Duke spinout CasTag BioSciences bygger en bättre proteinfälla med boost från NCBiotech

DURHAM – Livsforskare älskar antikroppar, inte bara för att dessa små proteiner hjälper till att skydda oss alla från patogener, utan för att antikroppar också är ett mycket praktiskt laboratorieverktyg för att identifiera och markera proteiner av intresse i deras forskning.

När du försöker hitta något väldigt litet behöver du en liten flagga för att markera det. Det är en antikropp.

Liksom de flesta biovetenskapsforskare har Duke cellbiologi ordförande Scott Soderling varit beroende av anpassade antikroppar, molekyler gjorda på beställning av hundratals olika leveranslabb som hjälper forskare att hitta och markera specifika proteiner i cellkulturer och levande organismer.

"Men det finns ett problem", förklarar han i det lilla konferensrummet intill hans Nanaline Duke-kontor. – Femtio procent av antikropparna på marknaden är skräp. De är inte specifika. De kanske binder det du tror att de binder, men sedan binder de till andra saker du inte vet om, eller så binder de inte ens det du vill binda till alls.”

Än värre är att en sats av skräddarsydda antikroppar kanske inte är densamma som den förra. "Säg att du har en perfekt antikropp som binder precis vad du vill och inget annat. Och sedan beställer du nästa parti och det blir en annan förberedelse från ett annat djur, och du är tillbaka på ruta ett. Det fungerar inte.”

"Man tror att dessa dåliga antikroppar leder till en stor del av de irreproducerbara resultaten," säger Söderling. ”Så det kostar pengar, det kostar tid och det kostar trovärdighet. Det här är ett enormt problem för vetenskapen, både akademisk och industri.” Delvis härrör problemet från det faktum att anpassade tekniker för tillverkning av antikroppar går till 1970-talet, säger han.

Men Söderling har grundat ett Duke spinout-företag som han hoppas ska lösa tillförlitlighetsproblemet. CasTag BioSciences bygger på en teknologi som utvecklats i hans labb som markerar proteiner av intresse på ett helt nytt sätt, med hjälp av genomredigeringsverktyget CRISPR.

En stor drivkraft för Söderlings forskning har varit att identifiera proteiner i hjärnans synapser, de små luckorna mellan nervceller där signaler sänds och tas emot. All denna signalering regleras av specifika proteiner. Men att identifiera alla dessa proteiner i synapsen och tolka vad de säger till cellen är ett stort problem i ett mycket litet utrymme. Antikroppar är ett nyckelverktyg, men arbetet har varit frustrerande och långsamt, delvis på grund av svårigheten att arbeta med anpassade antikroppar.

För ungefär tre år sedan, när nyheten om den nya genredigeringstekniken CRISPR spreds, ville Söderling och hans team se om det kunde ge dem ett bättre sätt att märka och visualisera de hundratals och till och med tusentals proteiner de upptäckte i den lilla synaps mellan neuroner.

"Vi hade den här idén att CRISPR kunde vara ett riktigt fantastiskt verktyg för att ta itu med det akuta problemet med att försöka identifiera och märka dessa hundratals proteiner," säger Soderling. "Det vi utvecklade var en ny modulär metod för att i princip ta märkningsproblemet och vända det på huvudet."

De använder CRISPR för att redigera korta sekvenser till en gen så att varje protein den producerar bär en tagg som de har skapat som detekteras av en känd, pålitlig och välkarakteriserad antikropp, snarare än en shot-in-the-dark sed. antikropp.

"Dessa antikroppar känner igen ett litet segment av aminosyrasekvenser," förklarar Söderling. "Så vi tar bara DNA som kodar för de aminosyrorna - handtaget - och vi ploppar det handtaget rakt in i genen in vivo eller i cellen," säger Söderling.

Efter att proof-of-concept-experimenten producerade vacker proteinmärkning i mushjärnan, tittade Soderling på bilderna och sa: "Okej, den är enorm."

De döpte faktiskt sitt nya system till HiUGE (homologioberoende universell genomteknik), och det kan verkligen vara enormt.

De har börjat kalla det plug and play-biologi, för med bara ett fåtal av deras taggar kan de adressera hundratals okända proteiner, och de kan till och med sätta flera taggar i en gen samtidigt. Söderling säger att systemet är modulärt och lätt att använda, vilket kommer att möjliggöra semi-automatiska metoder med hög genomströmning för att märka proteiner.

Som en analogi, tänk på en lastbilschaufför som sakta går nerför kvarteret efter mörkrets inbrott i ett skyfall och letar efter husnummer 2345. Vad Söderling och hans team har gjort är att sätta en ljus skylt på varje hus med nummer 2345 som säger "Hej UPS! Här!"

HiUGE-systemet levereras till levande celler, antingen i en skål eller i en organism, av ett par adenoassocierade virus som arbetar som ett team. Ett virus bär guide-RNA som kommer att markera platsen där CRISPR ska skära DNA:t och infoga en ny kod. Det andra adenoassocierade viruset bär "nyttolasten", en tagg eller taggar som de har tagit fram som nu kommer att byggas in i varje protein som genen sedan producerar.

Vektorerna, inklusive en syntetisk guide RNA och HiUGE-taggar, är agnostiska eller "homologioberoende", som namnet antyder. De bryr sig inte om vilken gen som finns runt dem. "Vi designade denna guide-RNA så att den specifikt inte känner igen någonting i genomet för mus, människa, apa, katt eller åsna," säger Söderling.

Det är ett smart sätt att utforska det okända.

Detta tillvägagångssätt främjar inte bara deras eget arbete, Söderling började inse att ett snabbt, flexibelt och mer exakt sätt att tagga proteiner också kan vara en affärsmöjlighet. Med lite forskning kom han på att anpassade antikroppar är en marknad på $2,4 miljarder – återigen, med produkter som bara fungerar som annonseras halva tiden.

Han kontaktade Duke's Office of Licensing and Ventures (OLV) för att påbörja patenteringsprocessen och för att få råd om att starta ett företag. "Då var jag tvungen att hitta ett sätt att driva verksamheten, för jag har redan ett fantastiskt vardagsjobb." I själva verket hade han också precis utnämnts till ordförande för cellbiologi ungefär samtidigt.

På OLV:s rekommendation besökte Soderling Biolabs North Carolina, en delad arbetsplats i Chesterfield Building i centrala Durham som hyr individuella våtlabbbänkar månad till månad och tillhandahåller all basutrustning som en startup skulle behöva, inklusive kylning, gen -kopiering av PCR-maskiner, centrifuger etc. Han presenterade sin idé för Biolabs och tittade runt.

Nästa dag ringde BioLabs NC-president Ed Field till Söderling och frågade om han ville ha hjälp med att driva verksamheten. Field, en startup-veteran, är nu VD för CasTag. Företaget har samlat in tillräckligt med pengar med ett lån från North Carolina Biotechnology Center för att anställa en nyutexaminerad Fuqua Business School som chef för affärsutveckling och en före detta postdoc för Söderling för att driva labbet på deltid medan han letar efter ett jobb i branschen .

"Vi har en hemsida. Vi har fått order. Vi har kunder. Det är igång, säger Söderling med ett mått av förundran i rösten. Hans konferensföredrag om HiUGE och ett papper den 1 juli 2019 i Neuron väckte viss uppmärksamhet. Sedan återpublicerades tidningen som en av tidskriftens "bästa 2018-2019", vilket drar ännu mer uppmärksamhet.

Och nu har de även idéer till nya produkter. "Jag hoppas att detta kommer att expandera och bli ännu större än att bara tagga proteiner," säger Söderling.

"Du vet, North Carolina var en tillverkningsstat förr i tiden", säger Soderling, en mjuk infödd Tennessean. "Jag skulle älska att vakna upp en dag och köra in i centrala Durham och se ett av de tidigare tillverkningslagren nynna iväg med människor som tillverkar dessa reagenser för att skickas ut runt om i världen. Det är drömmen."

(c) North Carolina Biotechnology Center

Ursprunglig artikelkälla: WRAL TechWire