이등단성항체

Bispecific monoclonal antibody

이등변성단백질항체(BsMAb, BsAb)는 같은 항원에 서로 다른 두 종류의 항원이나 두 개의 다른 상피에 동시에 결합할 수 있는 인공 단백질이다.[1]자연적으로 발생하는 항체는 일반적으로 하나의 항원만을 대상으로 한다.개발 즉시 BsAb는 몇 가지 구조 형식으로 제조될 수 있다.BsAbs는 서로 다른 작용 메커니즘을 통해 면역세포를 모집하고 활성화하며, 수용체 신호와 신호 리간드를 방해하고, 단백질 복합체의 결속을 강제하도록 설계할 수 있다.[2]BsAbs는 일반 단층 항체에 비해 장점이 있는 반면 BsAbs는 문제점과 단점이 있다.현재 BsAbs의 주요 적용 분야는 암 면역치료와 약물전달에 대해 탐구해 왔으며, BsAbs는 알제이머병 등 다른 질병 치료에도 적용할 수 있다.[1][3]

개발이력

BsAbs의 원래 개념은 Nisonoff와 그의 협력자들에 의해 1960년대에 제안되었는데, 항체 구조에 대한 최초의 아이디어와 다른 발견들을 포함한다.[4][5] 1975년, 순수 항체 생산 문제는 복합종마 기술의 창조에 의해 해결되었고, 단핵항체(MoAbs)의 새로운 시대가 도래하였다.[6] 1983년 밀스타인과 쿠엘로는 하이브리드 하이브리드 하이브리드종(quadroma) 기술을 개발했다.[7] 1988년, 리폴딩 문제를 최소화하기 위해 휴스턴 팀에 의해 싱글 체인 변수 파편(scFv)이 발명되었는데, 여기에는 잘못된 도메인 페어링이나 2체인 종의 집적이 포함되어 있다.[8] 1996년 BsAbs는 노브인투홀 기술이 등장하면서 더욱 발전하게 되었다.[1][9]

구조유형 및 제조방법

이등항체 3종류, 화학적으로 연계된 Fab, 2종류 T세포엔지니어(하단열) 등 3종류다.파란색과 노란색 부분은 분리된 단일 클론 항체와 부품을 구별한다.

BsAb의 형식은 여러 가지가 있지만, 두 가지 주요 범주는 IgG와 비IgG와 같다.[3]제조방법의 주요 유형은 사분법, 화학적 결합법, 유전적 재조합법이며, 각각의 방법은 고유한 형식으로 나타난다.[3][10]

IgG급

이 형식은 두 개의 Fab 사이트가 서로 다른 항원을 결합하는 것을 제외하고 두 개의 Fab 암과 한 개의 Fc 지역이라는 전통적인 단핵항체(mAb) 구조를 유지한다.가장 흔한 종류는 항체에 두 개의 팹 지역과 fc 지역이라는 세 개의 고유한 결합 부위가 있기 때문에 3기능항체라고 불린다.각각의 무겁고 가벼운 체인 쌍은 독특한 mAb에서 나온 것이다.두 개의 헤비 체인으로 만들어진 fc 지역은 세 번째 바인딩 사이트를 형성한다.이러한 BsAbs는 종종 쿼드로마 또는 하이브리드 하이브리드 혼종 방법으로 제조된다.[11][12][13]

DVD-Ig Knob in Hole
IgG와 유사한 bsMabs 제조를 위한 "노브 투 홀(knobs into hole)" 접근방식은 왼쪽에, DVD-Ig 포맷을 그린 도표는 오른쪽에 있다.빨간 점은 무거운 체인에 돌연변이를 일으킬 수 있는 장소를 나타낸다.파란색과 노란색은 분리된 단일 클론 항체에 해당한다.

그러나 쿼드로마 방법은 사용 가능한 BsAb를 형성하기 위해 무작위 찬스에 의존하며, 비효율적일 수 있다.IgG와 같은 BsAb를 제조하는 또 다른 방법은 "구멍으로 노브"라고 불리며, 하나의 mAb에서 무거운 사슬에 있는 큰 아미노산에 대한 돌연변이와 다른 mAb의 헤비사슬에 있는 작은 아미노산에 대한 돌연변이를 도입하는 것에 의존한다.이를 통해 타깃 헤비 체인(및 그에 상응하는 라이트 체인)이 서로 더 잘 맞도록 할 수 있으며, BsAbs의 생산도 더욱 신뢰할 수 있게 한다.[3][10]

비 IgG 유사

다른 BsAbs도 있는데, Fc 지역이 전체적으로 부족하여 상대적으로 단순한 설계 전략으로 이어진다.[1] 여기에는 팹 지역만으로 구성된 화학적으로 연계된 팹과 다양한 형태의 이발적·삼발적 단일 체인 변수 조각(ScFvs)이 포함된다.두 항체의 가변영역을 모방한 융합단백질도 있다.이러한 새로운 포맷에서 가장 멀리 개발된 것은 두 개의 ScFvs-one CD3 항체 ScFv와 하나의 종양 관련 AnnTigen(TAA) 또는 종양 특정 ScFv-를 연결하기 위해 GS4 링커를 사용하여 T세포를 표적 살해를 위한 암세포로 리디렉션하는 바이-특정 T세포 Engger(BiTEs)이다.[14][15][16]그 밖의 플랫폼으로는 사차 대타렐 구조(TandAbs)와 VH 전용(Bi-Nanobody)이 있다.탠다브 플랫폼은 2개의 항원에 대해 각각 2개의 결합 부위가 포함된 4가 항체 분자에 의해 형성된다.[17]이 플랫폼에서 두 개의 펩타이드 체인의 역 페어링은 호모디머 분자를 형성한다.예를 들어 AFM은11 TandAbs 플랫폼을 기반으로 하며 CD3와 CD19를 모두 대상으로 하여 치료 효과를 얻는다.AFM은11 체내 라지 종양의 용량 의존적 억제를 보였다.[18] Bi-Nanobody 플랫폼은 두 개 이상의 항체 분자의 VH 영역 사이의 연결을 통해 다중 특정 결합을 형성한다.이 플랫폼을 기반으로 설계된 제품들은 작은 분자들로, 이 작은 분자들은 체내 안정성이 높고 조직 침투성이 더 좋다.[19]비IgG형 BsAbs는 분자량이 적고 따라서 종양조직 투과성이 높지만 이들의 반감기는 비교적 짧고 여러 가지 선량이 필요하다.[1]

작용기전

BsAb의 작용 메커니즘, Catumaxomab에 의해 예시되며, 최초의 승인된 이등 기능 항체를 나타낸다.

면역세포의 모집 및 활성화

BsAB를 표적 항원에 묶는 것은 다양한 효과로 이어질 수 있다.이 접근방법의 가장 널리 사용되는 적용은 암 면역 요법인데, 여기서 BsAbs는 세포독성 세포와 파괴될 표적(종양 세포)을 동시에 결합하도록 설계된다.BsAbs가 T세포/암세포 상호작용에 미치는 브리징 효과를 라벨 없는 실시간 세포 영상을 통해 관찰할 수 있다.치료용으로 승인된 최초의 3기능항체 중 하나인 Catumaxomab은 세포독성 T세포에 CD3를 결합하고 인간 아데노카르시노마에 EpCAM을 결합한다.[11][12]fc 지역은 대식세포, 자연 킬러세포 또는 덴드리트세포와 같이 fc 수용체를 표현하는 세포에 추가로 결합한다.Fc 부위가 아직 온전하기 때문에 BsAb가 항체 의존 세포 매개 세포독성 또는 보완 의존 세포독성 등 Fc 수용체에 의해 인식되었을 때 공통적인 면역 반응을 유발할 수 있다.[13][15]

암세포가 세포독성 T세포들을 죽이는 예.라벨이 없는 실시간 세포 이미지 현미경으로 이미징.

수신부 신호 간섭 및 불활성 신호 리간드

종양 세포의 성장은 Her 계열의 구성원이나 인슐린 유사 성장 인자(IGF)를 포함한 수용체 티로신 키나아제(RTKs)에 의해 시뮬레이션되거나 변조될 수 있다.따라서 RTK는 암 치료에서 선호되는 대상이다.이미 시장에 출시된 RTK 타겟팅Iggs는 세턱시맙(ErbituxTM)과 패니투무맵(VectibixTM) 등 모두 HER1에 맞서는 단품 RTK 타겟팅Igs이다.그러나 암세포는 하나의 신호 경로를 차단하여 발생하는 성장 억제에서 벗어나기 위해 다른 경로로 전환할 수 있다.치료 효능을 향상시키기 위해, RTK 또는 그들의 리간드를 비활성화하기 위해 BsAb의 중재를 통해 달성된 둘 이상의 RTK 신호 경로를 동시에 간섭/차단하는 것은 종양 세포에 의해 채택된 탈출 메커니즘의 가능성을 감소시킨다.[20][21]

또, 이볼라바이러스 백신과 협력하는 데 있어서, DVD-Ig 항체가 엔도솜으로부터의 바이러스 유출을 막는 데 이용될 수 있다는 연구 결과가 나왔다.Ebolavirus는 수용체 매개 내세포 분열에 의해 세포를 감염시킨다.연구원들은 외부 변수 지역이 바이러스 코트의 표면 당단백질에 결합되어 바이러스와 함께 세포에 들어가는 DVD-Igs를 개발했다.이러한 외부 영역은 바이러스 내장에서 갈라져, 내분에서 바이러스와 내분 수용체 둘 다에 결합하는 내적 가변 영역을 드러낸다.바이러스와 내단백질의 상호작용을 차단하면 내분자로부터의 바이러스 탈출과 추가 감염을 막을 수 있다.[22]

단백질 복합체의 강제 연관성

일례로 RG6013(추가이)은 H체인 이질화 모티브가 포함된 IgG 파생상품으로, L체인 오식화 문제를 방지하기 위해 공통의 라이트체인 접근방식과 결합했다.[23][24]RG6013은 두 개의 단백질 항원을 하나의 콤플렉스로 결합시킨다.응고 폭포에서 인자 IXa와 인자 X는 RG6013에 의해 구속되는 인지 항원이다.이 두 가지 요인은 건강한 개인에서 응고 인자 VIIIa에 의해 합쳐지는 반면, 출혈성 혈우병 A 환자는 VIII를 가지고 있지 않다. 현재 이 질환의 치료는 출혈 합병증을 줄이기 위해 FVIII 환자들을 보충하는 것이다.그러나 FVIII는 이 단백질의 부재로 인해 이 환자들에게 외래 단백질로 인식될 수 있으며, 따라서 이 단백질에 대한 면역 반응이 생성될 것이다.게다가 FVIII는 반감기가 짧기 때문에(15시간 미만) 빨리 정리된다.그러나 인간화된 BsAb는 FVIII에 비해 면역유전성이 낮고 혈청 반감기가 길어 혈우병 치료에 더 좋은 효과가 있다.[25]

치료 BSAB의 메커니즘.작용기전은 면역세포의 모집과 활성화, 수용체 신호와 신호 리간드 불활성화, 단백질 복합체의 강제연결을 포함한다.[25]

일반 단클론 항체 대비 장점

일반 단핵항체를 가진 암 면역요법은 이미 팹 부위가 종양세포 결합에 사용되고 있고, 이런 종류의 세포에는 Fc 수용체가 없기 때문에 T-림프세포가 활성화되지 않는다.[26]이등항체 역시 세포독성 가능성이 높아 상대적으로 약하게 발현되는 항원에 결합한다.[27]유효선량은 0.01mg·m−2·d−1(평방미터 몸 표면 면적당 밀리그램) 정도로 일반 항체보다 몇 배나 낮은 수준이다.[26]IgG가 아닌 BsAbs의 경우 크기가 작아 기존 항체가 사용할 수 없는 항원에 도달할 수 있다.[3]에볼라 백신의 경우 이 방법을 통해 항체가 기존 단핵항체 치료로는 일반적으로 접근할 수 없는 세포내 목표물을 대상으로 할 수 있다.[22]

또한 둘 이상의 분자를 대상으로 하는 것은 병렬 경로의 규제를 우회하고 치료에 대한 저항을 피하는데 유용할 수 있다.대부분의 조건이 몸 전체에 복잡한 다면적인 효과를 가지고 있기 때문에, 경로에 여러 대상을 묶거나 차단하는 것은 질병을 멈추게 하는 데 도움이 될 수 있다.[28]결합 치료와 함께, BsAbs는 특정 종류의 암을 치료하는데 점점 더 많이 사용되고 있는데, 시간이 지남에 따라 일부 종양은 체크포인트 억제제 및/또는 공동 자극 분자에 대한 저항성을 발달시킨다.[29]

문제 및 현재 단점

IgG와 같은 항체는 면역 유발이 될 수 있는데, 이는 Fc 지역이 Fc 수용체에 의해 활성화되는 세포에 의해 야기되는 하류 면역 반응을 해칠 수 있다는 것을 의미한다.[3]전체적으로 BsAbs의 치료적 사용은 여전히 크게 발전하고 있으며, 현재 치료를 위한 BsAbs의 효능과 안전성을 결정하는 많은 임상시험이 진행 중이다.[14]

적용들

이등항체는 진단과 치료에서 매우 다양한 용도를 가지고 있다.BsAbs는 HRPO와 결합할 수 있으며, 사전 타겟팅 전략에 사용할 수 있으며, 진단 시 조기 감지를 위한 더 나은 영상 제공에 사용할 수 있다.암을 치료하기 위해 BsAbs는 면역세포를 정밀하게 표적화하고, 면역세포를 도와 반응시키고, 면역세포의 운명과 기능을 미세 조정하고, 면역세포의 내성을 향상시키며, 면역항진으로의 복귀를 촉진할 수 있다.BsAbs는 혈우병 A, 당뇨병, 알자이머병, 안과병 등 다른 질병에도 적용할 수 있다.[1]

시판 중인 BSAB

3개의 이등항체가 현재 임상적으로 사용되고 있다.CD19와 CD3를 대상으로 하는 블리나타모맙은 필라델피아 염색체 음성 B세포 급성 림프성 백혈병(ALL) 치료에 쓰인다.혈우병 A 치료에는 응고 인자 IXa와 X를 표적으로 하는 에미시즈맵이 사용된다.[30]카투맥소맵은 상업적 이유로 2017년 유럽 시장에서 철수했다.[31]표피성장인자(EGF)와 MET 수용체를 대상으로 하는 아미반타맙은 표피성장인자 수용체(EGFR)가 20개 삽입 돌연변이를 동반한 국소적으로 발달하거나 전이성 비소세포폐암(NSCLC)이 있는 성인환자를 대상으로 한다.[32]

참조

Public Domain이 글에는 미국 국립 암 연구소(National Cancer Institute) 문서의 공용 도메인 자료가 포함되어 있다."Dictionary of Cancer Terms".

  1. ^ a b c d e f Ma J, Mo Y, Tang M, Shen J, Qi Y, Zhao W, et al. (2021). "Bispecific Antibodies: From Research to Clinical Application". Frontiers in Immunology. 12: 626616. doi:10.3389/fimmu.2021.626616. PMC 8131538. PMID 34025638.
  2. ^ Kontermann RE, Brinkmann U (July 2015). "Bispecific antibodies". Drug Discovery Today. 20 (7): 838–847. doi:10.1016/j.drudis.2015.02.008. PMID 25728220.
  3. ^ a b c d e f Fan G, Wang Z, Hao M, Li J (December 2015). "Bispecific antibodies and their applications". Journal of Hematology & Oncology. 8: 130. doi:10.1186/s13045-015-0227-0. PMC 4687327. PMID 26692321.
  4. ^ Nisonoff A, Wissler FC, Lipman LN (December 1960). "Properties of the major component of a peptic digest of rabbit antibody". Science. 132 (3441): 1770–1771. Bibcode:1960Sci...132.1770N. doi:10.1126/science.132.3441.1770. PMID 13729245. S2CID 19267292.
  5. ^ Nisonoff A, Rivers MM (May 1961). "Recombination of a mixture of univalent antibody fragments of different specificity". Archives of Biochemistry and Biophysics. 93 (2): 460–462. doi:10.1016/0003-9861(61)90296-x. PMID 13729244.
  6. ^ Köhler G, Milstein C (August 1975). "Continuous cultures of fused cells secreting antibody of predefined specificity". Nature. 256 (5517): 495–497. Bibcode:1975Natur.256..495K. doi:10.1038/256495a0. PMID 1172191. S2CID 4161444.
  7. ^ Milstein C, Cuello AC (October 1983). "Hybrid hybridomas and their use in immunohistochemistry". Nature. 305 (5934): 537–540. Bibcode:1983Natur.305..537M. doi:10.1038/305537a0. PMID 6137772. S2CID 4264730.
  8. ^ Huston JS, Levinson D, Mudgett-Hunter M, Tai MS, Novotný J, Margolies MN, et al. (August 1988). "Protein engineering of antibody binding sites: recovery of specific activity in an anti-digoxin single-chain Fv analogue produced in Escherichia coli". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 85 (16): 5879–5883. Bibcode:1988PNAS...85.5879H. doi:10.1073/pnas.85.16.5879. PMC 281868. PMID 3045807.
  9. ^ Merchant AM, Zhu Z, Yuan JQ, Goddard A, Adams CW, Presta LG, Carter P (July 1998). "An efficient route to human bispecific IgG". Nature Biotechnology. 16 (7): 677–681. doi:10.1038/nbt0798-677. PMID 9661204. S2CID 41622760.
  10. ^ a b Liu H, Saxena A, Sidhu SS, Wu D (2017-01-01). "Fc Engineering for Developing Therapeutic Bispecific Antibodies and Novel Scaffolds". Frontiers in Immunology. 8: 38. doi:10.3389/fimmu.2017.00038. PMC 5266686. PMID 28184223.
  11. ^ a b Müller D, Kontermann RE (April 2010). "Bispecific antibodies for cancer immunotherapy: Current perspectives". BioDrugs. 24 (2): 89–98. doi:10.2165/11530960-000000000-00000. PMID 20199124. S2CID 27797190.
  12. ^ a b Chames P, Baty D (2009). "Bispecific antibodies for cancer therapy: the light at the end of the tunnel?". mAbs. 1 (6): 539–547. doi:10.4161/mabs.1.6.10015. PMC 2791310. PMID 20073127.
  13. ^ a b Lindhofer H, Mocikat R, Steipe B, Thierfelder S (July 1995). "Preferential species-restricted heavy/light chain pairing in rat/mouse quadromas. Implications for a single-step purification of bispecific antibodies". Journal of Immunology. 155 (1): 219–225. PMID 7602098.
  14. ^ a b Yang F, Wen W, Qin W (December 2016). "Bispecific Antibodies as a Development Platform for New Concepts and Treatment Strategies". International Journal of Molecular Sciences. 18 (1): 48. doi:10.3390/ijms18010048. PMC 5297683. PMID 28036020.
  15. ^ a b Baeuerle PA, Reinhardt C (June 2009). "Bispecific T-cell engaging antibodies for cancer therapy". Cancer Research. 69 (12): 4941–4944. doi:10.1158/0008-5472.CAN-09-0547. PMID 19509221.
  16. ^ Wozniak-Knopp G, Bartl S, Bauer A, Mostageer M, Woisetschläger M, Antes B, et al. (April 2010). "Introducing antigen-binding sites in structural loops of immunoglobulin constant domains: Fc fragments with engineered HER2/neu-binding sites and antibody properties". Protein Engineering, Design & Selection. 23 (4): 289–297. doi:10.1093/protein/gzq005. PMID 20150180.
  17. ^ Kipriyanov SM, Moldenhauer G, Schuhmacher J, Cochlovius B, Von der Lieth CW, Matys ER, Little M (October 1999). "Bispecific tandem diabody for tumor therapy with improved antigen binding and pharmacokinetics". Journal of Molecular Biology. 293 (1): 41–56. doi:10.1006/jmbi.1999.3156. PMID 10512714.
  18. ^ Reusch U, Duell J, Ellwanger K, Herbrecht C, Knackmuss SH, Fucek I, et al. (2015-05-04). "A tetravalent bispecific TandAb (CD19/CD3), AFM11, efficiently recruits T cells for the potent lysis of CD19(+) tumor cells". mAbs. 7 (3): 584–604. doi:10.1080/19420862.2015.1029216. PMC 4622993. PMID 25875246.
  19. ^ Bannas P, Hambach J, Koch-Nolte F (2017). "Nanobodies and Nanobody-Based Human Heavy Chain Antibodies As Antitumor Therapeutics". Frontiers in Immunology. 8: 1603. doi:10.3389/fimmu.2017.01603. PMC 5702627. PMID 29213270.
  20. ^ Yarden Y, Sliwkowski MX (February 2001). "Untangling the ErbB signalling network". Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 2 (2): 127–137. doi:10.1038/35052073. PMID 11252954. S2CID 4235503.
  21. ^ Slamon DJ, Clark GM, Wong SG, Levin WJ, Ullrich A, McGuire WL (January 1987). "Human breast cancer: correlation of relapse and survival with amplification of the HER-2/neu oncogene". Science. 235 (4785): 177–182. Bibcode:1987Sci...235..177S. doi:10.1126/science.3798106. PMID 3798106.
  22. ^ a b Wec AZ, Nyakatura EK, Herbert AS, Howell KA, Holtsberg FW, Bakken RR, et al. (October 2016). "A "Trojan horse" bispecific-antibody strategy for broad protection against ebolaviruses". Science. 354 (6310): 350–354. Bibcode:2016Sci...354..350W. doi:10.1126/science.aag3267. PMC 5647781. PMID 27608667.
  23. ^ Kitazawa T, Igawa T, Sampei Z, Muto A, Kojima T, Soeda T, et al. (October 2012). "A bispecific antibody to factors IXa and X restores factor VIII hemostatic activity in a hemophilia A model". Nature Medicine. 18 (10): 1570–1574. doi:10.1038/nm.2942. PMID 23023498. S2CID 13125020.
  24. ^ Sampei Z, Igawa T, Soeda T, Okuyama-Nishida Y, Moriyama C, Wakabayashi T, et al. (2013-02-28). "Identification and multidimensional optimization of an asymmetric bispecific IgG antibody mimicking the function of factor VIII cofactor activity". PLOS ONE. 8 (2): e57479. Bibcode:2013PLoSO...857479S. doi:10.1371/journal.pone.0057479. PMC 3585358. PMID 23468998.
  25. ^ a b Kontermann RE, Brinkmann U (July 2015). "Bispecific antibodies". Drug Discovery Today. 20 (7): 838–847. doi:10.1016/j.drudis.2015.02.008. PMID 25728220.
  26. ^ a b Bargou R, Leo E, Zugmaier G, Klinger M, Goebeler M, Knop S, et al. (August 2008). "Tumor regression in cancer patients by very low doses of a T cell-engaging antibody". Science. 321 (5891): 974–977. Bibcode:2008Sci...321..974B. doi:10.1126/science.1158545. PMID 18703743. S2CID 22628198.
  27. ^ Weiner LM, Holmes M, Richeson A, Godwin A, Adams GP, Hsieh-Ma ST, et al. (September 1993). "Binding and cytotoxicity characteristics of the bispecific murine monoclonal antibody 2B1". Journal of Immunology. 151 (5): 2877–2886. PMID 8103070.
  28. ^ Varela MA (July 2015). "Identification of sequences common to more than one therapeutic target to treat complex diseases: simulating the high variance in sequence interactivity evolved to modulate robust phenotypes". BMC Genomics. 16: 530. doi:10.1186/s12864-015-1727-6. PMC 4506634. PMID 26187740.
  29. ^ Koustas E, Sarantis P, Papavassiliou AG, Karamouzis MV (April 2020). "The Resistance Mechanisms of Checkpoint Inhibitors in Solid Tumors". Biomolecules. 10 (5): 66–82. doi:10.3390/biom10050666. PMC 7277892. PMID 32344837.
  30. ^ Suurs FV, Lub-de Hooge MN, de Vries EG, de Groot DJ (September 2019). "A review of bispecific antibodies and antibody constructs in oncology and clinical challenges". Pharmacology & Therapeutics. 201: 103–119. doi:10.1016/j.pharmthera.2019.04.006. PMID 31028837.
  31. ^ "Removab: Withdrawal of the marketing authorisation in the European Union" (PDF). European Medicines Agency. 2017-07-10.
  32. ^ "Amivantamab OK'd for EGFR-Mutant NSCLC". Cancer Discovery. 11 (7): 1604.1–1604. July 2021. doi:10.1158/2159-8290.CD-NB2021-0351. PMID 34083225. S2CID 235334950.

외부 링크