抗体にリジンのシクロプロペン誘導体を組み込むことにより、抗体と薬物抱合体を生成する tetrazine ベアリング分子の部位特異的、迅速かつ効率的な連携。
臨床実習でこの頃は使用される抗体と薬物抱合 (Adc) は、さまざまな異なる位置で毒素にリンクされている抗体分子の混合物です。前臨床研究は、毒素のサイト固有の連携によるこれらの伝統的な Adc の治療指数を改善できることを示しています。しかし、均質な Adc を生成する現在のアプローチは低蛋白質の表現および低速反応の速度論など、いくつかの制限にあります。このプロトコルでは遺伝コードの拡張を使用して抗体のリジン (CypK) のシクロプロペン誘導体の組み込む式システムを設定する方法をについて説明します。この最小限の bioorthogonal ハンドルにより、逆需要 Diels-alder 付加環化反応による tetrazine の誘導体の迅速な活用ができます。ここで報告式のシステムには、安易な生産および重鎖の各 CypK を軸受トラスツズマブの浄化ができます。毒素モノメチル auristatin E 抗体にリンクおよび疎水性相互作用クロマトグラフィーと質量分析法・免疫を特徴付ける方法をについて説明します。最後に、我々 は活用から生じる dihydropyridazine リンケージのひと血清の安定性を評価するために、HER2 受容体の高レベルと乳癌細胞の ADC の選択的細胞毒性をテストするための試金をについて説明します。
抗体薬物複合体 (Adc) は、伸びて性と小細胞分子の効力を組み合わせます。ほとんど Adc ターゲット癌細胞1DNA や微小管の重合に影響を与える薬によって従来の化学療法の副作用を減らすことを目的します。食品医薬品局 (FDA) によって承認された第一世代の Adc は、リジン、システイン、低下の薬物動態的特性2で別の位置に変更された分子の混合物を生成する変更に依存します。対照的に、抗体薬のサイト固有の共役化合物改善治療指数3,4を生成できます。均質な Adc を生産の課題に対処しようとして、いくつかの選択的な化学および酵素の変更は報告1、5とされています。しかし、現在の方法ことができます抗体の特定の位置のみを対象、低蛋白質の表現に苦しむ、低安定性をリンカーに提供またはゆっくりと低収量の反応に依存します。
遺伝暗号の拡張による非正規のアミノ酸類 (ncAA) の取り込みにより、可能性を生成するために使用する他の方法の限界を克服する蛋白質に bioorthogonal 反応グループの茄多のサイト固有のインストールAdc。ターゲット (停止) コドンに応えて ncAAs をエンコーディング標準アミノ酸6を組み込む内因性のペアに直交するアミノアシル tRNA 合成酵素/tRNA ペアに依存しています。いくつかの ncAAs は Adc を生成する抗体に組み込まれています。しかし、最も治療薬活用に適した様々 な負債に苦しみます。p-acetylphenylalanine (pAcF)7,8はありません完全に bioorthogonal、p-azidophenylalanine (pAzF)7,9,10, などアザイドながら低 pH (4.5) と反応時間が長い (> 60 h) が必要です。p-azidomethylphenylalanine (pAMF)11、およびリジン (AzK)12,13のアジ化誘導体は、14細胞になることがあります、Huisgen 及び触媒に使用される銅は酸化的損傷を引き起こすことができます。15。
代替の ncAAs トランス cyclooctene (TCO) を基に、cyclooctyne (SCO)、ビシクロ [6.1.0] ノネン (BCN) 最近エンコードされている抗体のバイオ イメージング用、発現系に苦しんで非常に低い利回り (0.5 mg/L)16。さらに、cyclooctenes と cyclooctynes が大きい集計 -ADC ペイロードの ADC の感受性を高めることができる疎水性のハンドルが伝統的に疎水性とリンカーの物理化学的性質に大きく示されています。薬物動態と治療指数17に影響を与えます。対照的に、1, 3-disubstitued cyclopropenes、蛋白質の構造および physichochemical プロパティ18の最小変化を引き起こす必要があります小型の反応グループです。Cyclopropenes 選択的に急速反応電子オンデマンド逆 Diels-alder 付加環化19を介して tetrazines。このプロトコルではリジン (CypK、図 1 b) ベアリングが小さいメチル-シクロプロペン大きい緊張した不飽和サイクルより立体障害の影響を受ける、1 ~ 30 M-1のの順で反応速度定数の導関数の使用-1水溶液18,20で。
我々 は最近、tetrazine ベアリング分子21この最小限の bioorthogonal ハンドルを反応させることによって Adc を生成する抗体に CypK を組み込む方法を報告しました。ここで我々 は最も挑戦的な手順に重点を置いて詳細に ADC の準備手順をについて説明します。ピロリジル tRNA 合成酵素 (PylRS) を使用して CypK の設立を指示/tRNACUA(PylT) ペア抗体の重鎖に導入された琥珀のコドンに対応 (HC)22。ここでトランスフェクション (図 1 a)、1 つの抗体の重鎖をエンコード、他の 1 つの軽鎖 (LC)、PylRS/PylT カセットを含む両方のエンコードの 2 種のプラスミドを使用します。またより手間のかかる手順21を介して抗体歩留まりを可能にする安定したセルラインを生成できます。
前述式システムは、抗 HER2 治療免疫グロブリン 1 (IgG1) を作り出すことができる野生型抗体と同様のレベルで CypK とトラスツズマブ。我々 は、ncAA (HC 118TAG) をエンコードする重鎖の CH1 ドメインの最初の位置を選択します。これは Adc23で最もよく変更されるサイトです HC 118 (EU 番号) として知られているが、また HC-121 (シーケンスの位置) と HC 114 (Kabat 番号)24に呼ばれています。この位置は、すべての IgG1s の中で保存されている、のでこれらの表現システムはほとんどの治療上の抗体に従う義務があるはずです。
Trastuzumab(CypK)2簡単にによって精製できる蛋白質、続く疎水性相互作用列 (FPLC HIC) タンパク質の高速液体クロマトグラフィーによる紹介します。その後、抗体は共有に微小管重合阻害剤モノメチル auristatin E (MMAE) は、FDA が承認した ADC Adcetris で使用する 3 時間以内リンクします。ここでは、グルタル スペーサーとの後にp– aminobenzylalcohol self-immolative 単位; バリン シトルリン プロテアーゼ不安定なコンポーネントで構成されるリンカーと MMAE (tetrazine-vcMMAE) のベンジル-tetrazine 誘導体を使用します。このリンカーは、内面化毒素25の痕跡を残さない解放に終って ADC にリソソームにカテプシン B により切断されます。反応の広い範囲を表示するためには、抗体も蛍光 tetramethylrhodamine (耽羅) にリンクされます。我々 は質量分析計 (LCMS) に高速液体クロマトグラフィーによって共役の id を確認し、高速液体クロマトグラフィーを用いた疎水性相互作用列 (高速液体クロマトグラフィー-HIC) 薬-抗体比 (DAR) を計算する方法を説明します。.
抗体の性能の特性評価の一環として、ひと血清中の dihydropyridazine 結合の安定性をテストする方法をについて説明します。このパラメーターは、単純な elisa 法により定量化することができ、trastuzumab(MMAE)2のプロテアーゼの不安定なコンポーネントによって結果の解釈は、複雑ではないのでより簡単にトラスツズマブ耽羅で評価されます。最後に、選択性と trastuzumab(MMAE)2の効力は、HER2 のさまざまなレベルを表現する細胞間で ADC の細胞毒性評価を比較することによって評価されます。この試金はまた ADC の安定性・免疫血清で培養した後に実行するときの機能の検証を提供します。
このプロトコルで記述されている trastuzumab(CypK)2を生成する一過性発現手順は簡単、モジュール性の高いことができます。得られる利回り内にあるアカデミックな環境27で期待されるもの、生産収量21をさらに後押しする安定したセルラインを生成できます。式の間に CypK の濃度下げるより 5 mM 低い ncAA 定款にあり、高い金額が細胞の成長に影響を与えるし、抗体の利回りが低下します。遊離アミノ酸として CypK 低水容解性は最初 100 mM 0.1 M 水酸化ナトリウムで溶解し、培養液に追加されますので。媒体で、それをセルに追加する前に CypK を薄めても、HCl とフィルター殺菌する媒体を中和するために重要です。その後、このプロトコルで指定されたトランスフェクション試薬を使用、収式の重要次の製造元が推奨するインキュベーション時間です。ひと抗体の一過性の発現については、リーダーとその他公開プロトコル31,32が呼ばれます。
抗体を精製すると、タンパク質は樹脂の高い過剰上澄みからプルダウン完全抗体を確実に示されているように必要があります。トラスツズマブの溶出時に沈殿物を防ぐためには、高いバッファリングを容量、すぐに PBS で希釈したソリューションを使用し、過度の集中を回避するバッファーを交換推奨です。抗体は常に < 5 mg/mL。
Trastuzumab(CypK)2 tetrazine vcMMAE を活用は、Adc の他の bioorthogonal ハンドルと報告されたほとんどの反応よりも高速です。さらに、この cycladdition は非常に穏やかな条件の下で発生する: 部屋の温度や低いと生理学的 pH。PBS および抗体の添加前にアセトニ トリルと反応の DMSO 溶液を希釈することが重要です。それ以外の場合 tetrazine 誘導体を沈殿させます。アセトニ トリルは少ない疎水性分子共溶媒の添加は必要としないが、疎水性が高い MMAE と耽羅のためにだけ必要。また、tetrazine vcMMAE は、アセトニ トリルと tetrazine-vcMMAE 20 h 以内のモル同等物のみ 2 なし共役することができます。この毒素の少量は、ADC 現在 ncAA ベースのテクノロジと比較した場合の製造コストが大幅に減少を含むことができます。Trastuzumab(CypK)2は 4 ° C で保存するとき、少なくとも 4 ヶ月間完全に反応
高速液体クロマトグラフィー HIC MMAE 高疎水性があり、0, 1, 2 の毒素と抗体複合体に対応するピークの優れた解像度を提供しますのでダルの正確な定量が可能にします。未反応の tetrazine vcMMAE 約 13.7 分を示して、280 では検出されない nm。この手法では、純度の高い原料が必要です。また、それは彼らは、保持時間とピークの形状を変更できますので BCN オハイオなど他の tetrazine 反応の分子と反応を癒やすため推奨できません。サンプルの塩濃度と一致している移動相でグラデーションの開始で良い分離を得るために以上 10-20 μ L が注入される場合は特に重要です。
LC-MS 分析に関する抗体サンプル糖鎖切り出しが生のスペクトルのデコンボリューションに単一のピークを取得する必要です。合計抗体と ADC 質量の精度は、計測器のキャリブレーションによって異なります。したがって、変更のための質量を計算するために、ADC の得られたものからそのまま抗体取得質量を減算します。近代的な高分解能質量分析計は、1:10000 以下の相対誤差を提供しなければなりません。LC-MS は、異なる種の間の比率を計算する使用できますが、変更は生成した種のイオン化能力に影響を与えるために不純物の少量を検出されない場合がありますこの値は過大評価通常。
Adc のリンカーの安定性は重要な薬剤の早期リリースで高い毒性と効果が低い。無料グリコプロテイン損害健康な組織を裸の抗体は病気にかかったセルのターゲット結合サイトの武装の 1 つと競合しています。安定性試金の変動内である、5% 以下のリリースを期待する必要があります。
最後に、ADC trastuzumab(MMAE)2は SK BR 3 セル (HER2 高) の細胞毒性を比較することによって評価することができます、後者以来 mcf-7 細胞 (HER2 低) エクスプレス28 前者より少ない 15-fold の HER2 受容体、HER2 をターゲットの選択性.・免疫は、結果セル実行可能性に、少なくとも 2 桁の SK-BR – 3 MCF 7 と比較されたとき低いと予想されます。SK-BR – 3 EC50は、この ADC29,30高ポーテンシーを反映して 2 桁ナノモル範囲でする必要があります。非修飾抗体 trastuzumab(MMAE)2またはトラスツズマブ、必要がありますを示す毒性この試金。リンカー peptidomimetic 毒素の活動を削除しますので、効果 3 桁低い ADC より Tetrazine vcMMAE が必要です。逆に、MMAE は30の細胞膜を透過すること、ADC に同様の毒性があるが HER2 高と HER2 低細胞の識別表示されませんそれする必要があります。さらに、血清中の ADC の 5 日間の培養後この分析を実行する場合使える機能的リンカーの安定性の証拠を提供する: 毒素のリリースになりますいずれかに SK BR 3 で ADC 効率の減少 p MMAE がリリースされた場合リンカーまたはリンカーは痕跡を残さない方法で切断された場合選択性の減少の芸術。
ここ記載されている ADC 技術により、IgG1s にリジンのシクロプロペン誘導体の効率的なサイトスペシフィックな定款です。次の簡易精製 tetrazine を含む分子、均質な製品を降伏との抗体を急速に共役することができます。小さなサイズとシクロプロペン最小限ハンドルの高い反応性のためこのメソッド必要があります立体障害のペイロードの活用を有効にします。結果 immunoconjugates 血清中安定している、非常に強力な選択。全体的にみて、CypK 抗体および治療や診断で使用する他の蛋白質複合体の高速、サイト固有で安定の bioorthogonal リンクができます。
The authors have nothing to disclose.
この作品は、医療研究評議会は、英国によって支えられました。BO は S.エンボ フェローシップ (ATLF 158-2016) を保持し、H. ペラムとサポートについては、J.W. あごと g. キム、C ・ W ・ モーガンと助けやアドバイスを o. Perisic に感謝。
Expi293F | ThermoFisher Scientific | A14527 | HEK suspension cells |
Expi293 Expression Medium | ThermoFisher Scientific | A1435101 | Expression medium |
Antibiotic-antimycotic | ThermoFisher Scientific | 15240062 | Penicillin-streptomycin-amphotericin B |
125mL Polycarbonate Erlenmeyer Flask with Vent Cap | Corning | 431143 | Shake flasks |
Brunswick S41i incubator | Eppendorf | S41I230011 | CO2 incubator with a shaker |
Sodium hydroxide 4 mol/l (4 N) in aqueous solution | VWR | 191373M | |
Cyclopropene lysine | Sichem | SC-8017 | In this study it was synthesized as described by Elliot et al. 2014 |
Steriflip-GP, 0.22 µm, polyethersulfone, gamma irradiated | Merck Millipore | SCGP00525 | |
Opti-MEM, Reduced Serum Medium | ThermoFisher Scientific | 31985070 | Reduced serum medium |
ExpiFectamine 293 Transfection Kit | ThermoFisher Scientific | A14525 | Transfection reagent |
5810 R centrifuge | Eppendorf | 5811000460 | |
Millex-GP Syringe Filter Unit, 0.22 µm, polyethersulfone, 33 mm, gamma sterilized | Merck Millipore | SLGP033RS | |
Protein A resin | Sino Biological | 10600-P07E-RN-25 | |
Poly-Prep Chromatography Columns, Pkg of 50 | Bio-Rad | 7311550 | Polypropylene chromatography column |
Econo-Column Funnel | Bio-Rad | 7310003 | |
Sodium citrate | Fluka | 71635 | |
ÄKTA explorer FPLC | GE Healthcare | ||
HiTrap HIC Selection Kit | GE Healthcare | 28-4110-07 | Includes HiTrap 1 mL Butyl HP |
Ammonium sulfate | VWR | 2133.296 | |
Isopropanol | Honywell | 34863-2.5L | |
Dymethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | D8418-50ML | |
Tetrazine-vcMMAE | ChemPartner | – | Costum synthesized |
Tetrazine-5-TAMRA | Jena Bioscience | CLK-017-05 | |
NuPAGE 4-12% Bis-Tris Gel 1.0mm x 10 well | ThermoFisherScientific | NP0321BOX | |
Xcell SureLock Mini-Cell | ThermoFisherScientific | EI0001 | |
UltiMate 3000 HPLC | ThermoFisherScientific | ||
Thermo Scientific MAbPac, HIC-20, 4.6 x 100 mm, 5 µm | ThermoFisherScientific | 088553 | |
PNGase F | New England BioLabs | P0704S | |
NanoAcquity | Waters | ||
C4 BEH 1-5 µm 1.0 x 100 mm UPLC column | Waters | ||
96-well microplates for cell culture | ThermoFisherScientific | 156545 | |
Human serum | Sigma-Aldrich | H4522-20mL | |
CO2 incubator | Panasonic | ||
HER2 ECD | Sino Biological | 10004-HCCH | |
Anti-TAMRA | Abcam | an171120 | |
Anti-mouse HRP | Santa Cruz | sc-2005 | |
TMB | BioLengend | 421101 | |
Sulfuric acid | Sigma-Aldrich | 84727-500ML | |
PHERAstar FS | BMG Labtech | Plate reader | |
DMEM | Sigma-Aldrich | D5671-500ML | |
SK-BR-3 | ATCC | HTB-30 | |
MCF-7 | ATCC | HTB-22 | |
CellTiterGlo 2.0 Assay | Promega | G9242 | Cell viability assay based on the measurement of ATP released after cell lysis. The output signal is luminscence. |
Monomethyl Auristatin E | Cayman Chemical | 16267 | |
NanoDrop 2000 | ThermoFisherScientific | Microvolume spectrophotometer | |
Human IgG ELISA Quantificaiton Set | Bethyl | E80-104 | |
MaxEnt1 in MassLynx | Waters | Software application for mass spectrum deconvolution | |
IntantBlue | Expedeon | ISB1L | Coomassie-based stain |
Intact MMAE-ADC ELISA Kit (Sandwich Assay) | Epitope Diagnostics, Inc. | KTR 782 | |
Tube 50 mL, 114x28mm, PP | Sarstedt | 62.547.254 | Conical tube |
Amicon Ultra-15 Centrifugal Filter Units 50,000 NMWL | Merck | UFC905024 | Centrifugal filtration concentrator (after protein A pull down) |
Amicon Ultra-4 Centrifugal Filter Units 50,000 NMWL | Merck | UFC805024 | Centrifugal filtration concentrators (after FPLC or HPLC purification) |
Zeba Spin Desalting Columns, 7K MWCO, 0.5 mL | ThermoFisherScientific | 89882 | Size exclusion spin columns |
Tube PCR 0.2ml Flat Cap | Thistle Scientific Ltd | AX-PCR-02-C-CS | PCR tubes |
Nunc MaxiSorpª flat-bottom | ThermoFisherScientific | 44-2404-21 | Plates for ELISA |