一种不对称的四价抗体是促红细胞生成素受体在体外和体内的有效激动剂

An asymmetric tetrabody is a potent and efficacious agonist of the erythropoietin receptor in vitro and in vivo.

作者信息Jarrett J Adams, Levi L Blazer, Jacky Chung, Minoo Karimi, Taylor Davidson, Heather A Bruce, Alexander U Singer, Ning Yang, Lia Cardarelli, Isabelle Pot, Luigi Colombo, Lily Jun-Shen Huang, Yue Ma, Stephen W Michnick, Orson W Moe, Sachdev S Sidhu
PMID40960423
发布时间2025-10
DOI10.1002/pro.70292

实验完整度

包含体外细胞增殖与信号通路验证、体内敲入小鼠药效与药代分析、晶体结构解析及功能互补实验,多重证据层级支持结论。

主要模型

TF-1细胞 UT-7/Epo细胞 CHO细胞 人源化EPOR敲入小鼠

重点核对

Db-Fc蛋白的寡聚状态需通过SEC鉴定为Db-Fc、Tb-Fc2或Hb-Fc3 UT-7/Epo细胞增殖实验需使用无EPO和FBS的饥饿培养基并培养3天 体内实验使用C57BL/6背景的人源化EPOR敲入小鼠,给药剂量为1 mg/kg或2 mg/kg,腹腔注射 阳性对照darbepoetin的剂量为1 mg/kg

摘要

促红细胞生成素通过两个不同的位点结合不对称的EPOR二聚体,在造血细胞中启动EPOR信号传导。我们设计了二聚双抗体-Fc融合蛋白,在细胞增殖试验中似乎是人EPOR的有效激动剂。然而,对其寡聚形式的详细分析显示,主要的Db-Fc物种以高亲和力结合EPOR,但未能诱导细胞增殖。相反,一种次要的寡聚形式,被鉴定为假定的四抗体融合两个Fc结构域,被证明是最小的活性形式。四聚体激动剂的存在得到了晶体学的进一步支持,晶体学揭示了一种不对称的Tb结构。此外,与EPOR结合的抗原结合片段的结构揭示了一个不同于EPO结合位点的表位,结构建模表明,Tb上四个结合位点中的两个的参与可以形成一个不对称的EPOR二聚体,几乎与EPO招募的活性构象相同。在敲入小鼠模型中,小鼠EPOR被替换为人EPOR,纯化的Tb-Fc2刺激红细胞生成的效力、疗效和持续时间均优于darbepoetin,darbepoetin是领先的治疗性红细胞生成刺激剂的重组EPO。总的来说,这些发现表明,不对称的四价抗体如Tb-Fc2代表了有前途的下一代ESA,提供了增强的效力、疗效和耐久性。此外,它们可能降低与EPO多效性相关的致癌和心血管风险。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
能否设计出能有效激活促红细胞生成素受体(EPOR)并刺激体内红细胞生成的抗体激动剂?
核心机制
不对称四价抗体通过结合EPOR上不同于EPO结合位点的表位,招募并形成不对称的EPOR二聚体,其几何构型与EPO诱导的活性构象相似,从而激活EPOR信号。
主要证据
通过细胞增殖实验、免疫印迹、晶体结构解析和结构建模,证明Tb-Fc2是EPOR的强效激动剂,且在表达人EPOR的敲入小鼠中刺激红细胞生成的效力、疗效和持续时间均优于darbepoetin。
研究意义
这些发现表明不对称四价抗体代表了下一代ESA,可能具有更高的疗效和持久性,并可能降低EPO多效性相关的致癌和心血管风险。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

构建噬菌体展示双抗体文库

生成针对人EPOR的多样化的双抗体片段库,用于筛选结合物。

构建噬菌体展示Db文库,基于人源化框架,通过Gly5连接子连接VL和VH,对抗原有5轮筛选。

2

筛选和鉴定EPOR激动剂抗体

鉴定能结合人EPOR并诱导细胞增殖的Db-Fc蛋白。

通过ELISA、流式细胞术和细胞增殖实验筛选结合人和鼠EPOR的克隆,检测TF-1和UT-7/Epo细胞的增殖。

3

表征Db-Fc的寡聚状态和活性

确定Db-Fc蛋白的寡聚形式,并关联其EPOR激动活性。

通过尺寸排阻色谱分析Db-Fc蛋白的寡聚状态,并测试不同寡聚形式(Db-Fc、Tb-Fc2、Hb-Fc3)对UT-7/Epo细胞增殖的影响。

4

体内评估EPOR激动剂的促红细胞生成活性

评估Db-Fc变体在人源化EPOR敲入小鼠中刺激红细胞生成的能力。

将不同的Db-Fc变体腹腔注射到人源化EPOR敲入小鼠中,监测血细胞比容变化和血清抗体浓度。

5

解析不对称四抗体的晶体结构

确定活性寡聚体的原子结构,并解释其如何与EPOR相互作用。

对VL-VH 1.1蛋白进行结晶,并解析晶体结构;同时解析Fab 1.1与EPOR复合物的晶体结构。

6

结构建模和机制验证

验证Tb通过位点1和2形成不对称EPOR二聚体的模型,并确认其构象类似于EPO诱导的活性状态。

通过结构建模叠加Fab-EPOR复合物到Tb结构上,计算EPOR C末端距离;使用Gaussia荧光素酶蛋白片段互补实验验证EPOR二聚体的距离。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
TEV蛋白酶文中未明确说明--
Expi293表达系统ThermoFisher--
重组Protein-A亲和柱CytivaGE17-1279-03
IgG洗脱缓冲液Pierce--
TSKgel G3000SWxL色谱柱Sigma-Aldrich808541
TSKgel G3000SWxL保护柱Sigma-Aldrich808543
Superdex 75 Increase HiScale色谱柱GE Healthcare29321907
His标签EPOR蛋白Sino Biological10707-H08H
抗人Fc-HRPJackson Immunoresearch109-035-098
Octet HTX仪器ForteBio--
DMEM培养基ThermoFisher11995-073
促红细胞生成素Cell SciencesCRE600D
Cell-Titer Glo试剂盒PromegaG9242
RPMI培养基GibcoA10491-01
粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子R&D Systems7954-GM-010
NP-40裂解缓冲液文中未明确说明--
磷酸酶抑制剂ThermoFisher ScientificA32957
蛋白酶抑制剂ThermoFisher ScientificA32955
抗pJAK2 (Tyr1007/1008)兔单抗 C80C3Cell Signalling Technologies3776S
抗JAK2兔单抗 D2E12Cell Signalling Technologies3230S
抗STAT5 (A-9)抗体Santa Cruzsc-74442
抗pSTAT5 (Tyr694) (14H2)鼠单抗Cell Signalling Technologies9356
抗pSTAT3 (Tyr705)鼠单抗Cell Signalling Technologies9138S
抗STAT3 (79D7)兔单抗Cell Signalling Technologies4904S
抗pERK1/2 (Thr202/Tyr204)抗体Cell Signalling Technologies9101
抗ERK1/2 (MK1)抗体Santa Cruzsc-135900
抗pAKT (Ser473)抗体Cell Signalling Technologies9271
聚乙二醇8000----
CHES缓冲液----
乙二醇----
ViaFect转染试剂Promega--
腔肠素----
Spark 1507001200微孔板读数仪Tecan--
达贝泊汀α (Aranesp)Amgen--
Hemavet 950血液分析仪Drew Scientific--
AffiniPure山羊抗人IgG Fcγ片段特异性抗体Jackson ImmunoResearch--
TMB底物ThermoFisher--
BioTek Synergy HTX酶标仪BioTek--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
蛋白表达与纯化
表达系统:Expi293细胞;纯化方法:Protein-A亲和层析;缓冲液:PBS pH 7.4
阅读提示:Methods 4.3
分析型SEC
样品浓度:1 mg/mL;流动相:PBS;流速:0.5 mL/min;运行时间:40分钟;柱型号:TSKgel G3000SWxL
阅读提示:Methods 4.4
细胞增殖实验
细胞系:UT-7/Epo;饥饿培养基:DMEM无FBS和EPO;细胞密度:10,000细胞/孔;处理时间:3天;检测方法:CellTiter-Glo
阅读提示:Methods 4.10
体内实验
小鼠品系:人源化EPOR敲入小鼠(C57BL/6背景);给药途径:腹腔注射;剂量:1或2 mg/kg;监测期:至84天;血细胞比容检测:Hemavet 950
阅读提示:Methods 4.15
结构解析
VL-VH 1.1结晶条件:20% PEG8000, 100 mM CHES;使用微晶播种;数据收集于NECAT 24-ID-E束线
阅读提示:Methods 4.13