomarker  availability,  resistance  selection,  a  narrow  therapeutic  window  and  limited  delivery,  often  with  <  1%  of  a  construct reaching the tumor. Our approach is based on targeting tumor acidity, especially cancer cell surface  pH that is a general parameter within and among different tumors, and independent of tumor perfusion.   We  propose  to  explore  variation  of  pHLIP  sequences,  introduce  pHLIP-­cycles  and  exploit  pHLIP-­bundles  for  delivery  of  these  therapeutic  cargoes.  The  pHLIP-­cargo  constructs  will  be  tested  for  insertion  stability  and  kinetics,  using  biophysical  methods  and  computational  modelling.  Activity  will  be  evaluated  in  cells,  and  promising  constructs  will  be  assessed  in  vivo.  We  will  accumulate  a  parameter  database  of  pHLIP-­cargo  properties  and  employ  modern  bioinformatics  algorithms  to  analyze  the  entire  data  set  to  reveal  major  design  principles.  By studies of these therapeutic agents with pHLIPs, we hope to find principles for targeted delivery of a range  of  other  compounds.  Should  we  be  successful,  the  limitations  of  antibody  drug  conjugates  for  therapy  will  be  overcome, and greater understanding of the membrane barrier will also be in hand.  Our expectation is to have  a candidate for the treatment of bladder cancer as the practical outcome of this grant renewal.

项目总结/摘要   我们现在对pHLIPs（pH-LIPs Low Insertion Peptides）的理解使得能够设计新颖的pH-LIPs。 利用肿瘤细胞表面的酸性作为生物标志物的敏感靶向剂。 这项资助已经产生了一种新的诊断核成像剂（PET-pHLIP）和一种新的荧光 用于影像学引导外科手术的成像剂（ICG-pHLIP）正在进入临床试验， 2019年纪念斯隆凯特琳癌症中心。 这种延续的主要焦点是使极性和适度的靶向细胞内递送成为可能。 我们提出了一个系统的方法，使用代表性的货物从3 具有不同物理、化学和功能性质的治疗分子的类别：i）a 中等疏水性、微细胞渗透性的小药物分子：mertansine; iii）中等极性， 细胞膜不可渗透的、环状的、刚性的、较大的药物：鹅膏蕈碱;和iii）大的、极性的、细胞膜不可渗透的药物：     这些药物中的每一种目前都在开发中或作为抗体-药物缀合物使用 弹头，但抗体方法存在重要的限制，包括有限的生物标志物 可用性、抗性选择、狭窄的治疗窗口和有限的递送，通常< 1%的 我们的方法是基于靶向肿瘤酸性，特别是癌细胞表面 pH是不同肿瘤内和之间的一般参数，并且与肿瘤灌注无关。 我们建议探索pHLIP序列的变化，引入pHLIP-双循环，并利用pHLIP-双束， 将测试pHLIP-β-运载物构建体的插入稳定性， 动力学，使用生物物理方法和计算建模。活性将在细胞中进行评估， 有希望的构建体将在体内进行评估，我们将积累一个pHLIP-β-cargo的参数数据库， 属性，并采用现代生物信息学算法来分析整个数据集，以揭示主要设计 原则 通过对这些治疗药物与pHLIPs的研究，我们希望找到一系列靶向给药的原则， 如果我们成功的话，抗体药物缀合物用于治疗的局限性将是 克服，并更好地了解膜屏障也将在手。我们的期望是有 膀胱癌治疗的候选人作为这一赠款更新的实际成果。

项目成果

Advanced targeted nanomedicine.

• DOI: 10.1016/j.jbiotec.2015.01.009
• 发表时间: 2015-05-20
• 期刊: Journal of biotechnology
• 影响因子: 4.1
• 作者: Pereira MC;Reshetnyak YK;Andreev OA
• 通讯作者: Andreev OA

Novel pH-Sensitive Cyclic Peptides.

• DOI: 10.1038/srep31322
• 发表时间: 2016-08-12
• 期刊: Scientific reports
• 影响因子: 4.6
• 作者: Weerakkody D;Moshnikova A;El-Sayed NS;Adochite RC;Slaybaugh G;Golijanin J;Tiwari RK;Andreev OA;Parang K;Reshetnyak YK
• 通讯作者: Reshetnyak YK

pHLIP-FIRE, a cell insertion-triggered fluorescent probe for imaging tumors demonstrates targeted cargo delivery in vivo.

• DOI: 10.1021/cb500388m
• 发表时间: 2014-11-21
• 期刊: ACS CHEMICAL BIOLOGY
• 影响因子: 4
• 作者: Katabadzhak, Alexander G.;An, Ming;Yao, Lan;Langenbacher, Rachel;Moshnikova, Anna;Adochite, Ramona-Cosmina;Andreev, Oleg A.;Reshetnyak, Yana K.;Engelman, Donald M.
• 通讯作者: Engelman, Donald M.

Identifying and measuring transmembrane helix-helix interactions by FRET.

通过 FRET 识别和测量跨膜螺旋-螺旋相互作用。

• DOI: 10.1007/978-1-62703-023-6_6
• 发表时间: 2012
• 期刊: Methods in molecular biology (Clifton, N.J.)
• 作者: Thevenin,Damien;Lazarova,Tzvetana
• 通讯作者: Lazarova,Tzvetana

Ex-vivo Imaging of Upper Tract Urothelial Carcinoma Using Novel pH Low Insertion Peptide (Variant 3), a Molecular Imaging Probe.

• DOI: 10.1016/j.urology.2019.01.008
• 发表时间: 2020-05
• 期刊: Urology
• 影响因子: 2.1
• 作者: Brito J;Golijanin B;Kott O;Moshnikova A;Mueller-Leonhard C;Gershman B;Andreev OA;Reshetnyak YK;Amin A;Golijanin D
• 通讯作者: Golijanin D