CasTag BioSciences, spin-out de Duke, construit un meilleur piège à protéines avec l'aide de NCBiotech

DURHAM – Les scientifiques adorent les anticorps, non seulement parce que ces petites protéines nous aident tous à nous protéger contre les agents pathogènes, mais aussi parce que les anticorps constituent un outil de laboratoire très pratique pour identifier et marquer les protéines d’intérêt dans leurs recherches.

Lorsque vous essayez de trouver quelque chose de très petit, vous avez besoin d'un tout petit drapeau pour le marquer. C'est un anticorps.

Comme la plupart des chercheurs en sciences de la vie, Scott Soderling, président de Duke en biologie cellulaire, s'appuie sur des anticorps personnalisés, des molécules fabriquées sur commande par des centaines de laboratoires différents qui aident les scientifiques à trouver et à marquer des protéines spécifiques dans les cultures cellulaires et les organismes vivants.

« Mais il y a un problème », explique-t-il dans la petite salle de conférence adjacente à son bureau de Nanaline Duke. « Cinquante pour cent des anticorps disponibles sur le marché sont de la camelote. Ils ne sont pas spécifiques. Ils peuvent lier ce que vous pensez lier, mais ensuite ils se lient à d'autres choses que vous ne connaissez pas, ou ils ne lient même pas du tout ce à quoi vous voulez lier.

Pire encore, un lot d’anticorps sur mesure peut ne pas être le même que le précédent. « Disons que vous disposez d’un anticorps parfait qui se lie exactement à ce que vous voulez et rien d’autre. Et puis vous commandez le lot suivant et il y a une préparation différente provenant d'un animal différent, et vous revenez à la case départ. Ça ne marche pas.

"On pense que ces mauvais anticorps conduisent à une grande partie des résultats irréproductibles", explique Soderling. « Cela coûte donc de l’argent, du temps et de la crédibilité. C’est un énorme problème pour la science, tant universitaire que industrielle. Le problème vient en partie du fait que les techniques de fabrication d’anticorps sur mesure datent des années 1970, dit-il.

Mais Soderling a fondé une société dérivée de Duke qui, espère-t-il, résoudra le problème de fiabilité. CasTag BioSciences s'appuie sur une technologie développée dans son laboratoire qui marque les protéines d'intérêt d'une toute nouvelle manière, en utilisant l'outil d'édition du génome CRISPR.

L'un des axes majeurs des recherches de Soderling a consisté à identifier les protéines dans les synapses du cerveau, les minuscules espaces entre les cellules nerveuses où les signaux sont transmis et reçus. Toute cette signalisation est régulée par des protéines spécifiques. Mais identifier toutes ces protéines dans la synapse et interpréter ce qu’elles disent à la cellule est un énorme problème dans un espace très restreint. Les anticorps sont un outil clé, mais le travail a été frustrant et lent, en partie à cause de la difficulté de travailler avec des anticorps personnalisés.

Il y a environ trois ans, alors que la nouvelle technologie d'édition de gènes appelée CRISPR se répandait, Soderling et son équipe voulaient voir si cela pourrait leur donner une meilleure façon d'étiqueter et de visualiser les centaines, voire les milliers de protéines qu'ils détectaient dans le minuscule synapse entre les neurones.

"Nous avons eu l'idée que CRISPR pourrait être un outil vraiment étonnant pour résoudre le problème urgent de l'identification et de l'étiquetage de ces centaines de protéines", explique Soderling. "Ce que nous avons développé était une nouvelle méthode modulaire permettant de prendre le problème de l'étiquetage et de le renverser."

Ils utilisent CRISPR pour éditer de courtes séquences dans un gène afin que chaque protéine produite porte une étiquette qu'ils ont créée et qui est détectée par un anticorps connu, fiable et bien caractérisé, plutôt que par un anticorps personnalisé. anticorps.

"Ces anticorps reconnaissent un petit segment de séquences d'acides aminés", explique Soderling. "Nous prenons donc simplement l'ADN codant pour ces acides aminés - la poignée - et nous insérons cette poignée directement dans le gène in vivo ou dans la cellule", explique Soderling.

Après que les expériences de validation de principe aient produit un magnifique marquage des protéines dans le cerveau de la souris, Soderling a regardé les images et a déclaré : « D'accord, c'est énorme. »

En effet, ils ont baptisé leur nouveau système HiUGE (ingénierie du génome universel indépendant de l’homologie), et il pourrait bien être énorme.

Ils ont commencé à appeler cela la biologie plug and play, car avec seulement quelques-unes de leurs balises, ils peuvent s'adresser à des centaines de protéines inconnues, et ils peuvent même insérer plusieurs balises dans un gène en même temps. Soderling affirme que le système est modulaire et facile à utiliser, ce qui permettra des approches semi-automatiques et à haut débit de marquage des protéines.

Par analogie, pensez à un chauffeur de camion de livraison qui descend lentement le pâté de maisons après la tombée de la nuit sous une averse à la recherche de la maison numéro 2345. Ce que Soderling et son équipe ont fait, c'est de mettre un panneau lumineux sur chaque maison numérotée 2345 qui dit « Hey UPS ! Par ici!"

Le système HiUGE est délivré aux cellules vivantes, soit dans une boîte, soit dans un organisme, par une paire de virus adéno-associés travaillant en équipe. Un virus porte un ARN guide qui marquera l’endroit où CRISPR devra couper l’ADN et insérer un nouveau morceau de code. Le deuxième virus adéno-associé porte « la charge utile », une ou plusieurs balises qu'ils ont conçues et qui seront désormais intégrées dans chaque protéine produite par la suite par le gène.

Les vecteurs, y compris un ARN guide synthétique et des balises HiUGE, sont agnostiques ou « indépendants de l'homologie », comme leur nom l'indique. Ils ne se soucient pas du gène qui les entoure. "Nous avons conçu cet ARN guide de manière à ce qu'il ne reconnaisse rien dans les génomes de la souris, de l'humain, du singe, du chat ou de l'âne", explique Soderling.

C'est une façon intelligente d'explorer l'inconnu.

Non seulement cette approche fait progresser son propre travail, mais Soderling a commencé à se rendre compte qu'un moyen rapide, flexible et plus précis de marquer les protéines pourrait également constituer une opportunité commerciale. Après quelques recherches, il a découvert que les anticorps personnalisés représentent un marché de $2,4 milliards – encore une fois, avec des produits qui ne fonctionnent comme annoncé que la moitié du temps.

Il a contacté le Duke's Office of Licensing and Ventures (OLV) pour lancer le processus de brevetage et obtenir des conseils sur la création d'une entreprise. « Ensuite, j’ai dû trouver un moyen de gérer l’entreprise, car j’ai déjà un excellent travail quotidien. » En fait, il venait également d’être nommé titulaire de la chaire de biologie cellulaire à peu près au même moment.

Sur la recommandation d'OLV, Soderling a visité Biolabs North Carolina, un espace de travail partagé situé dans le bâtiment Chesterfield au centre-ville de Durham, qui loue des bancs individuels de laboratoire humide sur une base mensuelle et fournit tous les équipements de base dont une startup aurait besoin, y compris la réfrigération, les gènes. -copier des machines PCR, des centrifugeuses, etc. Il a présenté son idée à Biolabs et a regardé autour de lui.

Le lendemain, le président de BioLabs NC, Ed Field, a appelé Soderling et lui a demandé s'il souhaitait de l'aide pour gérer l'entreprise. Field, un vétéran des startups, est désormais le PDG de CasTag. L'entreprise a collecté suffisamment d'argent grâce à un prêt du North Carolina Biotechnology Center pour embaucher un récent diplômé de la Fuqua Business School en tant que responsable du développement commercial et un ancien postdoctorant pour Soderling pour diriger le laboratoire à temps partiel pendant qu'il cherche un emploi dans l'industrie. .

« Nous avons un site Web. Nous avons des commandes. Nous avons des clients. C'est opérationnel », dit Soderling avec une certaine émerveillement dans la voix. Sa conférence parle de HiUGE et un article du 1er juillet 2019 dans Neuron a attiré l'attention. Ensuite, l'article a été republié comme l'un des « meilleurs de 2018-2019 » de la revue, attirant encore plus d'attention.

Et maintenant, ils ont aussi des idées pour de nouveaux produits. «J'espère que cela se développera et deviendra encore plus important que le simple marquage des protéines», déclare Soderling.

"Vous savez, la Caroline du Nord était un État manufacturier à l'époque", explique Soderling, un Tennessien originaire du Tennesse à la voix douce. « J'adorerais me réveiller un jour et conduire jusqu'au centre-ville de Durham et voir l'un des anciens entrepôts de fabrication bourdonner de gens fabriquant ces réactifs pour les expédier dans le monde entier. C'est le rêve.

(c) Centre de biotechnologie de Caroline du Nord

Source originale de l’article : WRAL TechWire