Nová NMR metoda detailně odhaluje strukturu léčebných protilátek, a to bez izotopového značení

Monoklonální protilátky jsou široce využívány k léčbě mnoha onemocnění, od rakoviny po autoimunitní poruchy. Jejich bezpečnost a účinnost závisí na udržení správné trojrozměrné organizace, známé jako vyšší řádová struktura (HOS).

Monoklonální protilátky jsou široce využívány k léčbě mnoha onemocnění, od rakoviny po autoimunitní poruchy. Jejich bezpečnost a účinnost závisí na udržení správné trojrozměrné organizace, známé jako vyšší řádová struktura (HOS). Detekce jemných strukturních odchylek v protilátkách však zůstává významnou analytickou výzvou. Konvenční techniky, jako je cirkulární dichroismus nebo kalorimetrie, poskytují cenné globální informace, ale obecně postrádají rozlišení na úrovni jednotlivých aminokyselin.

Spektroskopie nukleární magnetické rezonance (NMR) je jednou z mála technik schopných pozorovat strukturu a dynamiku proteinů v roztoku s atomovým rozlišením. Vědci z Exploratory Research Center on Life and Living Systems (ExCELLS) a spolupracujících institucí nyní vyvinuli metodu, která umožňuje přiřadit signály methylových skupin specifickým místům v oblasti Fc lidských protilátek IgG1. Tato studie byla publikována v časopise Journal of the American Chemical Society.

Výzkumníci zkombinovali aminokyselinově selektivní izotopové značení, mutagenezi a vícerozměrné NMR experimenty, aby přiřadili rezonance methylových skupin z více aminokyselin – včetně alaninu, izoleucinu, leucinu, methioninu, threoninu a valinu – v doméně Fc. Tyto přiřazené signály pak fungují jako sondy struktury protilátky specifické pro danou aminokyselinu. Důležité je, že stejné signály byly detekovatelné i v protilátkách s přirozeným izotopovým zastoupením, což znamená, že pro strukturní analýzu není vyžadováno izotopové značení.

Pomocí těchto sond vědci detekovali strukturní rozdíly spojené s glykosylačními vzory v oblasti Fc, včetně variací v základní fukosylaci a terminální galaktosylaci – dvou glykanových vlastností, o nichž je známo, že ovlivňují efektorové funkce protilátek. Studie také odhalila, že určité methylové signály pocházejí z vysoce dynamických oblastí protilátky, včetně zbytků v závěsné oblasti a rozhraní pro vazbu receptoru. Tyto signály fungují jako citlivé indikátory lokální strukturní flexibility a poskytují vhled do funkčně důležitých oblastí molekuly.

Protože metoda dokáže analyzovat protilátky přímo v jejich neznačené formě, otevírá nové možnosti pro monitorování strukturní integrity a jemných molekulárních variací v terapeutických protilátkách. Takové schopnosti jsou stále důležitější pro zajištění kvality biologických léčiv a pro prokázání strukturní srovnatelnosti při vývoji biosimilárních léků. Koichi Kato z ExCELLS zdůraznil, že terapeutické protilátky jsou strukturně složité molekuly a i jemné strukturní variace mohou ovlivnit jejich biologickou aktivitu. Tato studie ukazuje, že NMR signály založené na methylových skupinách mohou sloužit jako silné strukturní sondy i v neznačených protilátkách, což poskytuje praktickou cestu k hodnocení struktury terapeutických protilátek na úrovni jednotlivých aminokyselin.