我院陶生策團隊聯(lián)合發(fā)表抗體親和力體內(nèi)定向進化系統(tǒng)“EASINESS”
?????? 上海交通大學系統(tǒng)生物醫(yī)學研究院陶生策團隊，開發(fā)了一種基于大腸桿菌的抗體親和力體內(nèi)定向進化系統(tǒng)“EASINESS”，可以在一周內(nèi)將目標抗體親和力提升1-2個數(shù)量級，且無需復雜的機械裝置與人工操作。該研究基于一種易錯DNA聚合酶I選擇性地突變ColE1質(zhì)粒實現(xiàn)體內(nèi)抗體突變庫的構(gòu)建，以及來自mDHFR分裂片段的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用選擇系統(tǒng)實現(xiàn)對突變庫的篩選。本研究于2021年12月3日在Frontiers in Immunology雜志上在線發(fā)表。
圖一. 原理圖
?????? 自1986年第一個治療性抗體進入臨床以來，治療性抗體領(lǐng)域的發(fā)展極為迅速，到目前為止，F(xiàn)DA共批準了近百個治療性抗體藥物，治療性抗體已成為現(xiàn)代生物醫(yī)藥的重要組成部分。在抗體的應(yīng)用過程中，親和力是評估治療性抗體生物活性和臨床功效的最關(guān)鍵參數(shù)之一，高親和力抗體可以減少抗體用量，減少副作用，并同時降低成本。
?????? 抗體親和力成熟（antibody affinity maturation）是提高抗體親和力、活性、抗原結(jié)合能力的過程。自然過程中的抗體親和力成熟是在B細胞中，通過免疫球蛋白基因體細胞超頻突變，經(jīng)抗原多次重復刺激和選擇而實現(xiàn)的。高親和力抗體在應(yīng)對首次感染，以及感染后的治療過程中有較大的應(yīng)用價值。目前主要有兩大抗體親和力成熟策略：模擬體細胞高頻突變和基于抗體庫的突變加篩選。前者需要對宿主細胞進行較為復雜的設(shè)計，操作難度較高。后者需要在體外構(gòu)建龐大的突變抗體庫，有較多人工操作，不能連續(xù)進行，耗時較長，且費用高。針對抗體親和力成熟的重大需求，本研究建立一個利用原核生物輔助將突變篩選一體化，實現(xiàn)了抗體親和力成熟的連續(xù)定向進化。
?????? 本研究以上海交通大學藥學院李大偉教授課題組開發(fā)的針對人前梯度蛋白2（AGR2）的人源化抗體18A4Hu（Guo H, et al. Biochemical & Biophysical Research Communications, 2016:57-63.）為例，應(yīng)用“EASINESS”平臺快速進行了親和力成熟，得到親和力提升10倍的突變體。將突變抗體用于腫瘤轉(zhuǎn)移小鼠模型測試表明與野生型抗體相比，突變抗體可以更好地抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。
圖二. 突變抗體可有效抑制腫瘤遷移
?????? 在抗體的制備過程中，抗體親和力的提高非常必要，而且很具有挑戰(zhàn)性，特別是對于治療性抗體。在本研究中，文章作者開發(fā)了用于加速抗體親和力成熟的EASINESS方法，采用該方法可極大降低抗體親和力成熟的技術(shù)門檻。在經(jīng)進一步優(yōu)化后，該技術(shù)有希望實現(xiàn)大規(guī)模實際應(yīng)用。
?????? 本項研究的共同第一作者為上海交通大學張海南博士，薛俊彪博士生，王澤玲碩士，通訊作者為上海交通大學系統(tǒng)生物醫(yī)學研究院陶生策研究員、上海交通大學藥學院李大偉教授。
原文鏈接：https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.747267
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英文摘要：Antibodiesare one of the most important groups of biomolecules for both clinical andbasic research and have been developed as potential therapeutics. Affinity isthe key feature for biological activity and clinical efficacy of an antibody,especially of therapeutic antibodies, and thus antibody affinity improvement isindispensable and still remains challenging. To address this issue, wedeveloped the?E. coli?Assisted?SpeedaffINity-maturation?Evolution?SyStem(EASINESS) for continuous directed evolution of Ag–Ab interactions. Two keycomponents of EASINESS include a mutation system modified from error-prone DNApolymerase I (Pol I) that selectively mutates ColE1 plasmids in?E. coli?anda protein–protein interaction selection system from mDHFR split fragments. Wedesigned a GCN4 variant which barely forms a homodimer, and during a singleround of evolution, we reversed the homodimer formation activity from the GCN4variant to verify the feasibility of EASINESS. We then selected a potentialtherapeutic antibody 18A4Hu and improved the affinity of the antibody (18A4Hu)to its target (ARG2) 12-fold in 7 days while requiring very limited hands-ontime. Remarkably, these variants of 18A4Hu revealed a significant improvedability to inhibit melanoma pulmonary metastasis in a mouse model. Theseresults indicate EASINESS could be as an attractive choice for antibodyaffinity maturation.
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稿件來源：陶生策課題組
圖文編輯：王華瑤
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