Управление полиаминами для повышения эффективности антител: новый подход в биотехнологии
Моноклональные антитела (mAbs) — это созданные в лаборатории белки, имитирующие антитела иммунной системы. Многие терапевтические mAbs класса иммуноглобулина G (IgG) одобрены для лечения рака и аутоиммунных заболеваний. Для их производства обычно используют клеточные линии, такие как клетки яичников китайского хомячка (CHO). Производство mAbs регулируется критическими атрибутами качества (CQAs).
Важным CQA для mAbs является N-гликозилирование в определённом положении (Asn297). N-гликаны состоят из N-ацетилглюкозамина (GlcNAc), маннозы (Man), фукозы (Fuc), галактозы (Gal) и сиаловой кислоты.
Гетерогенность профилей N-гликанов mAbs связана с разным количеством и связями дополнительных сахаридов. Состав N-гликанов влияет на терапевтическую эффективность, способность к нацеливанию и иммуноспецифичность антител. Например, антителозависимая клеточная цитотоксичность (ADCC) зависит от фукозилирования и галактозилирования N-гликанов.
На комплемент-зависимую цитотоксичность (CDC) влияют галактозилирование и сиалилирование N-гликанов. Поэтому важно тщательно контролировать профили N-гликанов в процессе производства, так как их гетерогенность зависит от продолжительности культивирования клеток и изменений в уровнях нуклеотидных сахаров и гликозилирующих ферментов.
Группа учёных под руководством доцента Кёхэя Хигаши из Токийского университета науки исследовала влияние полиаминов на профили N-гликанов mAbs в клетках CHO DP-12. Работа опубликована в Journal of Biotechnology.
Полиамины (путресцин, PUT; спермидин, SPD; и спермин, SPM) присутствуют в миллимолярных концентрациях во всех живых организмах и играют ключевую роль в росте и дифференцировке клеток. Уровни внутриклеточных полиаминов регулируются на этапах синтеза, деградации и транспорта.
Клетки CHO не могут производить полиамины в бессывороточной среде из-за отсутствия аргиназной активности, что приводит к снижению их внутриклеточного уровня, низкой скорости роста и жизнеспособности клеток при длительном культивировании.
Введение ингибитора орнитиндекарбоксилазы (ODC) α-дифторметилорнитина (DFMO) в клетки CHO привело к резкому росту галактозилирования антител IgG и увеличению уровня мРНК β1,4-галактозилтрансферазы 1 (B4GALT1), ключевой для механизма галактозилирования IgG. При этом производство IgG снизилось примерно на 30%.
Учёные предположили, что снижение производства IgG — результат стресса эндоплазматического ретикулума (ER stress), вызванного истощением полиаминов. Исследование подтвердило повышенную экспрессию шаперонов для сворачивания гликопротеинов в клетках с истощёнными полиаминами.
Дальнейшие наблюдения показали, что ER stress от истощения полиаминов запускает экспрессию мРНК B4GALT1, увеличивая галактозилирование IgG в клетках CHO.
Возможность поддерживать профили гликозилирования антител через модуляцию полиаминов имеет важные последствия. Контролируемое гликозилирование критично для оптимизации терапевтических белков, стабильного производства антител с единообразной биологической активностью и потенциального снижения стоимости производства.
Добавление в бессывороточную среду только спермидина (SPD) предлагает простой и недорогой метод поддержания структуры гликанов mAbs, производимых клетками CHO. Это может повлиять на разработку клеточных линий и биопроизводство, облегчая создание биоаналогов.