可变结构域,Fc区,IgG1格式对单抗黏度的作用
可变区(尤其是CDR区)在omalizumab单抗的高粘度中发挥重要作用,在等效质量浓度下,omalizumab单抗相应的F(ab’)2的黏度降低了9.1倍,这表明Fc区域对该抗体的高粘度有显著贡献。相比之下,仅Fc片段的粘度非常低。这些结果表面Fab-Fc可能是omalizumab高粘度的重要促成因素。trastuzumab单抗的黏度明显依赖于完整的IgG1格式。
Fc变异对单抗黏度的影响
研究了一些常用的Fc变体对omalizumab和trastuzumab高浓度黏度的影响,omalizumab中发现YTE(血清半衰期延长),NG(糖基化),LPLIL(效应功能增强)这3种Fc变异体分别使亲本抗体的黏度降低了10.7倍、2.2倍和1.6倍。
与omalizumab相比,Fc变异均未显著降低trastuzumab本已较低的黏度,相反一些Fc变异体增加了trastuzumab的黏度,表明临床阶段抗体中常用的Fc修饰有时可导致不必要的自结合。
Fc变体突变的空间定位与显著的粘度效应
研究人员发现了识别Fc中与自关联相关的拓扑区域,对于omalizumab,降低黏度的变体NG和LPLIL在上部CH2结构域具有溶剂可及的表面残基,以及在CH2和CH3结构域具有面向糖的残基。omalizumab最显著的降低黏度变异型YTE位于CH2/CH3肘部区域。该区域还包含LS突变的位置,LS突变是唯一发现粘度显著升高的omalizumab单抗Fc变异体。omalizumab中影响粘度的突变的空间取向与trastuzumab明显不同。已鉴定的所有显著增加trastuzumab粘度的变体都涉及替换位于上部CH2结构域的残基。
Omalizumab单抗的高黏度因个体YTE突变而得到缓解
通过评估YTE三重突变中所有可能的单一成分突变(M252Y、S254T和T256E)和双重成分突变(M252Y:S254T、M252Y:T256E和S254T:T256E),进一步研究了从YTE三重突变(176 cP到16.4 cP)中奥马珠单抗的黏度大幅降低。通过单个S254T(降低6.1倍)或T256E(降低5.8倍)突变,可以部分重现YTE三重突变导致的Omalizumab黏度大幅降低(10.7倍)。
溶液pH、静电和疏水性影响抗体的粘度
Omalizumab具有强pH依赖性,它的粘度在pH6.0时达到最大值,而在更酸性或更碱性的条件下粘度降低,这表明组氨酸的离子化状态可能对粘度有贡献。
亲本和YTE Fc区的分子动力学分析
M252Y单突变体显示SAP评分大幅增加,相应的双突变体(M252Y:S254T和M252Y:T256E)和三突变体(YTE)的SAP评分增加较小,这一观察结果与在M252Y中观察到的显著粘度增加一致,表明酪氨酸在增强Fc区域的芳香性或疏水性方面发挥关键作用。点突变周围的静电表面APBS评分受到谷氨酸残基存在与否的显著影响。与亲本和其他变体(在Fc环上保持正静电电位)相比,单(T256E)、双(M252Y:T256E和S254T:T256E)和三(YTE)突变体均在指定环内表现出向负静电电位的转变。
Fc的不稳定可能有助于降低抗体的粘度
分析每个变体的Fc区相对于不同MD框架的初始亲本晶体结构的均方根偏差(RMSD),了解Fc点突变如何影响Fc区的结构和构象稳定性。发现亲本Fc相对于晶体结构的环RMSD最低,YTE三重突变体表现出最显著的构象变化和不稳定性,其次是M252Y:T256E双突变体。其他突变体,无论是谷氨酸还是酪氨酸取代,也显示出与亲本Fc相比在相应环内更高的RMSD不稳定性。S254T变体也显示出与亲本Fc相比增强的不稳定性,尽管它低于其他变体。Fc的不稳定可能会通过增加Fab-Fc相互作用的熵成本来破坏分子间相互作用。
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