合成遺伝子から生成された組換え免疫グロブリン可変ドメインは、光鎖アミロイドタンパク質のin vitro特性評価のシステムを提供します

ヒトモノクローナル軽鎖をアミロイド生成性にする主要な構造的特徴は、現在不明である。これらのタンパク質のアミロイド原線維としての病理学的沈着を引き起こす物理的および生化学的要因についてさらに洞察を得るために、我々は詳細な研究のために、軽鎖可変領域単一遺伝子ファミリー VkIV の 3 つの密接に相同なタンパク質産物を選択しました。これらのタンパク質のうちの 2 つ、REC と SMA は、生体内でアミロイド原線維を形成しました。3 番目のタンパク質である LEN は、患者から 50 g/日のレベルで排泄され、アミロイド沈着の兆候はありませんでした。アミロイド生成タンパク質RECおよびSMAの配列は、それぞれ14アミノ酸位置および8アミノ酸位置で非病原性タンパク質LENの配列と異なっており、これらのアミノ酸の違いはLEN二量体の三次元構造の観点から分析されている。これらのヒトタンパク質の補充可能な供給源を提供するために、我々はREC、SMA、およびLEN可変ドメインをコードする合成遺伝子を構築し、これらの遺伝子を大腸菌で発現させた。免疫化学的および生物物理学的比較により、組換え VkIV 製品が患者由来のタンパク質の三次構造的特徴に匹敵する三次構造的特徴を持っていることが実証されました。この臨床的に特徴付けられた 3 つのヒト kIV 軽鎖の明確に定義されたセットは、これらの kIV タンパク質を組換えで生産する能力と併せて、2 つの異なるアミロイド生成性軽鎖タンパク質と同じサブグループの非アミロイド生成性タンパク質の生物物理学的および構造比較のためのシステムを提供します。この研究は、軽鎖アミロイド形成性の構造的基礎の将来の研究の基礎を築きます。

The primary structural features that render human monoclonal light chains amyloidogenic are presently unknown. To gain further insight into the physical and biochemical factors that result in the pathologic deposition of these proteins as amyloid fibrils, we have selected for detailed study three closely homologous protein products of the light-chain variable-region single-gene family VkIV. Two of these proteins, REC and SMA, formed amyloid fibrils in vivo. The third protein, LEN, was excreted by the patient at levels of 50 g/day with no indication of amyloid deposits. Sequences of amyloidogenic proteins REC and SMA differed from the sequence of the nonpathogenic protein LEN at 14 and 8 amino acid positions, respectively, and these amino acid differences have been analyzed in terms of the three-dimensional structure of the LEN dimer. To provide a replenishable source of these human proteins, we constructed synthetic genes coding for the REC, SMA, and LEN variable domains and expressed these genes in Escherichia coli. Immunochemical and biophysical comparisons demonstrated that the recombinant VkIV products have tertiary structural features comparable to those of the patient-derived proteins. This well-defined set of three clinically characterized human kIV light chains, together with the capability to produce these kIV proteins recombinantly, provide a system for biophysical and structural comparisons of two different amyloidogenic light-chain proteins and a nonamyloidogenic protein of the same subgroup. This work lays the foundation for future investigations of the structural basis of light-chain amyloidogenicity.