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案例 | 抗体模拟与设计 | 人/鼠PD-1交叉反应抗体的发现和结合机制的研究

时间:2017-07-28

【原文出处】
Ref:Dong Li, Jianqing Xu, Zhuozhi Wang, Zhen Gong, Jieying Liu, Yong Zheng, Jian Li & Jing Li (2017): Epitope mapping reveals the binding mechanism of a functional antibody cross-reactive to both human and murine programmed death 1, mAbs, DOI: 10.1080/19420862.2017.1296612
 
【原文链接】
http://dx.doi.org/10.1080/19420862.2017.1296612
 
【作者单位】
药明生物,上海外高桥保税区美盛路227号
 
研究靶点:
抗体药物靶点领域的新热点:肿瘤免疫治疗,程序性死亡受体1(PD-1)
程序性死亡受体1(PD-1)是一种重要的免疫抑制受体分子,表达于活化的B细胞、T细胞和骨髓细胞,以PD-1为靶点的免疫调节在抗肿瘤、抗感染、抗自身免疫性疾病及器官移植存活等方面均有重要的意义。
 
文章摘要
      作为免疫检查点蛋白之一,PD-1在下调T细胞活化中起重要作用,通过结合肿瘤细胞表面表达的配体PD-L1和PD-L2,传导抑制性的信号,减低T细胞的增生,从而介导肿瘤细胞逃离人体免疫系统的监视和攻击,因此,PD-1是癌症免疫治疗中的一个重要靶标。PD-1免疫疗法就是针对PD-1或PD-L1设计特定的蛋白质抗体,阻止PD-1和PD-L1的识别过程,部分恢复T细胞功能,从而使T细胞可以杀死肿瘤细胞,解除肿瘤细胞逃避免疫系统。PD-1抗体是当前备受瞩目,广为关注的一类肿瘤疗法。尽管治疗性抗体是为人类开发的,但在临床前阶段,需要在动物模型中评价分子的功效和安全性。其中,最直接和最具成本效益的方法是在小鼠模型中测试与人和鼠靶两者有交叉反应的抗体。
      考虑到PD-1抗体在治疗各种癌症中的重要性和广泛应用,本研究希望开发这种抗体以加速PD-1抗体的临床前研究。目前批准用于临床或正在研发中的PD-1抗体都只靶向人hPD-1,而并不显示与鼠mPD-1有交叉反应。因此,本研究开发并首次报道了一种具有人/鼠PD-1交叉反应的功能性抗体,并将该抗体的表位与仅同hPD-1结合的抗体表位进行了比较。
      本研究首先用hPD-1和mPD-1免疫大鼠,通过筛选大量的大鼠杂交瘤克隆发现了一种既能靶向hPD-1又能靶向mPD-1的抗体R9和只靶向hPD-1的抗体R11。为了快速识别两个抗体的表位,本研究采用了丙氨酸扫描,并基于ELISA和表面等离子共振技术。同时结合分子模拟的方法,采用Discovery StudioModel Antibody工具中的MODELER程序构建出了R11和R9抗体结构模型,并在此基础上使用Discovery StudioZDOCK/RDOCK蛋白-蛋白对接/优化程序,将这两个抗体与hPD-1进行了对接,预测了两种抗体不同的结合模式,研究了他们的结合表位,从而精细解释了具有人/鼠交叉反应抗体的交叉反应性机制。
 
 
图. 抗体R11(A)、R9(B)与hPD-1结合模式的预测。
 
文中抗体模拟部分采用的Discovery Studio模块:
·   DS MODELER:行业标准的同源建模程序,由professor Sali于1993年开发,该程序至今已被学术论文引用了9000多次,学术结果遍布各类杂志。只要给出未知结构序列与另一个已知三维结构且具有一定同源性的蛋白,便可自动并快速预测蛋白结构。除了普适的蛋白同源建模模块以外,还有专门的抗体建模模块,可以实现抗体Fab区、Fv区、全长抗体以及双特异性抗体结构的预测。
·   DS Protein Docking:快速而准确的蛋白-蛋白(抗体-抗原)复合物结构预测工具。Protein Docking采用经典可靠的ZDOCK算法预测蛋白-蛋白复合物结构,共包括ZDOCK、ZRANK、RDOCK三个计算模块。ZDOCK用于蛋白-蛋白刚性对接,ZRANK用于对ZDOCK得到的结构进行基于能量的重打分,RDOCK则基于CHARMm能量最小化方法优化ZDOCK得到的结构。
 
 
 
Discovery Studio中其它可应用于抗体新药设计的模块可参看:Discovery Studio在抗体研发领域的应用解决方案