Duke spinout CasTag BioSciences bygger en bedre proteinfælde med boost fra NCBiotech

DURHAM – Livsforskere elsker antistoffer, ikke kun fordi disse små proteiner hjælper med at beskytte os alle mod patogener, men fordi antistoffer også er et meget praktisk laboratorieværktøj til at identificere og markere proteiner af interesse i deres forskning.

Når du prøver at finde noget meget lille, har du brug for et lille flag for at markere det. Det er et antistof.

Ligesom de fleste biovidenskabsforskere har Duke cellebiologistolen Scott Soderling været afhængig af tilpassede antistoffer, molekyler lavet på bestilling af hundredvis af forskellige forsyningslaboratorier, der hjælper forskere med at finde og markere specifikke proteiner i cellekulturer og levende organismer.

"Men der er et problem," forklarer han i det lille mødelokale ved siden af hans Nanaline Duke-kontor. "Heltreds procent af antistofferne på markedet er junk. De er ikke specifikke. De binder måske det, du tror, de binder, men så binder de sig til andre ting, du ikke kender til, eller de binder slet ikke det, du vil binde dig til.”

Værre end det, en batch af skræddersyede antistoffer er muligvis ikke den samme som den sidste. "Sig, at du har et perfekt antistof, der binder præcis det, du ønsker, og intet andet. Og så bestiller du det næste parti, og der er en anden forberedelse fra et andet dyr, og du er tilbage til udgangspunktet. Det virker ikke.”

"Det menes, at disse dårlige antistoffer fører til en stor del af de irreproducerbare resultater," siger Soderling. ”Så det koster penge, det koster tid og det koster troværdighed. Dette er et stort problem for videnskaben, både akademisk og industri." Til dels stammer problemet fra det faktum, at brugerdefinerede antistoffremstillingsteknikker stammer fra 1970'erne, siger han.

Men Soderling har grundlagt et Duke spinout-firma, som han håber vil løse pålidelighedsproblemet. CasTag BioSciences er baseret på en teknologi udviklet i hans laboratorium, der markerer proteiner af interesse på en helt ny måde ved hjælp af genomredigeringsværktøjet CRISPR.

Et hovedtræk i Soderlings forskning har været at identificere proteiner i hjernens synapser, de små huller mellem nerveceller, hvor signaler transmitteres og modtages. Al den signalering er reguleret af specifikke proteiner. Men at identificere alle disse proteiner i synapsen og fortolke, hvad de siger til cellen, er et stort problem i et meget lille rum. Antistoffer er et nøgleværktøj, men arbejdet har været frustrerende og langsomt, til dels på grund af vanskeligheden ved at arbejde med tilpassede antistoffer.

For omkring tre år siden, da nyheden om den nye genredigeringsteknologi kaldet CRISPR spredte sig, ønskede Soderling og hans team at se, om det kunne give dem en bedre måde at mærke og visualisere de hundreder og endda tusindvis af proteiner, de opdagede i den lillebitte synapse mellem neuroner.

"Vi havde denne idé om, at CRISPR kunne være et virkelig fantastisk værktøj til at løse det presserende problem med at forsøge at identificere og mærke disse hundredvis af proteiner," siger Soderling. "Det, vi udviklede, var en ny modulær metode til grundlæggende at tage mærkningsproblemet og vende det på hovedet."

De bruger CRISPR til at redigere korte sekvenser ind i et gen, så hvert protein, det producerer, bærer et mærke, de har skabt, som detekteres af et kendt, pålideligt og velkarakteriseret antistof, snarere end en skud-i-mørke-skik. antistof.

"Disse antistoffer genkender et lille segment af aminosyresekvenser," forklarer Soderling. "Så vi tager bare DNA'et, der koder for disse aminosyrer - håndtaget - og vi plapper det håndtag lige ind i genet in vivo eller i cellen," siger Söderling.

Efter proof-of-concept-eksperimenterne producerede smuk proteinmærkning i musehjernen, så Soderling på billederne og sagde: "Okay, det er enormt."

Faktisk døbte de deres nye system HiUGE (homologi-uafhængig universal genom engineering), og det kan faktisk bare være enormt.

De er begyndt at kalde det plug and play-biologi, for med blot nogle få af deres tags kan de adressere hundredvis af ukendte proteiner, og de kan endda sætte flere tags ind i et gen på samme tid. Soderling siger, at systemet er modulopbygget og nemt at bruge, hvilket vil muliggøre semi-automatiske, high-throughput tilgange til mærkning af proteiner.

Som analogi kan du tænke på en varebilchauffør, der langsomt går ned ad blokken efter mørkets frembrud i et regnskyl på udkig efter husnummer 2345. Det, Soderling og hans team har gjort, er at sætte et lyst skilt på hvert hus med nummer 2345, der siger "Hey UPS! Her ovre!"

HiUGE-systemet leveres til levende celler, enten i en skål eller i en organisme, af et par adeno-associerede vira, der arbejder som et team. En virus bærer guide-RNA, som markerer det sted, hvor CRISPR skal skære DNA'et og indsætte et nyt stykke kode. Den anden adeno-associerede virus bærer "nyttelasten", et eller flere tags, de har udtænkt, som nu vil blive indbygget i hvert protein, som genet efterfølgende producerer.

Vektorerne, inklusive en syntetisk guide RNA og HiUGE tags, er agnostiske eller 'homologi-uafhængige', som navnet antyder. De er ligeglade med, hvilket gen der er omkring dem. "Vi designede denne guide-RNA, så den specifikt ikke genkender noget i genomet af mus, mennesker, aber, katte eller æsler," siger Soderling.

Det er en smart måde at udforske det ukendte på.

Ikke alene fremmer denne tilgang deres eget arbejde, Soderling begyndte at indse, at en hurtig, fleksibel og mere præcis måde at mærke proteiner på også kunne være en forretningsmulighed. Med lidt research fandt han ud af, at tilpassede antistoffer er et marked på $2,4 milliarder – igen med produkter, der kun fungerer som annonceret halvdelen af tiden.

Han kontaktede Duke's Office of Licensing and Ventures (OLV) for at begynde patenteringsprocessen og få nogle råd om at starte et firma. "Så måtte jeg finde en måde at drive forretningen på, for jeg har allerede et fantastisk job." Faktisk var han også lige blevet udnævnt til formand for cellebiologi på nogenlunde samme tid.

På OLVs anbefaling besøgte Soderling Biolabs North Carolina, et fælles arbejdsområde i Chesterfield-bygningen i downtown Durham, som lejer individuelle vådlaboratoriebænke på måned-til-måned-basis og leverer alt det grundlæggende udstyr, en opstart har brug for, inklusive køling, gener -kopiering af PCR-maskiner, centrifuger osv. Han pitchede sin idé til Biolabs og så sig omkring.

Næste dag ringede BioLabs NC-præsident Ed Field til Soderling og spurgte, om han ville have hjælp til at drive virksomheden. Field, en startup-veteran, er nu administrerende direktør for CasTag. Firmaet har rejst nok penge med et lån fra North Carolina Biotechnology Center til at ansætte en nyuddannet Fuqua Business School som leder af forretningsudvikling og en tidligere postdoc for Soderling til at drive laboratoriet på deltid, mens han leder efter et job i industrien .

"Vi har fået en hjemmeside. Vi har ordrer. Vi har kunder. Det er oppe at køre,” siger Söderling med en vis undren i stemmen. Hans konferencetaler om HiUGE og et papir fra 1. juli 2019 i Neuron tiltrak en del opmærksomhed. Derefter blev avisen genudgivet som en af tidsskriftets "bedste i 2018-2019", hvilket trak endnu mere opmærksomhed.

Og nu har de også idéer til nye produkter. "Jeg håber, at dette vil udvide sig og blive endnu større end blot at mærke proteiner," siger Soderling.

"Du ved, North Carolina var en produktionsstat dengang," siger Soderling, en blødmælt indfødt Tennessean. "Jeg ville elske at vågne op en dag og køre ind til downtown Durham og se et af de tidligere produktionslagre nynne afsted med folk, der fremstiller disse reagenser til at sende rundt i verden. Det er drømmen."

(c) North Carolina Biotechnology Center

Original artikelkilde: WRAL TechWire