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Jun 04, 2023

Effetto della fucosilazione del nucleo Fc e dell'isotipo della catena leggera sulla flessibilità delle IgG1

Communications Biology volume 6, Numero articolo: 237 (2023) Cita questo articolo 847 Accessi 3 Dettagli metriche altmetriche La N-glicosilazione gioca un ruolo chiave nel modulare la bioattività dei farmaci monoclonali

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 237 (2023) Citare questo articolo

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La N-glicosilazione gioca un ruolo chiave nel modulare la bioattività degli anticorpi monoclonali (mAb), così come l'isotipo della catena leggera (LC) può influenzarne le proprietà fisico-chimiche. Tuttavia, studiare l’impatto di tali caratteristiche sul comportamento conformazionale dei mAbs è una grande sfida, a causa dell’elevata flessibilità di queste biomolecole. In questo lavoro indaghiamo, mediante dinamica molecolare accelerata (aMD), il comportamento conformazionale di due immunoglobuline commerciali G1 (IgG1), rappresentative degli anticorpi κ e λ LC, sia nella loro forma fucosilata che afucosilata. I nostri risultati mostrano, attraverso l'identificazione di una conformazione stabile, come la combinazione di fucosilazione e isotipo LC moduli il comportamento della cerniera, la conformazione Fc e la posizione delle catene di glicani, tutti fattori che potenzialmente influenzano il legame agli FcγR. Questo lavoro rappresenta anche un miglioramento tecnologico nell'esplorazione conformazionale dei mAb, rendendo l'aMD un approccio adatto per chiarire i risultati sperimentali.

La maggior parte degli anticorpi monoclonali (mAb) clinicamente disponibili sono immunoglobuline G1 (IgG1)1, a causa della loro maggiore stabilità e potenti funzioni effettrici rispetto ad altre sottoclassi di IgG. I mAb sono composti da tre domini: due domini di legame dell'antigene frammento (Fab) e un frammento cristallizzabile (Fc), comprese le catene pesanti e leggere (rispettivamente HC e LC), entrambi contenenti regioni variabili e costanti. I domini variabili sono responsabili della risposta immunitaria adattativa o, nel caso dei mAb commerciali, del legame selettivo con un antigene bersaglio. Gli anticorpi possono presentare due diversi isotipi di LC, vale a dire κ e λ2. Il rapporto tra anticorpi contenenti LC κ o λ varia considerevolmente tra le specie3 e, considerando i ~ 100 mAb terapeutici approvati, solo pochi contengono un LC4 λ. Pochi studi sono stati pubblicati sul confronto funzionale e strutturale tra questi due isotipi, suggerendo differenze nella cooperatività e flessibilità dei domini Fab5 e nelle proprietà strutturali delle regioni che determinano la complementarità (CDR)6. La capacità delle IgG1 di attivare il sistema immunitario mediante l'interazione dell'Fc con specifici recettori Fcγ (FcγR) è considerata un aspetto chiave regolato anche dalla N-glicosilazione sull'Asn297 conservato nell'Fc7,8. L'alterazione della lunghezza, della composizione e della carica dei glicani può influire sull'integrità strutturale e sulla conformazione del dominio Fc, modificando così l'affinità di legame con gli FcγR e influenzando la risposta immunitaria9,10. In particolare, la fucosilazione del core può influenzare la citotossicità cellulare anticorpo-dipendente (ADCC), poiché diminuisce l'affinità di legame delle IgG1 al FcγRIIIa (un recettore attivato a bassa affinità)1,11,12,13,14,15,16, 17.

Nonostante queste osservazioni, il ruolo strutturale delle differenze LC nel modulare il comportamento funzionale di queste biomolecole, sia in termini di riconoscimento dell'antigene che di attivazione della funzione effettrice, non è mai stato studiato. Alcuni studi18,19, hanno proposto ipotesi per spiegare l'effetto della fucosilazione sulle funzioni effettrici, concentrandosi però solo sulla Fc senza considerare il ruolo dei domini cerniera e Fab. Nel nostro lavoro precedente20, abbiamo proposto che la presenza di fucosio possa modulare il comportamento conformazionale dell'intero mAb inducendo una preferenza per una conformazione a T, in linea di principio meno adatta al legame con i recettori. In accordo con i nostri risultati precedenti, Spiteri et al. hanno dimostrato come i glicani possano introdurre vincoli strutturali, confrontando IgG1 glicosilate e aglicosilate. Questo lavoro mostra che la rimozione dei glicani influenza la separazione Fab-Fc, modulando la flessibilità della proteina, consentendo all'anticorpo di esplorare uno spazio conformazionale diverso e influenzando il legame con gli FcγRs21. In questo lavoro, indaghiamo il ruolo del fucosio e dei due isotipi LC nel comportamento strutturale delle IgG1, utilizzando un innovativo approccio in silico per mAbs, basato su una combinazione di simulazioni di dinamica molecolare classica e accelerata (cMD e aMD, rispettivamente ). È stato effettuato un confronto tra la forma afucosilata (G0) e quella fucosilata (G0F) di adalimumab e avelumab, due IgG1 commerciali che sono buoni modelli di anticorpi κ e λ LC, suggerendo un ruolo chiave delle λ LC nel modulare la dinamica degli anticorpi IgG1. Per quanto ne sappiamo, la combinazione di metodi MD di campionamento standard e avanzato non è mai stata utilizzata nel contesto del comportamento conformazionale dei mAbs. Di conseguenza, i nostri risultati possono aprire la strada a nuove prospettive future (sperimentali e computazionali) nello studio della flessibilità degli anticorpi.