Summary

GPC3-targeting 双特异性抗体, GPC3-S-Fab, 具有强大的细胞毒性

Published: July 12, 2018
doi:

Summary

在此, 我们提出了一种在大肠杆菌中产生双特异性抗体 GPC3-S-Fab 的协议.纯化 GPC3-S-Fab 对 GPC3 阳性肝癌细胞具有较强的细胞毒性作用。

Abstract

该协议描述了双特异性抗体 (bsAb) 的构建和功能研究, GPC3-S-Fab。bsAbs 可以通过两个不同的手臂识别两个不同的表位。bsAbs 已积极研究他们的能力, 直接招募免疫细胞杀死肿瘤细胞。目前, 大多数 bsAbs 是以重组蛋白的形式生产的, 它们要么是含有 fc 的 bsAbs, 要么是没有 fc 区域的较小的 bsAb 衍生物。本研究通过将 anti-GPC3 抗体 GC33 与 anti-CD16 单域抗体相结合, 设计了一种基于抗体片段 (GPC3-S-Fab) 的双特异性抗体。GPC3-S-Fab 可在大肠杆菌中表达, 并经两种亲和 chromatographies 纯化。纯化的 GPC3-S-Fab 可以通过招募自然杀伤细胞来明确地结合和杀死 GPC3 阳性肝癌细胞, 这表明 GPC3-S-Fab 在肝癌治疗中的潜在应用。

Introduction

单克隆抗体现在广泛用于癌症治疗1。由于抗体的柔韧性, 各种基于抗体的格式已经得到了积极的探索。与单克隆抗体相比, bsAbs 有两种不同的抗原结合模块, 能够同时识别两个不同靶点, 有效地触发免疫效应细胞的招募, 以靶向和杀死肿瘤细胞2

当前的重组 bsAb 格式通常可以分配给两个类: fc 包含 bsAbs 和 bsAbs, 而没有 fc 区域。与大多数哺乳动物细胞中所含 fc 格式相比, 没有 fc 区域的 bsAbs 具有较小尺寸的优点, 更容易在微生物表达系统中产生, 并且能更有效地穿透肿瘤组织。3

没有 Fc 区域的 bsAbs 通常是通过链接单个绑定基团 (如单链变量片段 (scFvs) 或3) 来形成的。如果没有稳定的域, 基于抗体碎片的 bsAbs 通常会损害热稳定性、低溶解度或增加聚集45的潜力。相比之下, 以 bsAbs 为基础的 heterodimerization, 由于 CH1 和 CL 在原生的晶圆4,6, 更稳定。

由重链抗体 (VHHs, 也称为单域抗体) 的可变域是天然重链抗体的活性抗原结合片段7。VHHs 具有亲和力高、常规 IgGs8特异性强、免疫原化低、细菌表达率高的特点9。与抗体片段相比, VHHs 具有较高的热稳定性10。与基团相比, VHHs 的尺寸较小, 因为缺乏 CH1 和 CL。因此, 通过将 bsAb 与单域抗体、VHH 相连接获得的 S 型, 设计并研究了其抗肿瘤作用1112

本文介绍了 hGC3313与 anti-CD16a VHH14相结合的 GPC3-S-Fab 结构。周质在大肠杆菌(大肠杆菌)中的表达能有效地产生 GPC3-S-Fab。GPC3-S-Fab 的功能性研究表明 GPC3-S-Fab 是肝癌治疗的一个有前途的策略。因此, GPC3-S-Fab 在替代技术上的优势和适用于以前研究的参考, 包括易于生产和纯化, 以及更稳定的 bsAbs。

哺乳动物表达系统和原核表达系统已被用来表达各种形式的 BsAbs。与哺乳动物表达系统相比,大肠杆菌蛋白表达系统具有产量高、成本低、省力、遗传操作方便、转化效率高15的优点。对于 bsAbs 在大肠杆菌中的表达, 有两种基本策略: 细胞质中的表达和细胞质与外细胞膜之间 periplasm 的表达15。与细胞质的还原环境相比, periplasm 是一种比较氧化的环境, 促进了蛋白质16的正确折叠和共表达。正确的折叠对 bsAbs 的溶解度、稳定性和功能生成起着关键的作用。因此, 在 s–政局的 N 端添加了一个信号序列, 直接分泌到大肠杆菌的 periplasm17。为了确保正确的折叠、溶解度、热稳定性和构象稳定性, 减少抗体的复杂性和大小经常被使用16。S-晶圆的格式包括一个工厂和一个 VHH, 这是表达很好的细菌系统可能由于简单的结构和小规模。

GPC3 是在这种 GPC3-S-Fab 双特异性抗体格式中选择的。Glypican-3 (GPC3) 是肝素硫酸盐 (HS) 蛋白多糖家族的成员, 通过 glycosylphosphatidylinositol (GPI)18锚定在细胞表面。GPC3 是抗原70% 肝癌 (HCC) 病例, 占大多数肝癌19,20,21,22。由于 GPC3 在正常组织中很少表达, GPC3 被建议为肝癌的潜在靶向。对 GPC3 产生了多个鼠标抗体。然而, 只有 GC33 显示有限的抗肿瘤活动22, 它没有表现出临床疗效的病人。在这项研究中, GPC3-S-Fab 被证明能够招募 NK 细胞杀死 GPC3 肿瘤细胞14

为了招募 NK 细胞, 使用了 anti-CD16 VHH。CD16a 是一种低亲和 IgG 受体, 主要表现为自然杀伤细胞、巨噬素、单核和 T 细胞的某些亚型。它涉及抗体依赖性细胞细胞毒性 (ADCC) 的 NK 细胞23。人 NK 细胞可分为两类, CD56-CD16+ 和 CD56+CD16。与 CD56+CD16− nk 细胞相比, CD56-CD16+ nk 细胞可以释放出更高水平的穿孔和颗粒酶 B, 从而呈现出强烈的细胞毒性24。枯否细胞 (KCs), 表达 CD16a, 是肝脏中的巨细胞。枯否细胞在25肝癌的抑癌中起着重要作用。因此, bsAbs 靶向 CD16a 可能是一个更有希望的策略比接触 T 细胞对抗肝癌。

Protocol

所有的程序, 包括人的血液收集被孙中山大学伦理委员会批准。 1. GPC3-S-Fab 设计策略 设计 GPC3-S-Fab 通过链接一个 anti-GPC3 (人性化的 GC3313) 与 anti-CD16 VHH14 (图 1)。 将 VH-CH1-CD16-VHH 和 pET26b 和 pET21a 载体合成并克隆为先前报告的12。 2. 变革和文化 将含有 VH-CH…

Representative Results

GPC3-S-Fab 净化 GPC3-S-Fab 从大肠杆菌中纯化, 经两步亲和纯化, 先用镍 NTA 琼脂糖, 其次 IgG-CH1 亲和纯化。两步亲和纯化后, GPC3-S-Fab 被纯化为同质性, 两链接近 1:1 (图 2A)。VH-CH1-CD16 VHH 和 cl 多肽的存在可以通过它们独特的 C 终端标记来识别, 反他的大约 25 kDa, 以及 VH-CH1-VHH 大约 38 kDa 的反旗 (…

Discussion

在这项研究中, 我们提出了一个新的格式 bsAbs, GPC3-S-Fab, 它可以招募 NK 细胞靶向 GPC3 阳性肿瘤细胞。s-工厂是基于自然的晶圆格式, 添加一个 anti-CD16 VHH11,12。与含 Fc 区的 bsAbs 相比, GPC3-S-Fab 可以很容易地在细菌 periplasm 中产生。

利用该协议中描述的表达式和纯化策略, 得到了大量的可溶性和功能 GPC3-S-Fab。为便于周质表达, 政局在 N 终…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

这项工作得到了广东省 (2016A050503028) 研究 & 开发计划的资助。

Materials

Shaking incubator Thermo Fisher MAXQ 4000
Shaking incubator Zhicheng ZWYR-D2402
Centrifuge Cence GL-10MD
Centrifuge Beckman coulter Avanti j-26S XPI
Centrifuge eppendorf 5810R
Ultraviolet spectrophotometer Thermo Fisher Nanodrop
Analytical polyacrylamide gel electrophoresis apparatus Mini-PROTEAN® Tetra Bio-rad
Trans-blot apparatus Criterion Bio-rad
Imaging system Bio-rad chemidoc tm XRS+
Fast Protein Liquid chromatogram GE Healthcare AKTA avant
GF column GE Healthcare 28-9909-44 Superdex 200 Increase 10/300 GL
Flow Cytometer Beckman coulter FC500
Centrifuge eppendorf 5702R
Envision plate reader TECAN Infinite F50
Anti His-tag eBioscience 14-6657-82
anti-Flag-tag Sigma F1804
anti-human(H&L)-488 A11013 Invitrogen
Anti-mouse IgG HRP-linked antibody Cell Signaling 7076S
Ni-NTA-Agarose Tribioscience TBS9202-100
IgG-CH1 affinity resin Thermo Fisher 194320005
Ficoll-Plaque Plus GE Healthcare 17-1440-03
NK cell enrichment kit Stemcell 19055
Magnet Stemcell 18000
CCK8 kit Dojindo CK04
DMEM Gibco C11995500CP
RPMI-1640 Gibco C11875500CP
Fetal Bovine Serum (FBS) Sigma F2442
Trypsin Gibco 15050-057
Penicillin-Streptomycin Gibco 15140-122 Cell culture
Standard marker Sigma Aldrich MWGF200 Gel filtration
Isopropyl-b-D-thio-galactopyranoside (IPTG) VWR chemicals VWRC0487-100G
Dialysis tubing Sigma Aldrich D0655-100FT
Knanamycine VWR VWRC0408-100G
Ampicillin VWR VWRC0339-100G
Tryptone Thermo Fisher LP0042B
Yeast Extract Thermo Fisher LP0021B
NaCl Sangon Biotech A100241
Trizma base Sigma Aldrich T6791-1KG
EDTA Sigma Aldrich V900106
Glycine aladdin A110752-500g
KCl aladdin P112134-500g
MgCl Sigma Aldrich V900020
Agar Sangon Biotech A505255-0250
Potassium Phosphate, Monobasic Anhydrous (KH2PO4) VWR 7778-77-0
Sodium Phosphate, Dibasic, Anhydrous (Na2HPO4) VWR 7558-79-4
2-Mercaptoethanol VWR 60-24-2
Phenylmethyl Sulfonyl Fluoride (PMSF) VWR 329-98-6
Lysozyme Sigma Aldrich L6876-25G
Coomassie Brilliant Blue R250 VWR VWRC0472-50G
Bromophenol blue Sangon Biotech A500922-25G
Bovine Serum Albumin (BSA) VWR VWRC0332-100G
Glycerol Sigma Aldrich V900122
100mm x 20mm plastic dish Corning 430167
25cm2 flask Corning 430639
96 well cell culture cluster Corning 3599
Sucrose Sangon Biotech A610498-0005
CHO the Type Culture Collection of the Chinese Academy of Sciences GNHa 3
MHCC-97H the Type Culture Collection of the Chinese Academy of Sciences SCSP-528
HepG2 the Type Culture Collection of the Chinese Academy of Sciences TCHu 72
Huh7 the Type Culture Collection of the Chinese Academy of Sciences TCHu182
Hep3B the Type Culture Collection of the Chinese Academy of Sciences TCHu106
NK92 ATCC CRL2408

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Citar este artigo
Wang, Y., Liu, J., Pan, H., Xing, J., Wu, X., Li, Q., Wang, Z. A GPC3-targeting Bispecific Antibody, GPC3-S-Fab, with Potent Cytotoxicity. J. Vis. Exp. (137), e57588, doi:10.3791/57588 (2018).

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