Structure-based approaches to the delineation of immunogens for vaccine development have a throughput requirement that is difficult to meet in practice with conventional methods of structure determination. Here we present a strategy for rapid and accurate structure generation in support of antigen engineering programs. The approach is developed around the modeling of interactions between host transferrin (Tf) and the bacterial vaccine target transferrin binding protein B (TbpB) from Gram-negative pathogens such as Neisseria meningitidis. Using an approach based solely on cross-linking mass spectrometry (XL-MS) data, monomeric structural models, and the Integrative Modeling Platform (IMP), we demonstrate that converged representations of the Tf:TbpB interactions can be returned that accurately reflect the binding interface and the relative orientation of the monomeric units, with the capacity to scale to the analysis of interactions from any number of additional strains. We show that a key element to accurate modeling involves the application of hetero-bifunctional cross-linkers incorporating fast-acting photoactivatable diazirines coupled with conventional amine-targeting N-hydroxysuccinimide esters, and we demonstrate that conventional homo-bifunctional reagents used in cross-linking kinetically trap dynamic states in the ensemble. Therefore, the application of both classes of cross-linker provides an opportunity to empirically detect protein dynamics during integrative structural modeling.

中文翻译：

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光交联质谱和集成建模能够快速筛选涉及细菌转铁蛋白受体的抗原相互作用。

用于疫苗开发的用于描述免疫原的基于结构的方法具有通量要求，这在实践中很难用常规的结构确定方法来满足。在这里，我们提出了一种快速，准确的结构生成策略，以支持抗原工程程序。该方法是围绕宿主转铁蛋白（Tf）与来自革兰氏阴性病原体（例如脑膜炎奈瑟氏球菌）的细菌疫苗靶标转铁蛋白结合蛋白B（TbpB）之间相互作用的建模而开发的。使用仅基于交联质谱（XL-MS）数据，单体结构模型和集成建模平台（IMP）的方法，我们证明了Tf的收敛表示：可以返回TbpB相互作用，该相互作用可准确反映单体单元的结合界面和相对方向，并具有扩展规模以分析来自任何数量其他菌株的相互作用的能力。我们表明，精确建模的关键要素包括杂合双功能交联剂的应用，该杂合双功能交联剂结合了速效可光活化的二嗪与常规的靶向胺的N-羟基琥珀酰亚胺酯，并且证明了在交联中使用的常规均双功能试剂动力学将动态状态捕获在合奏中。因此，两类交联剂的应用为在整合结构建模过程中凭经验检测蛋白质动力学提供了机会。具有扩展能力以分析来自任何数量的其他菌株的相互作用。我们表明，精确建模的关键要素包括杂合双功能交联剂的应用，该杂合双功能交联剂结合了速效可光活化的二嗪与常规的靶向胺的N-羟基琥珀酰亚胺酯，并且证明了在交联中使用的常规均双功能试剂动力学将动态状态捕获在合奏中。因此，两类交联剂的应用为在整合结构建模过程中凭经验检测蛋白质动力学提供了机会。具有扩展能力以分析来自任何数量的其他菌株的相互作用。我们表明，精确建模的关键要素包括杂合双功能交联剂的应用，该杂合双功能交联剂结合了速效可光活化的二嗪与常规的靶向胺的N-羟基琥珀酰亚胺酯，并且证明了在交联中使用的常规均双功能试剂动力学将动态状态捕获在合奏中。因此，两类交联剂的应用为在整合结构建模过程中凭经验检测蛋白质动力学提供了机会。我们表明，精确建模的关键要素包括杂合双功能交联剂的应用，该杂合双功能交联剂结合了速效可光活化的二嗪与常规的靶向胺的N-羟基琥珀酰亚胺酯，并且证明了在交联中使用的常规均双功能试剂动力学将动态状态捕获在合奏中。因此，两类交联剂的应用为在整合结构建模过程中凭经验检测蛋白质动力学提供了机会。我们表明，精确建模的关键要素包括杂合双功能交联剂的应用，该杂合双功能交联剂结合了速效可光活化的二嗪与常规的靶向胺的N-羟基琥珀酰亚胺酯，并且证明了在交联中使用的常规均双功能试剂动力学将动态状态捕获在合奏中。因此，两类交联剂的应用为在整合结构建模过程中凭经验检测蛋白质动力学提供了机会。