אבידין

אבידין (Avidin) - משפחה של חלבונים מסוג גליקופרוטאינים, הנקשרים לביוטין בחוזקה. החלבון מהווה אחוז קטן מחלבון הביצה של זוחלים, עופות ודו-חיים וכן קיים בחיידקים וביצורים נוספים. הקישור הספציפי של האבידין לביוטין אפשר את השימוש באבידין ככלי במחקרים רבים, בשל הקישור החזק בין הביוטין לאבידין, שהוא אחד מהקישורים הלא קוולנטיים החזקים ביותר בטבע. החלבון פעיל בטווח רחב של טמפרטורות ו-pH. ב-1916 ויליאם ג'ורג' באטמן (William George Bateman) חקר את ההשפעה של ביצים לא מבושלות על בעלי חיים שונים. מחקר זה הוביל למסקנה שחלבון הביצה בביצי תרנגולות גורם לפגיעה בבעלי החיים השונים, אפקט שנודע בכינוי "egg white injury". מאוחר יותר, גילו שלאפרוחים שניזונו מחלבון ביצה בלבד חסר ביוטין זמין, על אף שהדיאטה שלהם כללה את הוויטמין, ובעקבות כך נבדקה ההשערה שאחד מרכיבי החלבון גורם לכך שהביוטין לא יהיה שמיש. החוקרים מאוניברסיטת טקסס בארצות הברית, אסמונד אמרסון סנל (Esmond Emerson Snell), רוברט אאקין (Robert E.Eakin) ורוג'ר ויליאמס (Roger J.Williams), הוכיחו ב-1940 בניסוי מבחנה (in vitro) על שמרים את ההשערה. מאוחר יותר, בודדה קבוצה זו את החלבון לראשונה , והוכיחו יחד עם פאול גירג'י שהחלבון שבודד הוא הגורם לתופעה. לאחר בידודו של החלבון מחלבון ביצה של תרנגולת, נמצאו ובודדו סטרפטאבידינים (streptavidin) מכמה מינים של Stretomyces. מאוחר יותר, בודדו חלבוני אבידין מפרוקריוטיים ומאיקריוטיים (פטריות) אחרים. ב-1963 מצא נ.מ. גרין (Green), את קבוע הדיסוציאציה של החלבון. ב-1971 ריצפו את החלבון שמקורו בביצי תרנגולת, וב-1987 הפיקו את ה-cDNA של החלבון. בתחילת שנות ה-70, מאיר וילצ'ק ואדוארד באייר (Edward A.Bayer) ממכון ויצמן הניחו את היסודות לשיטת כרומטוגרפיית הזיקה, שיטת הפרדת חומרים המבוססת על קישור ספציפי של מולקולות ביולוגיות עם סובסטרטים. השיטה אפשרה לבודד חומרים במהירות מהירה בהרבה מהגישות שקדמו לשיטה, ובכך הביאה לפיתוח כלי מחקר, אשר משתמשים מחקרים רבים. בשיטה זו לעיתים קרובות משתמשים באבידין בשל זיקתו החזקה לביוטין. רוב החלבונים שהתגלו ממשפחה זו הם טטראמרים, חלבונים שלהם 4 תת-יחידות זהות, אולם קיימים במשפחת חלבונים זו גם דימרים. כל אחת מהיחידות הזהות בטטראמר ובדימר, יכולה לקשור מולקולת ביוטין אחת בזיקה גבוהה מאוד, עם קבוע דיסוציאציה שבסביבות ≈10−15. זיקה זו היא אחת הזיקות הלא קוולנטיות החזקות ביותר שקיימות בטבע. האבידין הוא גליקופרוטאין טעון, ומבנה כל אחת מהיחידות המרכיבות את האבידין הוא של חבית בטא (beta barrel), הבנויה משמונה משטחי בטא אנטי-מקבילים. האתר הפעיל של החלבון נמצא באזור הנקבובית של חבית הבטא. החלבון שמקורו בביצי תרנגולות מונה 128 חומצות אמינו, ו-10% ממשקלו מורכב מסוכר, עובדה שהופכת את החלבון למסיס מאוד. לחלבון זה נקודה איזואלקטרית הנמצאת בין pH 10–10.5. הסטרפטאבידין גם הוא טטראמר, אולם לא מקושרים אליו שיירי סוכר, ולכן מסיס פחות. הנקודה האיזואלקטרית שלו היא ב-pH ‏5. למרות הדמיון הרב בין מבנה החלבון שמקורו בביצי תרנגולת למבנה הסטרפטאבידין (streptavidin), שמקורו בחיידק Streptomyces avidinii, רק כ-30% מרצפיהם זהה ו-40% מרצפיהם דומה מבחינה כימית, ולכן ההשערה הרווחת היא שמקורם בהתפתחות אבולוציונית שונה. הקישור הספציפי של האבידין לביוטין אפשר את השימוש באבידין ככלי במחקרים רבים. הזיקה החזקה בין אבידין לביוטין מנוצלת בשיטות ביוכימיות רבות, ובהן תספיג חלבון ו-ELISA. בשיטות אלה מצמידים לנוגדן ביוטין, אליו נקשר אבידין. קישור האבידין לביוטין גורם לצביעה, ובכך מסמן את האנטיגן. שיטה זו מחליפה לעיתים שיטות של סימון רדיואקטיבי. האבידין משמש גם למחקר של חלבונים בהם הביוטין משמש כקואנזים. כמו כן, שימוש באבידין מאפשר בידוד של חלבונים וחומצות גרעין מהסביבה באמצעות סימונם באמצעות ביוטין. עבודות נוספות מראות את השימוש האפשרי לזיהוי יעילות של תרופות לסרטן. חלבון האבידין שמקורו בביצת תרנגולים הוא חלבון טעון, ולכן נקשר באופן פחות ספציפי לסובסטרט בחלק מהיישומים בהם יש סובסטרטים טעונים. בעקבות השימוש הנרחב והצורך שעלה לחלבון עם זיקה דומה לביוטין, אך לא טעון וזול להפקה, הונדס חלבון נויטראבידין (Neutravidin), שהוא נגזרת של אבידין. חלבון זה לא טעון ובד-בבד לא יקר להפקה, בניגוד לסטרפטאבידין. החלבון החדש הוא אבידין לא מסוכר, עם שינויים בכמה ארגינינים, ולו נקודה איזואלקטרית הקרובה יותר ל-pH הקיים בגופם של בעלי חיים. החלבון משמש לשימושים דומים לשימושים שאוזכרו קודם לכן, אולם יכול לשמש גם אם יש במצע חומרים טעונים. בנוסף, עלה צורך במיצוי חלבונים שסומנו על ידי ביוטין. היות שהקשר של האבידין והביוטין הוא כה חזק, עד שבפועל הוא בלתי הפיך, הונדס לצורך זה חלבון באמצעות ניטרציה או יוניזציה באתר הקישור של טירוזין. החלבון המהונדס קושר בצורה חזקה ביוטין ב-pH ‏4, ומשחררו ב-pH גבוה מ-10, וכך ניתן למצות את החלבונים באופן ספציפי. ביוטין מאמר על אבידין במכון ויצמן למדע (באנגלית) מאמר על החלבון ב-worthington (באנגלית) מידע על אבידין באתר Thermo-scientific (באנגלית) מידע על הקישור בין החלבון לביוטין באתר Thermo-scientific (באנגלית) מאמרו מ-The journal of biological chemistry (באנגלית) http://www.sciencemag.org/content/92/2384/224 (באנגלית) http://www.sciencemag.org/content/93/2420/477 (באנגלית) http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01858a052 (באנגלית) http://www.jbc.org/content/136/3/801 (באנגלית) http://www.sciencemag.org/content/92/2384/224 (באנגלית) http://www.worthington-biochem.com/av/default.html (באנגלית) מאמרים שפורסמו על החלבון באתר Uniprot (באנגלית) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1202468/pdf/biochemj00784-0208.pdf (באנגלית) הדימר הראשון שהתגלה במשפחת החלבונים (ncbi) (באנגלית) http://www.sigmaaldrich.com/etc/medialib/docs/Sigma/Product_Information_Sheet/a9275pis.Par.0001.File.tmp/a9275pis.pdf (באנגלית) דר. משה נחמני, ‏שיטה חדשנית לבדיקת יעילותן של תרופות נוגדות סרטן, באתר "הידען", 24 באפריל 2011 מאמר מכתב העת "Biochemical Journal" (באנגלית)