抗體設計與改造抗體分子是生物學和醫(yī)學領域用途最為廣泛的蛋白分子。以腫瘤特異性抗原或腫瘤相關性抗原、抗原獨特型決定簇、細胞因子及其受體、激素及一些癌基因產(chǎn)物作為靶分子，利用傳統(tǒng)的免疫方法或通過細胞工程、基因工程等技術制備的多克隆抗體、單克隆抗體、基因工程抗體廣泛應用于疾病診斷、治療及科學研究等領域，并以其毒副作用小、天然和高度特異性的療效，創(chuàng)造出了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。DiscoveryStudio在抗體設計領域提供了非常豐富的功能模塊抗體結構構建及人源化改造由于抗體的應用前景廣泛，導致對其結構信息需求極大。而結構信息對于識別抗原表位、改造抗體親和性來說非常有意義。X-ray是一種研究抗體結構的方法，但抗體結晶非常困難以及耗時。而通過計算機的手段相對更快更便宜。DiscoveryStudio提供一整套抗體的同源建模的工具。用戶只需要提供抗體氨基酸序列就可以完成抗體可變區(qū)、全長、CDRLoop注釋、建模、模型優(yōu)化及模型結構可信度評估的抗原表位確定抗原表位又稱抗原決定簇，在目前的生物實驗技術條件下，單靠試驗方法尋找抗原表位是非常困難的。因此通過計算機預測方法已成為表位確認的強有力的工具。預測抗原表位能夠通過蛋白-蛋白對接技術來實現(xiàn)。在DiscoveryStudio中，的蛋白-蛋白對接程序是基于經(jīng)典的ZDOCK/RDOC開發(fā)完成。運用快速的傅立葉變化，根據(jù)抗原、抗體間的形狀匹配搜索結合構象，并獲得包括參與抗體-抗原相互作用氨基酸和相互作用能力強弱等詳細信息。最后對結合構象進行評估、打分、和優(yōu)化。完美的兼顧了計算的速度與精確度。基于分子動力學方法可以對抗原抗體結合模式的穩(wěn)定性進行深入研究。此外還能通過計算相互作用能研究抗原、抗體抗體設計與改造在對抗體進行理性設計與改造時，可以基于定點突變的技術去實現(xiàn)。但是由于進行氨基酸突變選擇時的盲目性而導致效率低下、成本高昂。虛擬氨基酸突變可以通過虛擬的丙氨酸掃描和飽和突變確定最佳的氨基酸突變組合，從而為實驗中的氨基酸定點突變提供指導，進而理性設計蛋白質(zhì)。DiscoveryStudio能夠快速高效的對抗體進行虛擬的丙氨酸掃描和飽和突變，或者其它任意突變，并在考慮溫度、pH的條件下預測抗體熱穩(wěn)性及抗體-抗原和力這兩種突變效應，方便用戶在實驗前測試大量的突變位點并優(yōu)先選擇突變位點，是強有力的抗體設計工具。此外還提供了預測抗體聚集效應的功能，能夠衡量衡量抗體表面氨基酸聚集傾向性。具有比較高的聚集趨勢得分的位點表明了該區(qū)域的氨基酸傾向于發(fā)生聚集。因此這些位點的預測，使得我們可以通過氨基酸定點突變的方法來改造蛋白，增強其穩(wěn)定性。案例分析一、利用同源建模和相互所用能計算研究抗體專性⑴作者通過DS_MODELER對合征布尼亞病毒SFVSvirus（Severefeverwiththrombocytopeniasyndromebunyavirus）的抗原蛋白進行同源建模，并禾U用DS_CDOCKE與抗體小分子對接，發(fā)現(xiàn)了三個區(qū)域（圖1）可能是其抗原表位，SiteIGlulO,Phe11SiteII：Lys40Lys41andGlu44圖2抗原表面區(qū)域預測。其中黃色部分為可能的抗原表面區(qū)域?????????????????????表1部分通過定點突變驗證同源模型實驗結果AntibodiesWTN+案例分析二、利用分子模擬技術輔助鼠源抗體的人源化改造（多年的研究表明，鼠源性抗體在人體可誘發(fā)人抗鼠抗體反應，在臨床應用一般效果不佳。研制人源化抗體可以降低抗體藥物在人體的免疫原性；與鼠源性抗體相比，還可提高效應功能。）（人源化抗體：指抗體的恒定區(qū)部分或抗體所有全部由人類抗體基因所編碼，含嵌合抗體、改型抗體和表面重塑抗體）（圖3）杲奧就合體人屜化靈丟嫁圭全人上（其中抗體表面重塑技術的原則就是將非人源單抗體可變區(qū)（Fv）表面非人源的殘基替換為人源性的氨基酸殘基，使抗體Fv區(qū)的表面人源化，降低其免疫原性,同時不影響Fv區(qū)的整體空間結構。）思路：本文應用分子模擬技術輔助抗體表面重塑，研究對象為鼠源單克隆抗體m357它能夠和人體腫瘤壞死因子作用，起到抗腫瘤的作用，首先應用DS_MODEL模R建了m357可變區(qū)的三維結構（圖4）,并應用DS_CHARMm行能量優(yōu)化，計算表面殘基的溶劑可極化表面積，識別活性殘基，通過序列比對預測框架區(qū)保守及非保守殘基，并利用實驗方法將非保守殘基人源化，得到的單克隆抗體h357,經(jīng)多種方法進行生物活性測定，其完全保留了鼠源抗體的活性，臨床研究正在進行。VL圖4DS_MODELER莫擬m357可變區(qū)（Fv）三維結構紅色部分為互補決定區(qū)（CDRs）案例分析三、抗HIV-1抗體片段m36抗原表位的分析m36是已報道的人類首個抗I型人免疫缺陷病毒（HIV-1,艾滋病的主要病原體）的抗體片段，包含了抗體中的一個重鏈可變域（VH它能夠強力地綁定到的HIV-1Env蛋白，阻止HIV菌株的感染，是有效的HIV-1進思路：本文基于DiscoveryStudio3.5，首先采用同源建模技術（DS_MODELER預測了m36的三維結構并加以評估，然后采用蛋白對接技術（DS_ZDOCK/RDOCK預測了m36同gp120蛋白的相互作用，從而識別出gp120中的抗原表位，最后基于預測結果對gp120進行了丙氨酸掃描定點突變實驗，最終確認了6個關鍵的抗原表位，解釋了m36具有抑制HIV-1感染活性的作用機制。ABCDFC1VirsWJ27但”圖6gp120中m36的抗原表位（ZDOCK寸接結果）案例分析四：抗二唾液酸神經(jīng)節(jié)苷脂(GD2）單克隆抗體的GD2（二唾液酸神經(jīng)節(jié)苷脂）是一種特異的糖脂抗原，在小兒神經(jīng)細胞瘤發(fā)生時，其表達以有效的抑制小兒神經(jīng)細胞瘤的發(fā)生。思路：本文利用分子對接程序CDOCKER確定了抗體3F8和GD2的相互作用模式，并確定了對于它們結合起著關鍵作用的12個氨基酸殘基（圖7）。然后利用CalculateMutationEnergy模塊，將12個氨基酸進行虛擬飽和突變。飽和突變結果表明，當H:GLY54突變?yōu)镮LE時，突變能下降的最多（圖8），其主要原因是可以增加范德華的相互作用。作者隨后利用SpatialAggregationPropensity算法進行突變前后抗體聚集位點的對比，結果發(fā)現(xiàn)當GLY54突變?yōu)镮LE后（圖9），抗體的聚集位點的疏水性明顯增大，并且更有利和GD2的結合。作者最后把設計好的抗體hu3F8進行生物學的實驗，實驗表明：改造后的抗體hu3F8的抗GD2的IC50值提圖7分子對接結果分析Table言.ResultsofinsiiicascanningmutagenesisofCDRresiduWeightedWeightedM-utAlionEnergy-8J3中-2J9IT二-iJBElKtrastJi'IicTwrmWil023□0_07uTRPTHRVCURBHC:GLY1Q3HQQ.Y55Bnlraiiy1TwmQLI9EffectofMuitiafticnib