抗体工程 - 基于pH条件的虚拟氨基酸突变以延长治疗抗体的半衰期

时间:2014-04-04

 

抗体设计 - 基于pH条件的虚拟氨基酸突变以延长治疗抗体的半衰期
 
说明:通过改变蛋白复合物的结合亲和力来理性设计蛋白质是蛋白质工程的主要目的,本文提出了一种新的模拟计算方法不仅可以预测蛋白的虚拟氨基酸突变对结合亲和力的影响还可以预测蛋白的虚拟氨基酸突变对pH依赖性结合行为的改变。该计算方法已在Discovery Studio中得到更新。
 
背景:抗体IgG是抵御病毒的主要防线,能通过人体免疫系统对抗病毒,防止病毒引发疾病。研究表明,借助一种称为新生儿Fc受体(Neonatal Fc receptor, FcRn)的免疫蛋白,抗体能进入被感染的细胞发挥作用。此外,在pH为6.0时IgG能够较强的结合与新生儿Fc受体FcRn,而在pH为7.4时IgG则从FcRn上离去。IgG同FcRn这一pH选择性结合行为已被实验证明与IgG在血浆中的半衰期相关。在酸性条件下有较强的结合力且在pH为7.4条件下结合力有适度提高的工程单抗已显示出较长的半衰期。因此,基于单抗IgG同FcRn这一pH依赖性结合,本文应用上述这一新的模拟方法来理性设计IgG以延长其半衰期。
 
思路:首先通过考察计算结果能否重复实验结果,文章验证了该模拟方法的准确性,具体包括预测了19种蛋白共380个氨基酸突变的能量变化,不同pH条件下OMTKY3中Leu18突变为Glu和His后OMTKY3同蛋白酶B复合物的解离常数变化(图1左),影响IgG同FcRn复合物pH依赖性结合的关键位点的识别(图1右),最后证实都与实验结果有很好的吻合。模拟方法得到验证以后,文章采用该方法对IgG进行了基于pH因素的虚拟氨基酸突变,通过结合pH选择性和非选择性突变来达到延长其半衰期的目的。
 
图1.不同pH条件下OMTKY3中Leu18突变为Glu和His后OMTKY3同蛋白酶B复合物的解离常数变化(左),
影响IgG同FcRn复合物pH依赖性结合的关键位点的识别(右)。
 
Ref:V. Z. Spassov, L. Yan. Proteins. 2013, 81(4): 704-714.