โปรตีน A โดเมนจับกับ Ig
โครงสร้างของโดเมนของโปรตีน A ในรูปมัดเกลียว สามเกลียวที่เชื่อมต่อกับโซ่ตัวแปรหนักของ VH3 Fab ของมนุษย์ (ซ้าย) [ 1 ]โปรตีน A ที่ถูกย่อส่วนให้จับกับส่วน Fc ของ Rituximab (ขวา) [ 2 ] Uniprot P02976
ตัวระบุ
เครื่องหมาย	สปา
พีแฟม	PF02216
อินเตอร์โปร	IPR003132
สโคป2	1DEE / SCOPe / SUPFAM
โครงสร้างโปรตีนที่มีอยู่: พีดีบี   1dee ​, 1l6x ​IPR003132 PF02216 ( ECOD ; PDBsum )   อัลฟาโฟลด์ IPR003132 PF02216

โปรตีน Aเป็นโปรตีนพื้นผิวขนาด 42 kDaเดิมพบในผนังเซลล์ของแบคทีเรียStaphylococcus aureusมันถูกเข้ารหัสโดย ยีน spaและการควบคุมของมันถูกควบคุมโดยโครงสร้าง DNA, ความเข้มข้นของสารละลายในเซลล์ และระบบสององค์ประกอบที่เรียกว่า ArlS-ArlR มีการนำไปใช้ในการวิจัยทางชีวเคมีเนื่องจากความสามารถในการจับกับอิมมูโนโกลบูลินมันประกอบด้วยโดเมนจับ Ig ที่เหมือนกันห้าโดเมนซึ่งพับตัวเป็นมัดเกลียวสามเกลียว แต่ละโดเมนสามารถจับกับโปรตีนจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลายชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งIgGมันจับกับโซ่หนักภายในบริเวณ Fcของอิมมูโนโกลบูลินส่วนใหญ่ และยังจับกับบริเวณ Fabในกรณีของตระกูล VH3 ของมนุษย์ จากการโต้ตอบเหล่านี้ในซีรั่ม ซึ่งโมเลกุล IgG ถูกจับในทิศทางที่ไม่ถูกต้อง (เมื่อเทียบกับ การทำงาน ของแอนติบอดี ปกติ ) แบคทีเรียจะขัดขวางการออปโซไนเซชันและการกลืนกิน^{[ 3 ]}

จากการทำงานวิจัยเกี่ยวกับแอนติเจนของสแตฟิโลค็อกคัสชนิดจำเพาะ Verwey รายงานในปี 1940 ว่าโปรตีนส่วนหนึ่งที่เตรียมจากสารสกัดของแบคทีเรียเหล่านี้สามารถตกตะกอนแอนติเซรัมของกระต่ายที่สร้างขึ้นต่อต้านสแตฟิโลค็อกคัสชนิดต่างๆ ได้อย่างไม่จำเพาะเจาะจง^{[ 4 ]}ในปี 1958 Jensen ยืนยันการค้นพบของ Verwey และแสดงให้เห็นว่าซีรั่มก่อนการสร้างภูมิคุ้มกันของกระต่ายรวมถึงซีรั่มของมนุษย์ปกติสามารถจับกับส่วนประกอบที่ออกฤทธิ์ในสารสกัดสแตฟิโลค็อกคัสได้ เขาตั้งชื่อส่วนประกอบนี้ว่าAntigen A (เนื่องจากพบในส่วน A ของสารสกัด) แต่คิดว่ามันเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ [ ^{5 ] การ}จำแนกประเภทโปรตีนผิดพลาดเป็นผลมาจากการทดสอบที่ผิดพลาด^{[ 6 ]}แต่ไม่นานหลังจากนั้น (1962) Löfkvist และ Sjöquist ได้แก้ไขข้อผิดพลาดและยืนยันว่า Antigen A แท้จริงแล้วเป็นโปรตีนบนพื้นผิวของผนังเซลล์แบคทีเรียของS. aureusบาง สายพันธุ์ ^{[ 7 ]}กลุ่ม Bergen จากนอร์เวย์ตั้งชื่อโปรตีนว่า "Protein A" ตามเศษส่วนแอนติเจนที่แยกโดย Jensen ^{[ 8 ]}

จากการวิเคราะห์โครงสร้างผลึกพบว่าตำแหน่งการจับหลักของโปรตีน A อยู่ที่บริเวณ Fc ระหว่างโดเมน C _H 2 และ C _H 3 ^{[ 9 ]}นอกจากนี้ ยังพบว่าโปรตีน A จับกับโมเลกุล IgG ของมนุษย์ที่มีชิ้นส่วน IgG F(ab')2 จากตระกูลยีน VH3 ของมนุษย์^{[ 10 ]}

โปรตีน A สามารถจับกับส่วน Fc ของอิมมูโนโกลบูลินของบางสายพันธุ์ได้อย่างแน่นหนา ดังแสดงในตารางด้านล่าง^{[ 11 ]}

นอกจากโปรตีน A แล้ว โปรตีนแบคทีเรียอื่นๆ ที่จับกับอิมมูโนโกลบูลิน เช่นโปรตีน G โปรตีน A/GและโปรตีนLล้วนถูกนำมาใช้ในการทำให้บริสุทธิ์ ตรึง หรือตรวจจับอิมมูโนโกลบูลินอย่างแพร่หลาย

แบคทีเรีย Staphylococcus aureusเป็นเชื้อก่อโรคที่ใช้โปรตีน A ร่วมกับโปรตีนและปัจจัยบนพื้นผิวอื่นๆ อีกมากมาย เพื่อช่วยในการอยู่รอดและก่อโรค โดยโปรตีน A มีบทบาทหลายด้านดังนี้:

1. โปรตีน A จะเข้าจับกับส่วน Fc ของแอนติบอดี ทำให้แอนติบอดีไม่สามารถเข้าถึงออปโซนินได้ ส่งผลให้การกลืนกินแบคทีเรียโดยเซลล์ภูมิคุ้มกันลดลง
2. โปรตีนเอช่วยให้เชื้อS. aureus เกาะติดกับพื้นผิวที่เคลือบด้วย ปัจจัยฟอนวิลเลแบรนด์ของมนุษย์(vWF) ได้ดีขึ้น ส่งผลให้ความสามารถในการก่อโรคของแบคทีเรียเพิ่มขึ้น ณ บริเวณที่แบคทีเรียแทรกซึมเข้าสู่ผิวหนัง
3. โปรตีนเอสามารถกระตุ้นการอักเสบของเนื้อเยื่อปอดได้โดยการจับกับ ตัวรับทูมอร์ เนโครซิสแฟคเตอร์ 1 (TNFR-1) ปฏิสัมพันธ์นี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีบทบาทสำคัญในการเกิดโรคปอดอักเสบจากเชื้อสแตฟิโลค็อกคัส
4. มีการแสดงให้เห็นว่าโปรตีน A ทำให้ภูมิคุ้มกันแบบอาศัยแอนติบอดี (humoral immunity) อ่อนแอลง ซึ่งหมายความว่าบุคคลสามารถติดเชื้อS. aureus ซ้ำได้ เนื่องจากร่างกายไม่สามารถสร้างแอนติบอดีที่แข็งแรงได้
5. โปรตีน A ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าส่งเสริมการก่อตัวของไบโอฟิล์มทั้งในกรณีที่โปรตีนเชื่อมโยงกับผนังเซลล์แบคทีเรียด้วยพันธะโควาเลนต์และในสารละลาย^{[ 12 ]}

โปรตีน A ช่วยยับยั้งการกลืนกินของเซลล์ฟาโกไซต์และทำหน้าที่เป็นการอำพรางทางภูมิคุ้มกัน ระดับโปรตีน A ที่สูงขึ้นในสายพันธุ์ต่างๆ ของS. aureusเกี่ยวข้องกับการติดเชื้อแบคทีเรียชนิดนี้ในโพรงจมูก^{[ 13 ]}

เชื้อS. aureus กลายพันธุ์ ที่ขาดโปรตีน A จะถูกฟาโกไซโตซิสในหลอดทดลองได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และเชื้อกลายพันธุ์ในแบบจำลองการติดเชื้อมีความรุนแรงลดลง^{[ 14 ]}

โปรตีน A ผลิตและทำให้บริสุทธิ์ในกระบวนการหมักทางอุตสาหกรรมเพื่อใช้ในด้านภูมิคุ้มกันวิทยา การวิจัยทางชีววิทยา และการใช้งานทางอุตสาหกรรม (ดูด้านล่าง) โปรตีน A ตามธรรมชาติ (หรือแบบดั้งเดิม) สามารถเพาะเลี้ยงได้ในStaphylococcus aureusและประกอบด้วยบริเวณจับแอนติบอดีที่เหมือนกันห้าบริเวณตามที่อธิบายไว้ข้างต้น และบริเวณปลาย C สำหรับการยึดเกาะกับผนังเซลล์ ปัจจุบัน โปรตีน A มักผลิตขึ้นใหม่โดยใช้Escherichia coli ( Brevibacillus ก็แสดงให้เห็นว่าเป็นโฮสต์ที่มีประสิทธิภาพเช่นกัน^{[ 15 ]} ) โปรตีน A เวอร์ชันรีคอมบิแนนท์ยังประกอบด้วยโดเมนจับแอนติบอดีที่เหมือนกันห้าโดเมน แต่อาจแตกต่างกันในส่วนอื่นๆ ของโครงสร้างเพื่ออำนวยความสะดวกในการเชื่อมต่อกับพื้นผิวที่มีรูพรุน^{[ 16 ]} นอกจาก นี้ยังมีโปรตีนเวอร์ชันที่ได้รับการดัดแปลงทางวิศวกรรม ซึ่งตัวแรกคือ rProtein A, B4, C-CYS ^{[ 17 ]}เวอร์ชันที่ได้รับการดัดแปลงทางวิศวกรรมเป็นมัลติเมอร์ (โดยทั่วไปคือเตตระเมอร์ เพนตาเมอร์ หรือเฮกซาเมอร์) ของโดเมนเดียวที่ได้รับการดัดแปลงเพื่อปรับปรุงการใช้งานในการใช้งานทางอุตสาหกรรม

โปรตีน A มักถูกเชื่อมต่อกับโมเลกุลอื่นๆ เช่น สี ย้อมเรืองแสงเอนไซม์ไบโอตินทองคำคอลลอยด์หรือไอโอดีนกัมมันตรังสี โดยไม่ส่งผลกระทบต่อบริเวณการจับของแอนติบอดี ตัวอย่างเช่น โปรตีน A–ทองคำ (PAG) ใช้ในการติดฉลากอิมมูโนโกลด์ โปรตีน A ที่เชื่อมต่อกับฟลูออโรฟอร์สำหรับอิมมูโนฟลูออเรสเซนซ์ และโปรตีน A ที่เชื่อมต่อกับสาย DNA สำหรับการถ่ายภาพ DNA-PAINT ^{[ 18 ]}นอกจากนี้ยังมีการใช้งานอย่างแพร่หลายโดยเชื่อมต่อกับลูกปัดแม่เหล็ก ลูกปัดลาเท็กซ์ และลูกปัด อะกาโรส

โปรตีน A มักถูกตรึงไว้บนตัวรองรับของแข็งและใช้เป็นวิธีการที่เชื่อถือได้ในการทำให้ IgG ทั้งหมดบริสุทธิ์จากส่วนผสมโปรตีนดิบ เช่นเซรั่มหรือ ของเหลว ในช่องท้องหรือจับคู่กับตัวบ่งชี้ข้างต้นเพื่อตรวจจับการมีอยู่ของแอนติบอดี ตัวอย่างแรกของการจับคู่โปรตีน A กับลูกปัดที่มีรูพรุนสำหรับการทำให้ IgG บริสุทธิ์ได้รับการตีพิมพ์ในปี 1972 ^{[ 19 ]} การศึกษา การตกตะกอนด้วยภูมิคุ้มกันโดยใช้โปรตีน A ที่เชื่อมต่อกับลูกปัดยังใช้กันทั่วไปในการทำให้โปรตีนหรือสารประกอบโปรตีนบริสุทธิ์ทางอ้อมผ่านแอนติบอดีต่อโปรตีนหรือสารประกอบโปรตีนที่สนใจ

การอ้างอิงครั้งแรกในวรรณกรรมเกี่ยวกับเรซินโครมาโทกราฟีโปรตีนเอที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ปรากฏขึ้นในปี 1976 ^{[ 20 ]}ปัจจุบัน การแยกโครมาโทกราฟีโดยใช้โปรตีนเอที่ตรึงอยู่บนพื้นผิวที่มีรูพรุนเป็นวิธีการที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางที่สุดสำหรับการทำให้บริสุทธิ์ของโมโนโคลนอลแอนติบอดี (mAbs) จากสารละลายเพาะเลี้ยงเซลล์ที่เก็บเกี่ยว^{[ 21 ]}การเลือกใช้โปรตีนเอเป็นวิธีการที่ต้องการนั้นเนื่องมาจากความบริสุทธิ์และผลผลิตสูงซึ่งสามารถทำได้ง่ายและเชื่อถือได้ สิ่งนี้เป็นพื้นฐานสำหรับ "แพลตฟอร์ม" การทำให้บริสุทธิ์ของแอนติบอดีทั่วไปซึ่งช่วยลดความซับซ้อนของการดำเนินงานการผลิตและลดเวลาและความพยายามที่จำเป็นในการพัฒนากระบวนการทำให้บริสุทธิ์^{[ 22 ]}กระบวนการทำให้บริสุทธิ์ของ mAb ทั่วไปแสดงอยู่ทางด้านขวา แม้ว่าโครมาโทกราฟีโปรตีนเอสำหรับการผลิตแอนติบอดีจะมีประวัติยาวนาน แต่กระบวนการนี้ก็ยังคงได้รับการปรับปรุงในปัจจุบัน โครมาโทกราฟีแบบต่อเนื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งโครมาโทกราฟีแบบไหลสวนทางเป็นระยะช่วยเพิ่มผลผลิตของขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์อย่างมหาศาล