دنیای گسترده علوم آزمایشگاهی

Abzyme واژه‏ای است که از ترکیب آنتی‏بادی و آنزیم گرفته شده است نام دیگر ان catmab(catalytic monoclonal antibody) می‏باشد. زیرا این آنتی‏بادی برعلیه یک ماده خاص واکنش انجام می‏دهد. آنتی‏بادی که برای به دست آوردن فعالیت کاتالیکی تغییر کرده است synzyme هم نامیده می‏شود. آبزیم را در سال 1986 دانشمندی به نام paul در بیماران مبتلا به بیماری خودایمنی lupus erythropuse یافت. او در این بیماران آنتی‏بادی را شناسایی کرد که هیدرولیز پپتیدهای intestinal vasoative را نشان می‏دادند. در سالهای بعد آبزیم‏ها در بیماران دیگرمبتلا به بیماریهای خود ایمنی گزارش شد آنتی‏بادیهایی که هیدرولیز DNA ،RNA. و پلی ساکارید را نشان می‏دادند، دانشمندان این آنتی‏بادیها را در ابتلای افراد موثر دانستند. پس ازمدتی این آنتی‏بادیها در افراد سالم هم مشاهده شد حتی در بدن مادران باردار در حین زایمان و در شیر مادران آنتی‏بادیهایی با فعالیت هیدرولیز DNA ،RNA، پروتئینها و لیپیدها مشاهده کردند که تعداد این آنتی‏بادیها در بدن مادران بیشتر از بیماران مبتلا به خود ایمنی و با فعالیت بیشتری گزارش شد.
درسلولهایی که دچار آپوپتوز می‏شوند بدن فرد دربرابر آنتی‏ژنهای سطحی سلولهای آپوپتوز شده آنتی‏بادی می‏سازد به دنبال این عمل بدن اقدام به تولید آنتی‏بادی دومی می‏کند که برعلیه آنتی‏بادی اول ساخته می‏شود. این آنتی‏بادی دارای فعالیت کاتالیکی است. بنابراین در خون انواعی از آنتی‏بادی تولید می‏شود. با این کار بدن از اتصال آنتی‏بادی به سلولهای سالم جلوگیری می‏کند به نوبه‏ای بدن پس از عمل کردن آنتی‏بادی اول این آنتی‏بادی را به این روش حذف می‏کند.
دربرخی ازبیماران مبتلا به هموفیلی آبزیم‏هایی را شناسایی کردند که فاکتورهای انعقادی 8 را مهارمی‏کند این آبزیم برعلیه این فاکتور دارای فعالیت پروتئازی بود. این آبزیم می‏تواند در عملکرد فاکتورهای 8 تزریقی به فرد اختلال ایجاد کند و درمان را با مشکل مواجه کند.
آبزیمها در بدن حیوانات هم مشاهده شده است اما در این مورد تحقیقات کمی انجام گرفته است. امروزه بیشتر این آنتی‏بادیها را به صورت مصنوعی تهیه می‏کنند.

چگونگی تولید آبزیمها
هر واکنش شیمیایی از چند مرحله تشکیل شده است:
سوبسترا با گرفتن انرژی به ماده حد واسط (حالت گذار) تبدیل می‏شود سپس با از دست دادن مقداری انرژی به محصول تبدیل می‏شود. آبزیمها بر روی ساختار حد واسط اثر می‏گذارند در اصل وقتی سوبسترا به آنتی‏بادی متصل می‏شود زنجیره سبک آنتی‏بادی با ایجاد پیوند با سوبسترا باعث تغییر کنفورماسیون در سوبسترا و تبدیل آن به ماده حد واسط می‏شود. در اصل آبزیم سوبسترا را به فرم E ناپایدار تبدیل می‏کند این فرم در طی پایدار شدن به فرم حالت حد واسط تبدیل می‏شود. سپس آبزیم بر روی آن واکنش انجام می‏دهد.
برای تولید یک آبزیم خاص ابتدا از موادی که شباهت ساختاری با ماده حد واسط سوبسترای مورد نظر ما دارد و به آن (transition state analogues)TSA می‏گویند استفاده کرده و این مواد را به بدن موش تزریق می‏کنیم. پس از مدتی که بدن موش بر علیه TSA آنتی‏بادی ساخت آنتی‏بادیها را از طحال موش استخراج می‏کنیم و آنتی‏بادیهایی که به TSA متصل می‏شوند و فعالیت کاتالیکی دارند را جداسازی می‏کنیم. ما از هر TSA که سمی نباشد برای تولید آبزیم می‏توانیم استفاده کنیم. در این صورت ما رنجی از آبزیمها را داریم که با تمایل متفاوت با سوبسترا اتصال برقرار می‏کنند سرعت واکنشی که کاتالیز می‏کنند نیز متفاوت است هر چه TSA به ماده حد واسط شبیه‏تر باشد آبزیم ایجاد شده بر علیه آن TSA با تمایل بیشتری به سوبسترا متصل و با سرعت بیشتری واکنش مورد نظر را کاتالیز می‏کنند. TSA با اتصال به Fab باعث تغییر کنفورماسیون در آنتی‏بادی می‏شود و این عمل را با ایجاد همپوشانی اوربیتالی در زنجیره سبک می‏گردد و فعالیت کاتالیکی را در آنتی‏بادی القا می‏کند. آبزیم که به این وسیله تولید می‏شود را تحت HUMANIZATION قرار می‏دهند تا سیستم ایمنی انسانی در برابر آن واکنش ندهد برای این کار روشهای مختلفی وجود دارد. در یک روش ژن مربوط به Fab موش رابه ژن Fc انسانی پیوند می‏زنند. در این حالت مقداری پاسخ ایمنی بر علیه آنتی‏بادی ایجاد می‏شود. یا همه 6CDR را از آنتی‏بادی موش به آنتی‏بادی موش پیوند می‏زنند اما پیوند CDRباعث کاهش تمایل اتصال به آنتی‏ژن می‏شود و ساختار سه بعدی آنتی‏بادی هم از بین می‏رود امروزه از روش germliner TM استفاده می‏شود در این روش از شبه آنتی‏بادی در germ line انسانی استفاده می‏شود که اپی‏تپ یکسانی شناسایی شده با آنتی‏بادی موش را شناسایی می‏کند و اغلب تمایل بالایی نسبت به آنتی‏بادی موشی دارد. در این حالت پاسخ ایمنی دیگر تولید نمی‏شود. دانشمندان ادعا می‏کنند که برای هر ایمونوگلوبین که در برابر آنتی‏ژن تولید می‏شود یک آنتی‏بادی مکمل (Ab2) به طور مستقیم مقارن با ایدیوتاپیک Ab1 به وجود می‏آید. وقتی ایدیوتوپها با مناطق مکمل از سایت فعال اضافه شود و Ab2 یا ملکول anti-idiotypic می‏توانند ساختارهای آنتی‏بادی را تقلید کنند و به عنوان تمثالهای داخلی از آنتی‏بادیهای اصلی طراحی شود. بیشتر استفاده موفق از آنتی‏بادیهای anti-idiotype از رسپتورهای سطح سلولی برای هورمونها، نوروترانسمیترها، نوروپپتی دازها یا فاکتورهای رشد شناسایی می‏شود. یک آنتی‏بادی اولیه تولید می‏شود تا سایت فعال از یک آنزیم را شناسایی کند در نتیجه سایت مرکب از آنتی‏بادی اول، ترکیبات ساختاری مکمل با این آنزیم دارد. یک سری دوم از آنتی‏بادیها در برابر آنتی‏بادی اول تولید می‏شود مقدار این نسل دوم یا آنتی‏بادیهای آنتی ایدیوتوپ، که می‏تواند تمثال داخلی از سایت هدف را نشان دهد، بعضی ازاین آنتی‏بادیها ممکن است تنها دارای عملکرد اتصالی به سوبسترا از آنزیمی که به عنوان آنتی‏ژن استفاده می‏شود نباشند و برای کاتالیز هم توانا باشند.
آنتی‏بادیهایی که بیشتر از خود فعالیت کاتالیکی نشان می‏دهند IgG است البته IgA هم از خود این فعالیت را به مقدار کم نشان می‏دهد البته از بقیه انواع آنتی‏بادی این فعالیت به ندرت دیده می‏شود. برای مثال یک IgG،9G4H9 یافت شده است که فعالیت هیدرولیز سوبستراهای پنی‏سیلین را نشان می‏دهد.
دانشمندان برای یافتن آن قسمت ازآنتی‏بادی که فعالیت کاتالیکی انجام می‏دهند آنتی‏بادی را تحت تاثیر پروتئازهایی مثل پپسین قرار دادند تا قسمتهای مختلف آنتی‏بادی جدا شوند سپس به صورت جداگانه هر قسمت رابه سلولی تزریق کردند تا مکان مورد نظر را پیدا کنند. با این روش مشخص گردید که زنجیره سبک آنتی‏بادی این فعالیت را دارا می‏باشد. بررسی ساختار و بازآرایی اسید آمینه در آبزیمها (به خصوص بخش زنجیره سبک) برای یافتن اسید آمینه‏های درگیر در عمل کاتالیزی نشان می‏دهد که (CDR3)serوhisCDR1)) در انجام فعالیت کاتالیکی نقش دارد.
از آبزیمها برای درمان بیماریها هم می‏توان استفاده کرد از جمله این کاربردها می‏توان به موارد زیر اشاره کرد:
آبزیمها با فعالیت پروتئازی درپاتولوژی برای حذف پروتئینها و پلاکهایی که در بدن ایجاد می‏شوند تولید می‏شوند. یکی از بیماریهایی که با ایجاد پلاک پروتئینی همراه است آلزایمر می‏باشد. در این بیماری که سیستم ایمنی دچار مشکل می‏شود چند نوع پروتئین در خارج سلولهای عصبی رسوب می‏یابد این پروتئینها شامل بتا آمیلوئید است که از پروتئین پیش ساز آمیلوئید (BAPP) مشتق شده است، APOE،Protein tea. پپتید بتا آمیلوئید مهمترین ترکیب از پلاکهای آمیلوییدی است. ارتباط مستقیمی بین جمع شدن پپتیدها و پاتولوژی نوروتوکسیک وجود دارد، بتا آمیلوئید برروی غشای پلاسمایی جمع شده و سبب بستن جریان کانالهای کلسیمی می‏شود بنابراین سبب یک تغییر ساختاری غشای پلاسمایی با تشکیل کانالهای خاص کلسیمی از لحاظ نفوذپذیری می‏شود.
الکترواسکلروزیس به علت رسوب پروتینها در غشا و مقاوم کردن آن در برابر فشار خون می‏شود.
در این بیماریها که علت بیماری تجمع پروتین است را می‏توان به کمک آبزیمها از شدت آنها کم کرد. آبزیمهایی که توانایی فعالیت پروتئازی دارند را برای این منظور می‏توان استفاده کرد. برای تهیه آبزیمها با فعالیت پروتئازی، آنالوگ حالت گذار پیوندهای پپتیدی بین دو اسید آمینه را انتخاب می‏کنند و به بدن موش تزریق می‏کنند در این صورت آبزیمهای با فعالیت پروتئازی خاص به وجود می‏آید و یک پروتئین که دارای دی پپتید مورد نظر در توالی خود است هدف آبزیم قرار می‏گیرد برای افزایش خاص بودن آنتی‏بادی تلاش شده که از ایمونوژنها که کمتر از هشت اسید امینه دارند استفاده کرد. البته دانشمندان آبزیمهایی را یافتند که بدون حضور آنالوگهای حالت گذارهم تولید شدند.
در مورد آلزایمر از قطعه اسید امینه‏ای 1-42 بتا آمیلوئید به عنوان یک عامل ایمونوژنیک استفاده می‏کنند و هسته آمیلوئیدی در حالت نامحلول این منطقه‏اش در معرض محیط قرار می‏گیرد. این قسمت از پروتئین نسبت به بقیه قسمتهای پروتئین هیدروفوبیسیته بیشتری دارد و سرعت تجمع بیشتری هم دارد. قطعه 1-42 تنها پس از ایجاد ساختار مسطح در معرض محیط قرار می‏گیرد. آبزیم برعلیه این قسمت ساخته می‏شود که با فعالیت پروتئازی این قسمت را برش داده و سبب جداشدن پروتئین‏های متصل شده به همدیگر و تشکیل پلاک داده می‏شود و پلاک را تخریب می‏کنند. با این کار از پیشرفت بیماری جلوگیری به عمل می‏آید.
از آبزیمها برای درمان تومورها هم می‏توان استفاده کرد در چندین سال گذشته از ماده‏ای به نام ADEPT برای درمان تومور استفاده می‏کردند ADEPT که مخفف Ab-directed enzyme prodrug thrapy است. در این روش یک آنتی‏بادی که آنتی‏ژنهای سطح سلولهای توموری را شناسایی می‏کند را با یک آنزیم که پیشساز داروی موثر بر سلول توموری را به دارو تبدیل می‏کند کنژوگه می‏کنند. داروی مورد نظر به علت هیدرولیز جانبی و اثرات تخریبی که بر روی سلولهای سالم دارد به صورت پیشساز دارو تبدیل می‏شود تا از اثرات تخریبی آن جلوگیری کرد این پیش دارو در حضور آنزیم به دارو تبدیل می‏شود. در ابتدا آنتی‏بادی کنژوگه شده با آنزیم را به بدن فرد تزریق می‏کنند آنتی‏بادی به آنتی‏بادیهای سطح سلول توموری متصل می‏شود سپس پیش دارو را به فرد بیمار تزریق می‏کنند دارو در بدن پخش می‏شود. پیش سازهای دارو که در مجاورت آنتی‏بادی کنژوگه قرار می‏گیرد تحت تاثیر آنزیم تبدیل به دارو می‏شوند. دارو بر روی سلولهای توموری اثر خود را اعمال می‏کند این روش دارای محاسن و معایبی است:

محاسن: مقدار کم دارو مورد نیاز است. سمیت کم
معایب: به علت اختصاصیت بیشتر آنزیمهای باکتریایی نسبت به آنزیمهای انسانی معمولا از آنزیمهای باکتریایی در این روش استفاده می‏کنند که این عمل با پاسخ ایمنی بدن انسان در برابر این آنزیمها مواجه می‏شود. این پاسخ ایمنی کارایی این روش را پایین می‏آورد برای حل این مشکل دانشمندان آنتی‏بادیهایی که فعالیت کاتالیکی دارند را جایگزین آنزیم کردند به این روش ADAPT یا Ab-directed abzyme prodrug thrapy می‏گویند. در این روش با انسانی کردن آبزیمها میزان پاسخ ایمنی را به مقدار زیادی تقلیل می‏دهند. این روش محاسن روش قبلی را نیز دارا می‏باشد. در این روش می‏توان خود پیشساز دارو هدف آبزیم باشد یا اینکه هدف آبزیم به دارو متصل شده باشد و با اثر آبزیم از دارو شود در این حالت به ماده‏ای که هدف دارو است specifier می‏گویند در این مورد دارو دو قسمتی است. گاهی مواقع specifier از طریق یک قسمتی به نام linker به دارو متصل می‏گردد و بنابراین تحت تاثیر ابزیم specifier جدا می‏شود و linker و دارو همدر مرحله بعد به طور خود به خودی جدا می‏شوند در این حالت پیش دارو سه قسمتی است و بنابراین از آبزیم مورد نظر برای استفاده از چندین دارو می‏توان استفاده کرد این نکته به مقدار زیادی قابل توجه است چون بدن بیماران پس از مدتی به یک دارو مقاوم می‏شود بنابراین با این روش می‏توان از مقاوم سازی بدن نسبت به دارو جلوگیری کرد یا طیف وسیعی از داروها را استفاده کرد.
از آبزیمها برای درمان ایدز هم می‏توان استفاده کرد عامل ایدز را HIV1 و HIV2 استاین دو ویروس از دسته ویروسهای RNA دار است و برای همانند سازی ژنوم خود از ریورس ترانس کریپتاز استفاده می‏کند. این آنزیم در طی فعالیت خود با خطای بیشتر از DNA Pol عمل کرده و طی همانندسازی سبب ایجاد موتاسیون در ژنوم این ویروس می‏گردد. بنابراین این ویروس همواره در حال تغییر است این تغییر در پروتئینهای پوششی هم رخ می‏دهد در بین پروتئینهای پوششی gp120 که از طریق gp41 به پوشش سلولی ویروس متصل است و مسئول اتصال ویروس به سطح سلولهای لنفوسیتی است تا ویروس بتواند ژنوم خود را وارد سلول لنفوسیتی کند تغییر در این پروتئین در اتصال ویروس به سلول میزبان اختلال ایجاد می‏کند. در اصل تغییر در این پروتئین از تکثیر آن جلوگیری می‏کند و چنین ویرسی می‏میرد. بنابراین این پروتیئن دچار تغییر نمی‏شود دانشمندان برای تولید یک واکسن برای همه انواع ویروس ایدز این پروتیئن را استفاده می‏کنند. در یک روش می‏توان آبزیمی ساخت که بر روی gp120 اثر گذاشته و سبب برش در این پروتئین شود دراین حالت HIV نمی‏تواند به سلول میزبان متصل شود و آن را آلوده کند مزیت دیگر این روش این است که ما به تعداد کمی از آبزیم نیاز داریم تا تعداد زیادی از ویروس را فلج کند زیرا آبزیم به پروتئین مورد نظر متصل نمی‏شود بلکه فقط آن را هیدرولیز می‏کند بنابراین یک آبزیم می‏تواند تعداد زیادی از ویروسهای عامل ایدز را مهار کند.
آبزیم و آنزیم با همدیگر در برخی خصوصیات مشترک هستند هر دو دارای سوبسترای اختصاصی هستند در اصل تنها سوبسترایی که با سایت فعال آنزیم و Fab آنتی‏بادی مکمل بود می‏تواند به ترتیب به آنزیم و آنتی‏بادی متصل شود آبزیم و آنزیم هر دو نقش کاتالیکی دارند البته سرعت انجام واکنش توسط آنزیم خیلی سریعتر از آبزیم است. البته آبزیم برای تمام ترکیبات می‏تواند ایجاد شود حتی ترکیباتی که آنزیمی تاکنون شناسایی نشده باشد که بر روی آنها اثر بگذارد.
آبزیمها در فعالیتهای متابولیسمی هم دخالت دارند هر چند آنتی‏بادیها می‏توانند با اتصال به آنتی‏ژن فاگوسیت شدن آن راتسهیل دهند احتمالا آبزیمها با فعالیت کاتالیکی خود می‏توانند برخی مواد را نیز هیدرولیز کرده و در تجزیه آن نقش داشته باشند.
در آینده کاربردهای زیادی را از آبزیمها می‏توان انتظارداشت. احتمالا از این آبزیمها برای تجزیه موادی که آنزیمی برعلیه آنها شناسایی نشده است می‏توان استفاده کرد. آبزیمها را می‏توان در کارهای صنعتی برای انجام واکنشهای شیمیایی استفاده کرد. انتظار است که در آینده از این آبزیمها برای درمان کارآمدتر بیماریها و تولید واکسن برعلیه ویروسها استفاده شود. آبزیمها به دلیل تولید و استخراج آسانتر نسبت به مواد دیگردر آینده استفاده بیشتری خواهند داشت.

منابع:

1)Paul Wentworth et al.,Toward antibody-directed "abzyme"prodrug therapy,ADAPT:Carbamate prodrug activation by a catalytic antibody and its in vitro application to human tumor cell killing,93,Departments of chemistery and molecular biology,1995,799-803
2)Avalle et al.,Enzyme and abzyme relationship,Journal ofMolcular catalysis,2000,39-45
3)Planqu etal.,Catalytic antibody to HIV,Department of pathology,2008,473-9
4)Taguchi et al.,Catalytic antibodies to amyloid beta peptide in defense against Alzheimer disease ,chemical Immunology research center,2008,391-7