Hvad er camelid-antistoffer?

Af Deepthi Sathyajith, M.Pharm.Anmeldt af Dr. Tomislav Meštrović, MD, Ph.D.

Camelid single-domain antistoffer (også kendt som nanobodies eller VHH’er) stammer fra pattedyrfamilien Camelidae, såsom lamaer, kameler og alpacaer. I modsætning til andre antistoffer mangler camelid-antistoffer en let kæde og består af to identiske tunge kæder.

Image Credit: Rickyd /

Den unikke struktur af disse antistoffer med tunge kæder (HCAbs) tiltrak sig forskellige forskeres interesse for deres anvendelse inden for forskellige videnskabelige og terapeutiske områder – såsom in vivo celleafbildning og antistofterapeutik i kræftbehandling.

Offentliggørelse af kamelide antistoffer

Kamelide antistoffer blev tilfældigt opdaget i slutningen af 1980’erne af en gruppe studerende, der arbejdede i professor Raymond Hamers’ laboratorium i Bruxelles, Belgien. De samlede og fraktionerede immunoglobulin-G (IgG)-molekyler, der var isoleret fra serum fra en dromedarkamel, blev analyseret med henblik på at udvikle et serodiagnostisk kit, der kunne hjælpe med at påvise trypanosom-infektion hos vandbøfler og kameler.

Under analysen opdagede de studerende, at de antistoffer, der var til stede i kamelen, ikke havde den sædvanlige struktur og indeholdt et HCAb-antigenbindingsdomæne, der senere blev navngivet som VHH-domænet. Dette VHHH findes på en enkelt strækning af aminosyrer og kan genkende antigener, der er så små som 12 til 15 kilodalton (kDa)

Offentliggørelsen af kamelide antistoffer førte til en udbredt brug af disse antistoffer i bioteknologisk forskning, primært på grund af den relative lethed, hvormed disse antistoffer kunne håndteres. Der er en række prækliniske og kliniske undersøgelser i gang, f.eks. effekten af kamelide antistoffer som billeddannelsesreagenser eller til terapistudier mod trombocytaggregation, infektion med respiratorisk syncytialvirus (RSV), gifttoksiner, reumatoid arthritis, men også som radiomærkede nanobodier.

Egenskaber ved Camelid-antistoffer

Camelid-antistoffer er meget specifikke og har tendens til at udvise streng monomer opførsel sammen med høj termostabilitet og god opløselighed. Desuden giver deres relativt lille størrelse mulighed for nem genteknologi, hvilket sænker de samlede produktionsomkostninger.

Disse VHHH’er har en god indtrængningshastighed i væv og lav immunogenicitet – derfor anvendes de til at målrette mod antigene epitoper, som det er vanskeligt for store molekyler (som f.eks. konventionelle monoklonale antistoffer) at få adgang til. Denne evne hos kamelide antistoffer til at genkende kryptiske epitoper gør dem ideelle som enzymhæmmere eller til infektionsdiagnostik.

Den relativt korte levetid for kamelide antistoffer er nyttig i forbindelse med tumorafbildning af syge væv, der kræver hurtig clearance. Holdbarheden kan forlænges for at forbedre den farmakokinetiske adfærd ved at anvende muligheder som f.eks. fusionering af VHH’er til en anti-serumalbumin-delen eller serumalbumin.

Produktion af kamelide antistoffer

Fuldstændigt funktionelle antistoffer produceres kun effektivt i pattedyrceller, og en passende glykosylering af disse antistoffer er yderst vigtig for at udøve den nødvendige terapeutiske aktivitet. Mikrobielle produktionssystemer såsom Escherichia coli (E. coli), filamentøse svampe eller gær anvendes imidlertid til storskala og økonomisk produktion af antistoffer.

VHHH kan generelt produceres godt i mikroorganismer, men produktionsniveauet afhænger af VHHH-sekvensmønstrene. Sagt og hans kolleger har rapporteret om en stigning i produktionen af VHH i gær på grund af tilstedeværelsen af et potentielt N-linked glykosyleringssted.

Endvidere har undersøgelser af bagergær vist, at produktionen af VHH i gær kan øges op til fem gange ved at tilsætte ethanol og supplere vækstmediet med ethylendiamintetraeddikesyre (EDTA), sorbitol eller casaminoacider.

I endnu en forskningsundersøgelse blev der konstateret en reduktion i produktionen af VHH på grund af tilstedeværelsen af uparrede C-terminale cysteiner. DNA-shuffling forbedrer også VHH-produktionen ved tilfældig molekylær evolution.

Gennem anvendelse af flere ekspressionsformater kan monovalente VHH’er genetisk fusioneres til to eller flere VHH’er for at forbedre den funktionelle affinitet. Zhang et al. udviklede pentameriske rekombinante antistoffer, også kendt som pentabodies, ved at binde VHHH til B-underenhederne af et E. coli-toksin. Det blev observeret, at denne binding var så stærk, at den resulterede i en selvmontering af VHHH til et homopentamer.

Terapeutiske anvendelser og fremtidig forskning

Indtil for nylig var terapeutiske anvendelser af VHH-antistoffer begrænsede, da de ikke kunne rekruttere essentielle antistof-effektorfunktioner (såsom antistofafhængig cellulær cytotoksicitet og komplementafhængig cytolyse), som er nødvendige for korrekt glykosylering af det andet tungkædede konstante (CH2) domæne.

Dermed kunne der kun fremstilles funktionelle antistoffer i højere eukaryote celler. Nyere forskning har imidlertid gjort det muligt at udvikle funktionelle antistoffer i (P. pastoris). Ovennævnte mikroorganisme er en methylotrof gær, der er kendt for sin evne til at producere rekombinante proteiner i gramm-mængder i en liter kultur.

Sammenfattende er kamelid VHH’er velegnede til en række terapeutiske anvendelser, f.eks. i forbindelse med sovesyge, diarré hos spædbørn forårsaget af rotavirus, mund- og klovsyge, sepsis, reumatoid arthritis, hjernesygdomme, neurodegenerative sygdomme osv. VHH’er er særligt effektive som oral immunterapi ved diarré på grund af deres evne til at modstå ekstreme pH-værdier.

Den seneste forskning fokuserer nu på at udvikle nanobodies, der ikke kræver effektorfunktioner, og som har minimale bivirkninger i forhold til konventionelle hele antistoffer.

Videre læsning

• Alt camelid-indhold
• Camelid-antistoffer til behandling af allergier
• Camelid-antistoffer – fordele og begrænsninger
• Struktur af camelid Antistoffer
• Nanokropsudvikling

Skrevet af

Deepthi Sathyajith

Deepthi brugte en stor del af sin tidlige karriere på at arbejde som postph.d.-forsker inden for farmakognosie. Hun begyndte sin karriere inden for lægemiddelovervågning, hvor hun arbejdede på mange globale projekter med nogle af verdens førende lægemiddelvirksomheder. Deepthi er nu videnskabelig konsulentskribent for en stor medicinalvirksomhed og arbejder lejlighedsvis med News-Medical, hvor hun anvender sin ekspertise på en lang række emner inden for biovidenskab.

Citationer