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Hintergrund der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Aminosäuresequenzvarianten-Anti-IgE-Antikörper und
speziell die medizinische Verwendung humanisierter Antikörper, die
zur differenziellen Bindung an FcεRI
und FcεRII
fähig sind.
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IgE
ist ein Mitglied der Immunglobulin-Familie, die allergische Reaktionen,
wie z. B. Asthma, Nahrungsmittelallergien, Typ-I-Hypersensitivität, und die
geläufigen,
weit verbreiteten Sinus-Entzündungen
vermitteln. IgE wird an der Oberfläche von B-Zellen exprimiert und von diesen sekretiert.
Durch B-Zellen synthetisiertes IgE wird in der B-Zellen-Membran
durch eine Transmembrandomäne
verankert, die durch eine kurze Membranbindungsregion an die reife
IgE-Sequenz gebunden ist. IgE ist auch über dessen Fc-Region an einen IgE-Rezeptor
niedriger Affinität
(FcεRII,
hiernach „FCEL") an B-Zellen (und
Monozyten, Eosinophile und Blutplättchen) gebunden. Wird ein
Säugetier
einem Allergen exponiert, werden B-Zellen klonal amplifiziert, die
IgE synthetisieren, die an das Allergen binden. Dieses IgE wiederum
wird durch die B-Zellen in den Kreislauf freigesetzt, wo es von
B-Zellen (über
EFCL) und von Mastzellen und Basophilen über den so genannten Hochaffinitäts-Rezeptor
(FcεRI,
hiernach „FCEH") gebunden wird,
der sich an der Oberfläche
der Mastzellen und Basophilen findet. Solche Mastzellen und Basophilen
werden dadurch für
Allergen sensibilisiert. Die nächste
Exposition eines Allergens vernetzt das FcεRI an diesen Zellen und aktiviert
folglich ihre Freisetzung von Histamin und anderen Faktoren, die
für klinische
Hypersensitivität
und Anaphylaxie verantwortlich sind.
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Die
Wissenschaft hat von Antikörpern
berichtet, die zur Bindung an FCEL-gebundenem IgE, nicht jedoch an IgE
fähig sind,
das an FCEH lokalisiert ist (siehe beispielsweise
WO 89/06138 und
US-Patent 4.940.782 ). Diese Antikörper sind
als klinisch vorteilhaft offenbart, da sie an IgE binden, das sich
an frei im Körper
zirkulierenden B-Zellen findet, jedoch nicht an FCEH binden und
folglich Mastzellen oder Basophilen nicht aktivieren. Zusätzlich sind
verschiedenartige Aminosäuresequenzvarianten
von Immunglobulinen bekannt, z. B. „chimäre" und „humanisierte" Antikör per (siehe
beispielsweise
US-Patent 4.816.567 ;
WO 91/09968 ;
EP 452.508 ; und
91/16927 ). Humanisierte Antikörper sind
Immunglobuline, Immunglobulinketten oder Fragmente davon (wie z.
B. Fv, Fab, Fab',
F(ab')
2 und
andere Antigen-bindende Untersequenzen von Antikörpern), die eine von nicht-humanem
Immunglobulin hergeleitete Minimalsequenz enthalten. Humanisierte Antikörper sind
größtenteils
humane Immunglobuline (Rezipienten-Antikörper), in denen Reste aus einer
Complementary-Determining-Region
(CDR) des Rezipienten durch Reste aus einer CDR einer nicht-humanen Spezies (Donor-Antikörper), wie
z. B. Maus, Ratte oder Kaninchen ersetzt sind, die die erwünschte Spezifität, Affinität und Kapazität aufweist.
In einigen Fällen
sind Fv-Gerüst-Reste
des Human-Immunglobulins durch entsprechende nicht-humane Reste ersetzt.
Darüber
hinaus kann ein humanisierter Antikörper Reste umfassen, die weder
im Rezipienten-Antikörper,
noch in den eingeführten
CDR- oder Gerüst-Sequenzen
vorhanden sind. Diese Modifizierungen werden durchgeführt, um
die Antikörperleistungsfähigkeit
weiter zu verfeinern und zu optimieren, wie unten ausführlicher
beschrieben werden wird. Ebenso sind monovalente und bispezifische
Antikörper
an sich bekannt.
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Es
ist allgemein wohlverstanden, dass FCEH ähnlich wie FCEL an (eine) Erkennungsstelle(n)
in der IgE-Konstant-(Fc-)Domäne
bindet. Die IgE Erkennungsstelle(n) für die beiden Rezeptoren sind
trotz der beträchtlichen,
auf das Problem gerichteten früheren
Bemühungen
nur schlecht definiert.
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Im
letzten Jahrzehnt sind mehrere Studien durchgeführt worden, um zu ermitteln,
welcher Teil des IgE-Moleküls
an der Bindung an FcεRI
und FcεRII
beteiligt ist. Im wesentlichen sind drei Ansätze versucht worden. Erstens
sind Peptide, die spezifischen Teilen der IgE-Sequenz entsprechen,
entweder als kompetitive Inhibitoren der IgE-Rezeptorbindung (Gurt
et al., Eur. J. Immun. 17, 437–440
(1987); Helm et al., Nature 331, 180–183 (1988); Helm et al., Proc.
Natl. Acad. Sci. 86, 9465–9469
(1989); Vercelli et al. Nature 338, 649–651 (1989); Nio et al., Peptide
Chemistry, 203–208
(1990)) oder zur Hervorbringung von Anti-IgE-Antikörpern verwendet
worden, die die IgE-Rezeptor-Wechselwirkung blockieren (Gurt et
al., Molec. Immun. 24, 379–389 (1987);
Robertson et al., Molec. Immun. 25, 103–113 (1988); Baniyash et al.,
Molec. Immun. 25, 705–711 (1988)).
Das effektivste kompetitive Inhibitorpeptid war eine Sequenz, die
1000fach weniger aktiv als IgE war (Gurt et al., Eur. J. Immun.
17, 437–440
(1987)).
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Helm
et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 86, 9465–9469 (1989) fanden, dass ein
den IgE-Resten 329–409 entsprechendes
Peptid die In-vivo-Sensibilisierung von humanen, basophilen Granulozyten
mit Human-IgE-Antikörpern
blockierte. Weitere Studien wiesen darauf hin, dass die Reste 395–409 für die Bindung des
329–409-Peptids
an FcεRI
nicht essentiell waren (Helm et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 86,
9465–9469 (1989)).
Es sei besonders erwähnt,
dass die unten beschriebenen IgE-Sequenz-varianten die Sequenz von Padlan et
al., Mol. Immun. 23, 1063 (1986) aufwiesen, dass jedoch die hierin
verwendeten Immunglobulin-Resteanzahlen jene von Kabat et al., Sequences
of Proteins of Immunological Interest (National Institutes of Health,
Bethesda, MD, 1987) sind.
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Vercelli
et al., Nature 338, 649–651
(1989) verwendeten rekombinante IgE-Peptide sowie monoklonale Anti-Fcε-Antikörper, um
die B-Zellen-(FcεRII-)Bindungsstelle
von Human-IgE zu untersuchen. Sie zogen denn Schluss, dass die FcεRII-Bindungsstelle
sich in Fcε3
nahe K399-V402 befindet.
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Burt
et al., Eur. J. Immun. 17, 437–440
(1987) untersuchten sieben Peptide gegen Ratten-IgE auf Konkurrenz
der Bindung an Ratten-Mastzellen. Ihr aktivstes Peptid, p129, war
1000fach weniger aktiv als IgE. p129 entspricht der Humansequenz
439–453,
die die EF-Schleife umfasst. Ein weiteres ihrer Peptide, p130, das
den Resten 396–419
in der Fcε3-Domäne entspricht,
wies keine Aktivität
auf.
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Robertson
et al., Molec. Immun. 25, 103–113
(1988) bewerteten IgE-Bindung durch ortsgerichtete Antikörper, die
durch mehrere synthetische Peptide induziert wurden. Sie zogen den
Schluss, dass die durch deren ε-Peptid-4
definierte Sequenz (den Resten 446–460 entsprechend) nicht signifikant
an der Rezeptorbindung beteiligt war, während die durch deren ε-Peptid-3
definierte Sequenz (den Resten 387–401 entsprechend) sich wahrscheinlich
proximal zur IgE-Rezeptor-Erkennungsstelle befindet.
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Nio
et al., Peptide Chemistry, 203–208
(1990) bewerteten zahlreiche Peptide in Bezug auf ihre Fähigkeit,
die Histaminfreisetzung durch Human-Basophile in vitro zu inhibieren.
Nur ein Peptid (Peptid 2, Tabelle 1) zeigte eine spezifische Inhibierung;
dieses Peptid umfasste die Reste 376–388. Jedoch wies ein größeres Peptid,
das diese Sequenz beinhaltete (Peptid 3, Tabelle 1), keine inhibitorische
Aktivität
auf.
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Zweitens
sind Mutationen in IgE teilweise erforscht worden. Schwarzbaum et
al., Eur. J. Immun. 19, 1015–1023
(1989) (s. o.) fanden, dass eine Punktmutante, P404H (P442H auf
Basis des hierin verwendeten Nummerierungssystems), eine 2fach herabgesetzte
Affinität
für FcεRI an Ratten-Basophilenleukämie-(RBL-)Zellen
aufwies, jedoch ist die Interpretation dieses Befunds umstritten
(Weetall et al., J. Immunol. 145, 3849–3854 (1990)).
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Drittens
sind chimäre
Moleküle
konstruiert worden. Human-IgE bindet nicht an den Maus-Rezeptor (Kulczycki
Jr. et al., J. Exp. Med. 139, 600–616 (1974)), während Nager-IgE
mit herabgesetzter Affinität
an den Human-Rezeptor bindet (Conrad et al., J. Immun. 130, 327–333 (1983));
Human-IgG1 bindet nicht an IgE-Rezeptoren (Weetall et al., J. Immun.
145, 3849–3854
(1990)). Auf Basis dieser Beobachtungen haben mehrere Forschungsgruppen
Human-Maus-Chimären
oder Human-IgE-IgG-Chimären
konstruiert. Weetall et al., J. Immun. 145, 3849–3854 (1990) stellten eine
Reihe von Human-IgG1-Maus-IgE-Chimären her und zogen den Schluss,
dass die Fcε2- und Fcε3-Domänen an der
Bindung von Maus-FcεRI
beteiligt sind, während
die Fcε4-Domäne wahrscheinlich
nicht an der Bindung an Maus-FcεRI
beteiligt ist (jedoch möglicherweise
an der Bindung an FcεRII
beteiligt ist) Jedoch sind diese Schlussfolgerungen ungewiss, da
sie in erster Linie auf das Fehlen der Bindung durch Chimären beruhen
und drei der fünf
Chimären
fehlten einige Zwischenketten-Disulfidbindungen.
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Nissim
et al., EMBO J. 10, 101–107
(1991) konstruierten eine Reihe von Human-Maus-IgE-Chimären und maßen die Bindung an RBL-Zellen
und zogen den Schluss, dass derjenige Teil von IgE, der mit hoher
Affinität
an den spezialisierten Fcε-Rezeptor an RBL-Zellen
bindet, Fcε3
zugeordnet werden könnte.
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Die
von diesen Autoren berichteten Ergebnisse (z. B. Helm et al. und
Burt et al.) sind unvereinbar. Weiters ist es im Falle von Anti-IgE-Antikörpern schwierig,
die Möglichkeit
unspezifischer Blockierung aufgrund sterischer Behinderung zu eliminieren
(Schwarzbaum et al., Eur. J. Immun. 19, 1015–1023 (1989)). Es ist offensichtlich,
dass in der Wissenschaft eine beträchtliche Verwirrung bezüglich derjenigen
Domänen
von IgE-Fc herrscht, die an der Bindung von IgE an FCEH bei der
Erhaltung der für
die IgE-Bindung an FCEH verantwortlichen IgE-Konformation beteiligt
sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Allgemein
gesprochen betrifft die vorliegende Erfindung Antikörper, die
zur Bindung an FcεRII-gebundenes
IgE fähig
sind, die jedoch zur Bindung an FcεRI-gebundenes IgE im Wesentlichen
unfähig
sind, sowie ihre therapeutische Verwendung und ihre Verwendung zur
Herstellung von Medikamenten zur Behandlung oder zur Prophylaxe
von Allergien.
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Gemäß einem
der Aspekte stellt die vorliegende Erfindung einen Antikörper bereit,
der zur Bindung an FcεRII-gebundenes
IgE fähig
ist, der jedoch im Wesentlichen zur Bindung an FcεRI-gebundenes
IgE unfähig ist,
umfassend einen humanen Rezipienten-Antikörper, in den an einer oder
mehreren der Positionen 30, 30b, 30d, 33, 53, 91, 92, 93 und 94
der Leichtketten und Positionen 27, 28, 29, 29a, 31, 33, 34, 50,
52, 53, 54, 55, 58, 95, 97, 98, 99, 100 und 101 der Schwerkette
Reste aus analogen Positionen im Donor-Antikörper MEA11, MAE13 oder MAE15
mit den in Seq.-ID Nr. 2 bis 7 dargelegten Leicht- und Schwerketten-Aminosäuresequenzen
substituiert worden sind, oder einen Donor-Antikörper, der die Charakteristika
des MEA11-Antikörpers
besitzt, insbesondere bezüglich
der Bindung von löslichem
IgE, Bindung IgE- tragender
B-Zellen, Blockierung der IgE-Bindung an FcεRI und FcεRII, In-vitro-Inhibierung der IgE-Produktion
und Unfähigkeit
zur Bindung an IgE-beschichtete Basophile, zur therapeutischen Verwendung.
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Eine
der bevorzugten Ausführungsformen
ist ein Antikörper,
der die Schwer- und Leichtkettensequenzen von humae11ver.1, 2, 3,
4, 5, 6, 7, 7a, 8, 8a, 8b oder 9 umfasst, worin humae11ver.1 die
Schwer- und Leichtketten-Aminosäuresequenzen
aufweist, wie sie in Seq.-ID Nr. 8 und 9 dargestellt sind, und humae11ver.2–9 die Schwer-
und Leichtketten-Aminosäuresequenzen
von humae11ver.1 aufweisen und weiters die in Tabelle 5 gezeigten
Modifikationen einschließen.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform
ist ein Antikörper,
der die Schwer- und Leichtketten-Aminosäuresequenzen von humae11ver.1
aufweist, wie sie in Seq.-ID Nr. 8 und 9 dargestellt sind, wobei
die besagte Schwerkettensequenz an Position 60 mit Asparagin, an
Position 61 mit Prolin und Position 67 mit Isoleucin substituiert
ist.
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Die
differenziell bindenden Polypeptide dieser Erfindung sind zweckdienlich
in diagnostischen Verfahren für
IgE-Rezeptoren oder in der Therapie von IgE-vermittelten Störungen,
wie z. B. Allergien. Sie sind ferner zweckdienlich in der Herstellung
von Antikörpern,
die zur Bindung von IgE-Regionen fähig sind, die an der Rezeptorbindung
teilnehmen.
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In
einer der Ausführungsformen
dieser Erfindung werden Varianten-IgE-Antikörper zur Anwendung in der Diagnose
oder zur Therapie oder Prophylaxe von allergischen und anderen IgE-vermittelten
Störungen
bereitgestellt. In besonderen Ausführungsformen dieser Erfindung
werden Anti-IgE-Variantenantikörper
bereitgestellt, in denen ein oder mehrere Human-(Rezipienten-)Leichtkettenreste
4, 13, 19, 24, 29, 30, 33, 55, 57, 58, 78, 93, 94 oder 104, oder
Schwerkettenreste 24, 37, 48, 49, 54, 57, 60, 61, 63, 65, 67, 69,
78, 82, 97 oder 100 modifiziert worden sind, vorzugsweise durch
Substitution mit dem Rest, der an der entsprechenden Position im
Donor-(vorzugsweise Maus-)Antikörper
auftritt. In bevorzugten Ausführungsformen
sind die gewählten
Reste die Leichtkettenreste 13, 19, 58, 78 oder 104, oder die Schwerkettenreste 49,
49, 60, 61, 63, 67, 69, 82 oder 82c, und sind insbesondere bevorzugt
die Schwerkettenreste 60, 61 oder der Leichtkettenrest 78.
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In
anderen Ausführungsformen
stellen die Erfinder Antikörper
bereit, die zur Bindung von FCEL-gebundenem IgE fähig sind,
die jedoch im Wesentlichen unfähig
sind, FCEH-gebundenes IgE zu binden oder Histaminfreisetzung aus
Mastzellen oder Basophilen zu induzieren, umfassend eine Kabat-CDR-Domäne, in die
ein positionsanaloger Rest aus einer Kabat-CDR-Domäne der Maus-Anti-huIgE-Antikörper MAE11, MAE13,
MAE15 oder MAE17 substituiert worden ist. Ebenso werden hierin bispezifische
Antikörper
und IgE-monovalente Antikörper
bereitgestellt; und humanisierte Antikörper, die eine Affinität für IgE aufweisen,
die ungefähr
das 0,1- bis 100fache jener von MAE11 beträgt.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 stellt
die Sequenz von Human-IgE-Fcε2
und Fcε3
dar (Seq.-ID Nr. 1). Diese spezielle Sequenz stammt aus Padlan et
al., Molec. Immun. 23, 1063–1075
(1986). Die Reste sind gemäß Kabat
(s. o.) nummeriert. „X"-Reste sind aufgenommen,
um die Padlan-IgE-Sequenz dem Kabat-Nummerierungssystem anzugleichen.
Sequenzen, die bei der Herstellung verschiedener IgE-Mutanten verändert worden
sind, sind unterstrichen; fett gedruckte Zahlen unter den Linien
zeigen die Mutantenzahl an. β-Strang-Reste sind überstrichen; Schleifenreste
sind durch alle jene Reste definiert, die zwischen zwei β-Strängen liegen.
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2 stellt
Leicht- und Schwerkettensequenzen für MAE11 (Seq.-ID Nr. 2 und
3), MAE13 (Seq.-ID Nr. 4 und 5) und MAE15 (Seq.-ID Nr. 6 und 7)
dar.
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3 stellt
Schwer- und Leichtkettensequenzen für HuMae11V1 (Seq.-ID Nr. 8
und 9) dar.
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4a und 4b stellt
die prozentuelle Inhibierung der IgE-Bindung an FCEL- bzw. FCEH-Rezeptoren
durch den monoklonalen Maus-Antikörper Mae11 sowie 3 humanisierten
Varianten (v1, v8 und v9) dar.
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5a–5d vergleichen
die Bindung der MAE11-, MAE15- und MAE17-Antikörper an verschiedene huIgE-Varianten
dar. MAE1 wird als Kontrolle bereitgestellt, die sowohl an B-Zellen,
als auch an Mastzellen-gebundenes IgE bindet. Die Identität der in
den Kästchen
jeder Figur zusammengestellten Mutanten ist Tabelle 11 dargestellt.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Die
IgE-Analogon-Polypeptide dieser Erfindung enthalten eine Aminosäuresequenz,
die zu der eines natürlich
auftretenden IgE homolog ist und die Fähigkeit aufweist, spezifisch
oder differenziell an FCEL oder FCEH zu binden, jedoch, in unterschiedlichem
Ausmaß,
nicht an beide. Der Grad an Homologie solcher Polypeptide mit Wildform-IgE
ist nicht entscheidend, da nur genug IgE-Sequenz beibehalten werden
muss, um dem IgE das differenzielle oder spezifische Binden an einen
oder zwei Rezeptoren zu ermöglichen.
Im Allgemeinen werden die Polypeptide dieser Erfindung IgE-Fc-Analoga
und ungefähr
80% bis 99% homolog zu einer Polypeptidsequenz einer natürlich auftretenden
IgE-Schwerketten-Fc-Region sein. Homologie wird mittels herkömmlicher
Verfahren ermittelt, in denen alle Substitutionen als nicht homolog
(ob konservativ oder nicht konservativ) betrachtet werden und in
denen die Sequenzen angeglichen werden, um maximale Homologie zu
erzielen.
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Es
versteht sich, dass die hierin genannten IgE-Fc-Restenummern jene
von Kabat sind. Bei der Anwendung der Reste-Lehren dieser Erfindung
auf andere IgE-Fc-Domänen ist
es notwendig, die gesamte Kandidat-Sequenz mit der Sequenz in 1 zu
vergleichen, um die Reste anzugleichen und die Restenummern zu korrelieren.
Zusätzlich
kann die Identität
von gewissen einzelnen Resten an jeder gegebenen Kabat-Stellen-Nummer
wegen Interspezies- oder Allel-Divergenz von IgE zu IgE variieren.
Wenn zum Beispiel angegeben wird, dass Substitutionen am Rest R383
(Human-IgE) eingeführt
werden, versteht sich, dass damit die Einführung einer Substitu tion an
derselben Stelle im IgE gemeint ist, obwohl genau diese Stelle (in
Schleife AB) an einer anderen Restenummer lokalisiert sein kann
oder im Eltern- oder Start-IgE
durch einen Rest repräsentiert
sein kann, der von dem durch Kabat beschriebenen verschieden ist.
Jedoch werden hierin aus Gründen der
Klarheit und Einfachheit die Restenummern und Identitäten der
Kabat-Human-IgE-Schwerkettensequenzen verwendet. Es sei angemerkt,
dass einige Kabat-Reste in der Pedlan-Sequenz deletiert wurden,
wobei in diesem Fall das Kabat-Nummerierungssystem durch Insertion
eines mit „X" bezeichneten Spacer-Restes
(siehe 1) erhalten wird.
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Auf ähnliche
Weise wird das Kabat-System verwendet, um die bei der Herstellung
von Varianten-, z. B. humanisierten Anti-IgE-Immunglobulinen, wie
z. B. IgG, IgE, IgA oder IgD verwendeten Immunglobulin-Reste zu
bezeichnen. In bevorzugten Ausführungsformen
wird die Rezipienten-Human-Immunglobulin-Stelle gemäß den Kabat-Untergruppen-III-(VH-)Konsens- und κ-Untergruppen-I(VL-)Konsens-Sequenzen
nummeriert. Um zu ermitteln, welche Donor-Reste diesen Kabat-Konsens-Resten
entsprechen, werden die Sequenzen maximal angeglichen, Lücken wie
erforderlich eingeführt,
wobei die Cystein-Reste der variablen Domäne als hauptsächliche
Wegweiser verwendet werden. Es sei angemerkt, dass CDRs von Antikörper zu
Antikörper
beträchtlich
variieren (und per definitionem keine Homologie mit den Kabat-Konsens-Sequenzen
aufweisen). Die maximale Angleichung von Gerüst-Resten (insbesondere die
Cysteine) erfordert häufig
die Einfügung
von „Spacer"-Resten in das Nummerierungssystem,
die für
die Fv-Region des Donor-Antikörpers zu
verwenden sind. Zum Beispiel der unten genannte Rest „29a". Dieser stellt einen
zusätzlichen
Rest dar, der sich in der murinen Donor-Antikörper-VH1-CDR
findet, für
den in der Konsens-Sequenz kein Gegenstück existiert, wobei seine Insertion
jedoch erforderlich ist, um die maximale Angleichung von Konsens-
und Donor-Sequenzen zu erhalten. In der Praxis also wird ein humanisierter
Antikörper
(ver. 1), der aus diesem Donor hergestellt wird, VH1 mit
Rest 29a enthalten.
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Die
differenziell bindenden Polypeptide dieser Erfindung enthalten typischerweise
ungefähr
5 bis 250 Reste, die homolog zu einer IgE-Schwerketten-F-Region
sind, werden jedoch für
gewöhnlich
ungefähr
10 bis 100 solcher Reste enthalten. Für ge wöhnlich werden die IgE-Fc3-
und Fc4-Regionen zugegen sein, wobei die Fc3-Region Reste bereitstellt, die direkt
an der Rezeptorbindung beteiligt sind und Fc4 zugegen ist, um die Konformationsintegrität sicherzustellen.
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Im
Allgemeinen ist das IgE Human-IgE, obgleich IgE aus Tieren, wie
z. B. Ratten-, Maus-, Pferde-, Rinder-, Katzen- oder Schweine-IgE
eingeschlossen ist. Wie oben angemerkt, wird eine Variation der
Reste-Identitäten
und Nummern für
diese IgEs im Vergleich zur Sequenz in 1 vorhanden
sein.
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FCEH
und FCEL sind als der an Mastzellen oder Basophilen auftretende,
hochaffine IgE-Rezeptor (FCεRI,
Ishizaka et al., Immunochemistry 7, 687–702 (1973)) bzw. als der niedrigaffine
Rezeptor (FCεRII
oder CD23) definiert, der an Zellen auftritt, die an der Entzündung beteiligt
sind, wie z. B. an Monozyten, Eosinophilen und Blutplättchen,
sowie an B-Zellen (Capron et al., Immun. Today 7, 15–18 (1986)).
FCEH und FCEL umfassen Allele und vorherbestimmte Aminosäuresequenzvarianten
davon, die IgE binden. Obwohl FCEH mehrere Polypeptidketten enthält, muss
nur die Bindung von Kandidat-Polypeptiden an dessen Alpha-Kette
gemessen werden, da die Alpha-Kette derjenige Teil von FCEH ist,
der IgE bindet.
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Differenzelle
Bindung bedeutet, dass das Polypeptid an eines von FCEL oder FCEH
im Ausmaß von zumindest
ungefähr
75% desjenigen Ausmaßes
bindet, mit dem das homologe, native IgE an diesen Rezeptor bindet,
jedoch zu nicht mehr als ungefähr
20% desjenigen Ausmaßes
an den anderen Rezeptor bindet, mit dem das homologe IgE an den
anderen Rezeptor bindet. Die Bindung wird durch die Tests des Beispiels
3 ermittelt. In diese Erfindung aufgenommen sind Polypeptide, die
in einem höheren
Ausmaß als
natives IgE zur Bindung an einen der beiden Rezeptoren fähig sind.
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Varianten-Anti-huIgE-Antikörper
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Varianten-Anti-huIgE-Antikörper wurden
hergestellt, indem zuerst eine Gruppe monoklonaler Maus-Antikörper erhalten
wurde, die zur Bindung an FCEL, nicht jedoch an FCEH fähig waren.
8 solche monoklonalen Maus-Antikörper,
bezeichnet als MAE10, MAE11, MAE12, MAE13, MAE14, MAE15, MAE16 und MAE17,
wurden durch herkömmliche
Verfahren erhalten, die das Immunisieren von Mäusen mit Human-IgE oder einem
aus Resten 315–547
von huIgE bestehenden Polypeptid und das Screenen auf Anti-IgE-Aktivität umfassten.
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MAE11/15
und MAE13 erkennen unterschiedliche Epitope. Das MAE13-Epitop scheint
dreidimensional in Nachbarschaft einer Schlüsselkomponente der FCEH-Bindungsstelle von
IgE lokalisiert zu sein (belegt jedoch diese Stelle nicht unmittelbar),
da bei hohen MAE13-Konzentrationen eine geringe Menge Histamin freigesetzt
wird, was darauf hinweist, dass eine gewisse eingeschränkte, Antikörper-vermittelte
Vernetzung von FECH mit MAE13 auftritt. MAE17 war in der Unterdrückung der
B-Zellen-IgE-Synthese
trotz der Tatsache, dass MAE11 und MAE13 eine höhere IgE-Affinität aufwiesen, höchst effektiv.
Dies kann auf seine Fähigkeit zurückgeführt werden,
die Komplementfixierung zu vermitteln (er wies ein IgG2a-Isotop
auf und enthielt folglich ein zur Auslösung der Effektorfunktion fähiges Fc).
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Von
MAE11 und MAE15 wird angenommen, dass sie dasselbe IgE-Epitop erkennen.
Beide Antikörper hatten
bestimmte ungewöhnliche
Eigenschaften in ihrer Aminosäuresequenz
gemeinsam. Beispielsweise enthielt die CDR1 der Leichtkette von
jedem 3 Asparaginsäurereste.
CDR3 der Schwerketten von MAE11 und MAE15 enthielten 3 Histidinreste
(bzw. enthielten 2 Argininreste).
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Antikörper, wie
z. B. die vorangehenden, mit den gewünschten IgE-Bindungseigenschaften
können weiter
modifiziert werden. Solche Modifizierungen fallen in zwei allgemeine
Klassen. In der ersten Klasse werden die Antikörper dahingehend modifiziert,
dass sie monovalent für
IgE sind. Dies bedeutet, dass nur ein „Arm" des Antikörpers, d. h. eine Leicht-Schwerketten-Gabel
des Antikörpers
zur Bindung von IgE fähig
sein soll. Der verbleibende Fv-„Arm" des Antikörpers (oder Arme im Falle von
IgM) ist spezifisch für
ein zweites (Nicht-IgE-)Antigen, zur Bindung irgendeines Antigens
unfähig
oder vollständig
deletiert. Folglich umfasst der Ausdruck IgE-monovalent polyvalente
Antikörper,
die für
IgE monovalent sind. Die besten Ergebnisse könnten mit der zweiten Alternative
erhalten werden, da diese die Struktur des Antikörpers am getreusten erhalten
und dem Antikörper
möglicherweise
die längste
zirkulierende Halbwertszeit verleihen würde. IgE-monovalente, für FCEL-gebundenes
IgE spezifische Antikörper
umfassen im Optimalfall genügende
Fc-Domänen
der Schwerketten, um zur Komplementbindung und Ausübung von
Effektorfunktionen fähig
zu sein.
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Das
zweite Antigen, das von einer der Ausführungsformen des IgE-monovalenten
Antikörpers
erkannt wird, ist eines, das bei indirekter Vernetzung an FCEL durch
den Antikörper
hierin keinerlei toxische oder schädliche Reaktion hervorruft,
d. h. das zweite Antigen ist nicht FCEH und ist im Allgemeinen eines,
das sich im zu behandelnden Tier nicht findet (um unerwünschte Adsorption
des Antikörpers
an Geweben und Protein innerhalb des Körpers zu vermeiden). Folglich
ist das zweite Antigen für
gewöhnlich
nicht FCEL (kann es aber sein). Jedoch wird das zweite Antigen unter
gewissen Umständen
ein im zu behandelnden Patienten vorhandenes Protein sein, z. B.
wo solche Proteine als Träger
oder Depotfreisetzer für
die therapeutischen Antikörper hierin
dienen sollen.
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Solche
monovalenten IgE-Antikörper
werden durch an sich bekannte Verfahren hergestellt. Beispielsweise
wird DNA, die für
Anti-IgE-Fv-Schwer- und Leichtketten kodiert, an DNA ligiert, die
für das
Fc eines Human-Rezipienten-Antikörpers
kodiert. Zusätzlich
wird DNA bereitgestellt, die für
Schwer- und Leichtketten eines Antikörpers kodiert, der zur Bindung
eines zweiten Antigens oder nicht identifizierten Antigens fähig ist, oder
die für
Schwer- und Leichtkette kodiert, bei denen eine ausreichende Zahl
von Resten aus den CDRs deletiert ist, so dass Nicht-IgE-Antigen-Bindung nicht länger auftreten
kann. Ein herkömmlicher
rekombinanter Wirt wird mit allen vier DNAs transformiert und die
Produkte gewonnen. Unter Annahme zufälliger Kettenverteilung wird
eine Subpopulation von Antikörperprodukten
einen Arm mit Anti-IgE-Schwer- und Leichtkette und zumindest einen
weiteren Arm mit Spezifität
für ein
zweites Antigen oder kein Antigen enthalten. Die gewünschte Subpopulation
wird dann durch herkömmliche
Verfahren gereinigt, z. B. durch Immunaffinitätsadsorption oder mittels Molekularsieb.
Diese Antikörper
können
auch durch Reduktion der ur sprünglichen
Antikörper,
gefolgt von oxidativen Kettenrekombination hergestellt werden, wie
sie vordem bei der Herstellung von monovalenten Antikörpern angewendet
worden ist (siehe beispielsweise Glennie et al., Nature 295, 712 (1982)).
-
Zusätzlich zur
IgE-Monovalenz werden die Antikörper
in anderen Ausführungsformen
dahingehend modifiziert, dass sie einen maximalen Anteil von Humansequenz
enthalten (entsprechend der Erhaltung erforderlicher oder erwünschter
Aktivität),
d. h. sie werden in Chimären
umgewandelt oder humanisiert. In beiden Fällen ist die funktionelle Wirkung,
die Anti-IgE-Bindungsfähigkeit
des Maus- oder eines anderen Donor-Antikörpers in ein Human-Milieu zu
platzieren, um ihn so nicht-immunogen wie möglich zu machen. Es sind allgemeine
Verfahren zur Herstellung von Chimären und zur Humanisierung von
Antikörpern
bekannt (wie oben erwähnt).
Eine minimale Menge einer nicht-humanen Antikörpersequenz wird in den Rezipienten-Human-Antikörper substituiert.
Typischerweise werden nicht-humane Reste in VH,
VL, VH-VL-Schnittstelle oder Gerüst des Rezipienten-Human-Antikörpers substituiert.
Im Allgemeinen sind die Kabat-CDRs humanisierter Antikörper zu
ungefähr
80% und typischer ungefähr
90% homolog zu nicht-humanen Donor-CDRs. Die VH-VL-Schnittstellen- und Gerüst-Reste des humanisierten Antikörpers sind
andererseits zu ungefähr
80%, für
gewöhnlich
ungefähr
90% und vorzugsweise ungefähr
90% homolog zum Rezipienten-Human-Antikörper. Die
Homologie wird durch maximale Angleichung identischer Reste ermittelt.
Der resultierende Antikörper
ist (a) weniger immunogen im Menschen als ein Maus-Antikörper und
(b) fähig
zur Bindung an FCEL-gebundenes huIgE, jedoch im Wesentlichen unfähig zur
Bindung an FCEH-gebundenes huIgE. Solche Antikörper umfassen typischerweise
einen Human-Antikörper,
der mit einem Aminosäurerest
aus einer Complementary-Determining-Region (CDR), VL-VH-Schnittstelle
oder einer Gerüst-Region
eines nicht-humanen Anti-IgE-Antikörpers substituiert ist, der
zur Bindung fähig
ist. Eine oder mehrere und vorzugsweise alle der nicht-humanen CDRs L1,
L2, L3, H1, H2 oder H3 werden in den Human-Antikörper-Rezipienten substituiert.
-
Die
Charakteristika, die der MAE11-Antikörper innehatte, waren für die therapeutische
Anwendung bevorzugt. Da MAE11 an lösliches IgE band, an IgE-tragende
B- Zellen band, die
IgE-Bindung an niedrig- und hochaffinen IgE-Rezeptor blockierte,
die In-vitro-IgE-Produktion inhibierte und nicht an IgE-beschichtete
Basophile band, wurde er als Donor-Antikörper für die Humanisierung ausgewählt. Der
Rezipienten-Antikörper war Kabat-Human-Kappa-(Leicht-)Untergruppe
I und Human-Untergruppe-III-Schwerkette, obwohl es sich versteht,
das jeder andere Human-Antikörper
in geeigneter Weise verwendet werden kann. Überraschenderweise wurden optimale
Ergebnisse nicht einfach durch Substitution der Maus-CDRs anstelle
der CDRs in einem Rezipienten-Human-Antikörper erhalten (3;
Tabelle 4 unten). Stattdessen war es notwendig, die hydrophoben
Donor-Gerüst-Reste,
wie z. B. VH 78, 48, 49, 63, 67, 69; 82
oder 82c, oder VL 13, 19, 58, 78 oder 104
wiederherzustellen, um ein Ausmaß an Inhibierung der IgE-Bindung
zu erzielen, das jenem des Donor-Antikörpers ähnlich war. Da die Funktion
dieser Reste die Ausbildung der Konformation von CDRs ist, sind
sie im Allgemeinen nicht an der Außenseite des Antikörpers exponiert
und daher sollte die Verwendung der murinen Reste keine signifikante
Auswirkung auf die Immunogenität
haben. Andere Nicht-CDR-Reste, die eine Wirkung auf die Bindung
ausüben,
umfassten VH 60, 61, 37, 24 und VH 50, 52, 58 und 95 (Nicht-CDR nach Cothia,
und VL 4, VL 33
(Nicht-CDR nach Cothia) und VL 53 (Nicht-CDR
nach Cothia). Die hydrophoben Reste des Human-Gerüsts werden
im Allgemeinen mit anderen hydrophoben Resten substituiert (speziell
jenen aus dem Donor-Antikörper),
wie z. B. Valin, Isoleucin, Leucin, Phenylalanin oder Methionin.
Die verbleibenden Nicht-CDR-Reste werden mit irgendeinem anderen
Aminosäurerest
substituiert, jedoch wiederum bevorzugt der an der analogen Stelle
auftretende murine Rest.
-
Im
Allgemeinen wird der Charakter des Anti-IgE-Antikörpers durch
Substituieren, Deletieren oder Insertieren eines Restes an oder
nahe den VL-Stellen 30, 30b, 30d, 33, 55,
57, 58, 78, 93, 94 oder 104 (Reste 30, 30a, 30b, 30c, 30d sind unter
Bezugnahme auf die Sequenz DYDGD in der Leichtkettensequenz, die
in 3 dargestellt ist, genau bestimmt) und/oder des
VH-Reste 24, 37, 48, 49, 54, 57, 60, 61,
63, 65, 67, 69, 78, 82, 82c, 97, 100a oder 100c verbessert.
-
Die
Position VH-78 wird insbesondere bevorzugt
mit Phenylalanin substituiert. Jedoch wird sie auch mit Leucin,
Valin, Isoleucin, Methionin, Alanin oder jedem anderen Rest substituiert,
der eine Verbesserung der Eigenschaften des Antikörpers bewirkt
(siehe unten).
-
Die
Position VH-60 wird insbesondere bevorzugt
mit Asparagin substituiert, obgleich eine Substitution mit Glutamin,
Histidin, Lysin, Arginin oder jedem anderen Rest, der die Eigenschaften
des Antikörpers
verbessert, im Schutzumfang dieser Erfindung enthalten ist.
-
Die
Position VH-61 wird insbesondere bevorzugt
mit Prolin substituiert, obgleich Glycin, Alanin, Valin, Leucin,
Isoleucin oder jeder andere Rest, der die Eigenschaften des Antikörpers verbessert,
ebenfalls geeignet sind.
-
CDR-Reste
wurden aus dem Donor-MaE11 eingebracht. Diese umfassten vier Inserte
in VL1 30a–30d sowie 91–94 (VL3), VH1 27–29, 29a,
31, 33 und 34, VH2 53–55 und VH3 97–101. VL 30, 30b oder 30d sowie VH 97,
100a oder 100c sind wichtig, um der CDR die Fähigkeit zur Bindung von IgE
zu verleihen.
-
Die
VH-Positionen 97, 100a und 100c in humae11
(humanisierter Mae11) sind alle Histidin und 2 sind Arginin in MaE15.
Diese Reste sicht wichtig für
die IgE-Bindung. Einer, zwei oder drei von diesen werden durch Substitution
mit basischen Resten, insbesondere Lysin oder Arginin, jedoch auch
mit Alanin, Glycin, Valin, Isoleucin, Serin, Threonin, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Asparagin,
Glutamin, Methionin, Phenylalanin, Tyrosin, Tryptophan oder Prolin
modifiziert.
-
Die
VL-Positionen 30, 30b und 30d von humae11
sind für
die Bindung von IgE ebenfalls wichtig. In humae11 wird jede dieser
Positionen vom sauren Rest Asparaginsäure belegt. Sie werden in anderen
Ausführungsformen
durch Glutaminsäure
substituiert, können
jedoch auch mit Alanin, Glycin, Valin, Isoleucin, Serin, Threonin,
Asparagin, Glutamin, Methionin, Phenylalanin, Tyrosin, Tryptophan
oder Prolin substituiert werden. Es liegt im Schutzumfang dieser
Erfindung, die Ladungen an den Positionen VL 30,
30b und 30d mit jenen an VH 97, 100a und
100c umzukehren, und zwar durch Einsetzen von Asparaginsäureresten
in die drei VH-Stellen (2 im Fall von humanisiertem
MaE15) und Histidin in die drei VL-Stellen.
-
Reste
können
auch benachbart den VH-Positionen 97, 100a,
100c, 61 oder 61, oder VL-Resten an Positionen
30, 30b, 30d oder 78 insertiert werden. Insertierte Reste werden
im Allgemeinen der gleichen Art sein, z. B. würde ein saurer Rest in Nachbarschaft
zu VL-30, 30b oder 30d insertiert werden,
während
ein basischer Rest in Nachbarschaft zu VH-97,
100 oder 100c insertiert wird. Die Reste an diesen Stellen können auch
deletiert werden.
-
Humanisierte
IgE-monovalente Antikörper
sind ebenfalls im Schutzumfang dieser Erfindung enthalten. In diesem
Fall erweitert sich die Humanisierung auch auf den Anti-IgE-Arm, wenn erforderlich,
auf den/die verbleibenden Arm(e). Nicht-IgE-bindende Arme können selbstverständlich aus
Human-Antikörpern
stammen und erfordern in einem solchen Fall keine Humanisierung.
-
Die
vorangegangenen Variationen werden durch Einführung von Mutationen in die
DNA, die für
die Vorläuferform
des Antikörpers
kodiert, und Exprimieren der DNA in rekombinanter Zellkultur oder
dergleichen bewerkstelligt. Dies wird durch herkömmliche Verfahren ortsgerichteter
Mutagenese erzielt. Die Varianten werden dann in an sich bekannten
Tests auf die gewünschte
Eigenschaft hin gescreent. Im Fall von Anti-huIgE umfasst die gewünschte Eigenschaft
die Erhöhung
der Antikörperaffinität für huIgE,
Erhöhung
seiner Kapazität und
Spezifität
für FCEL-gebundenes
IgE, Erhöhung
der zur Stimulierung von Histaminfreisetzung aus Mastzellen oder
Basophilen erforderlichen Antikörperkonzentration,
Herabsetzung der Immunogenität
in Menschen und andere Verbesserungen, die dem gewöhnlich Fachkundigen
offensichtlich sind. Die Optimierung dieser Eigenschaften erfordert
häufig
das Abwägen
einer Verbesserung gegen eine andere und ist daher eine Ermessenssache
und hängt
von den durch die beabsichtigte Verwendung des Antikörpers auferlegten
Leistungsparametern ab.
-
Es
wird bevorzugt, ein Human-IgG1 (oder einen anderen Komplement-fixierenden
Antikörper)
als das Rezipienten-Immunglobulin für die Humanisierung zu verwenden,
obgleich IgG2, IgG3, IgG4, IgE, IgM, IgD oder IgA ebenso als Rezipienten
verwendet werden können.
Vorzugsweise ist der Rezipient ein Komplement-fixierender IgG-Antikörper oder
ein IgG-Antikörper,
der zur Teilnahme an ADCC fähig
ist.
-
Therapeutische, diagnostische und präparative
Verwendungen
-
Die
Anti-IgE-Antikörper
hierin sind nützlich
bei der Identifizierung von IgE-Aminosäuresequenzvarianten, in denen
die FCEL- oder FCEH-bindenden Domänen modifiziert worden sind.
FCEL- oder FCEH-spezifische Kandidat-Polypeptide werden mit diesen
Antikörpern
inkubiert und Analoga, an die diese Antikörper nicht binden, werden für die weitere
Evaluierung, z. B. Ermittlung ihrer FCEH- bzw. FCEL-Rezeptorbindungseigenschaften
ausgewählt.
Jeder Antikörper,
ob aus Maus, Mensch oder einer anderen Tierspezies stammend, oder eine
Variante davon, wie z. B. die oben beschriebenen humanisierten Immunglobuline,
der die epitopische Spezifität
von irgendeinem der Antikörper
MAE10–MAE17
(speziell MAE11/15, MAE13 oder MAE17) aufweist, ist gleichermaßen annehmbar.
Solche Antikörper
können
leicht identifiziert werden, und zwar durch Immunisierung eines
geeigneten Tieres oder durch Anwendung eines In-vitro-Fv-Selektionssystems,
z. B. Phagemid, mit IgE des geeigneten tierischen Ursprungs und
Screenen der Tiere oder Produkte auf Antikörper mit der Fähigkeit,
mit MAE11/15, 13, 17 oder anderen Antikörpern, die im Wesentlichen
dieselbe(n) epitopische(n Stelle(n) wie die hierin beschriebenen
binden, um IgE zu konkurrieren. Wie erwähnt sind die Antikörper bei
therapeutischer Anwendung wünschenswerterweise
monovalent für
FCEL-gebundenes IgE. Sie können
bivalent und/oder bispezifisch sein, wenn sie verwendet werden,
um IgE aus Plasma, Serum oder rekombinanter Zellkultur zu reinigen.
-
Die
Anti-IgE-Antikörper
(speziell jene mit herabgesetzter Immunogenität) sind in Therapien für die Behandlung
oder Prophylaxe von Allergien zweckdienlich.
-
Die
Antikörper
werden typischerweise an einen Patienten verabreicht, von dem bekannt
ist, dass er gegen ein Allergen sensibilisiert ist, vorzugsweise
vor einer akuten allergischen Reaktion. Dosierungen und Verabreichungsweg
hängen
von den Zusatzfunktionalitäten,
die den Antikörper
begleiten (z. B. zytotoxische Agenzien, Immunglobulin-Effektorfunktionen
usw.), dem Zustand des Patienten (einschließlich der Population von B-Zellen
oder Mastzellen und Basophilen), der Halbwertszeit des Antikörpers, der
Affinität
des Antikörpers für seinen
Rezeptor und anderen, dem Kliniker bekannten Parametern ab. Als
allgemeine Richtlinie wird man aus Bluttests die Menge von Target-Zellen
bestimmen, die im Patienten zirkulieren und die Menge von Antikörper bestimmen,
um endogenes IgE zu verdrängen
oder mit IgE wirksam zu konkurrieren, wobei die Population von FCEH-Rezeptoren
sowie die Halbwertszeit und Affinität des Antikörpers für IgE berücksichtigt wird.
-
Therapeutische
Polypeptide werden über
intravenöse,
intrapulmonale, intraperitoneale, subkutane oder andere geeignete
Wege verabreicht. Vorzugsweise werden die Polypeptide s. c. (subkutan)
oder i. v. (intravenös) über einen
Zeitraum von ungefähr
1 bis 14 Tagen wie benötigt
verabreicht. Im Falle der Unterdrückung der IgE-Synthese würde man
die Menge von Anti-IgE-Antikörper
bestimmen, die erforderlich ist, um einen wesentlichen Teil der
IgE-sekretierenden B-Zellen-Population zu unterdrücken oder
abzutöten.
Die Inhibierung oder Unterdrückung
der B-Zellen-Population umfasst entweder Herabsetzungen der IgE-Sekretion oder
die Verminderung der Gesamtzahl IgE-sekretierender B-Zellen oder
beides. Kandidat-Dosierungen können
leicht durch die Verwendung von In-vitro-Zellkulturen oder Tiermodellen
ermittelt werden.
-
Die
Therapie allergischer Störungen
mit Anti-FCEL-gebundenem IgE kann optional mit anderen bekannten
Therapien für
Allergien erzielt werden. Diese umfassen die Verabreichung von Gamma-Interferon,
Allergen-Desensibilisierung, Herabsetzung der Exposition mit Allergen,
Behandlung mit Antihistaminen und dergleichen.
-
BEISPIEL 1
-
Herstellung monoklonaler Antikörper gegen
IgE
-
Acht
monoklonale Antikörper
mit der Fähigkeit
zur Blockierung der Bindung von IgE an das FCEH wurden verwendet.
Diese monoklonalen Antikörper,
bezeichnet als MAE10–MAE17,
wurden auf folgenden Weise hergestellt. Gereinigtes Human-IgE wurde
aus Überständen von
U266B1-Zellen (ATCC TIB 196) mittels Affinitätschromatographie an einem
vorher isolierten Anti-IgE-Antikörper
(Genentech MAE1, obgleich andere Anti-huIgE-Antikörper gleichermaßen zweckdienlich
sind) hergestellt. Für
MAE12 wurden fünf
weibliche BALB/c-Mäuse
im Alter von 6 Wochen in ihre Fußsohlen mit 10 μg des gereinigten
IgE in Ribi-Adjuvant immunisiert. Nachfolgende Injektionen wurden
in derselben Weise eine und drei Wochen nach den anfänglichen
Immunisierungen durchgeführt.
Drei Tage nach der letzten Injektion wurden die Inguinal- und Popliteallymphknoten
entfernt und gepoolt, und eine Einzelzellsuspension hergestellt,
indem das Gewebe durch ein Stahlsieb gepresst wurde. Für MAE14,
MAE15 und MAE13 wurden die Immunisierungen in ähnlicher Weise durchgeführt mit
der Ausnahme, dass für
MAE13 30 μg
IgE je Injektion verwendet wurden und IgE 315–547 als Perfusions-Boost verwendet
wurde; für
MAE10 und MAE11 wurden Injektionen subkutan in zwei Dosen von 100 μg und einem
letzten Boost von 50 μg
verabreicht, und Milzzellen wurden verwendet, und Milzzellen wurden
für die
Fusionen verwendet. Die Zellen wurden in einem Verhältnis von
4:1 mit Mausmyelom P3X63-Ag8.653 (ATCC CRL 1580) in glucosereichem
Medium (DMEM), das 50% w/v Polyethylenglykol 4000 enthielt, fusioniert.
-
Fusionierte
Zellen wurden in einer Dichte von 2 × 105 je
Napf in 96-Napf-Gewebekulturplatten ausplattiert. Nach 24 Stunden
wurde selektives HAT-Medium (Hypoxanthin/Aminopterin/Thymidin, Sigma
Chemical Company, Nr. H0262) zugesetzt. Von 1440 ausplattierten
Näpfen
enthielten 365 wachsende Zellen nach der HAT-Selektion.
-
Fünfzehn Tage
nach der Fusion wurden Überstände unter
Anwendung eines Enzyme-Linked-Immunosorbent-Assay (ELISA) auf die
Anwesenheit von Human-IgE- spezifischen
Antikörpern
getestet. Der ELISA wurde wie folgt durchgeführt, wobei alle Inkubationen
bei Raumtemperatur erfolgten. Testplatten (Nunc Immunoplate) wurden
für 2 Stunden
mit Ratten-Anti-Maus-IgG (Boehringer Mannheim, Nr. 605-500) bei
1 μg/ml
in 50 mM Natriumcarbonatpuffer, pH 9,6 beschichtet, dann mit 0,5%
Rinderserumalbumin in phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS)
für 30
Minuten geblockt, dann vier Mal mit 0,05% Tween 20 enthaltendem
PBS (PEST) gewaschen. Testüberstände wurden
zugesetzt und zwei Stunden unter Schütteln inkubiert, dann vier
Mal mit PEST gewaschen. Human-IgE (gereinigt aus U266-Zellen wie
oben beschrieben) wurde mit 0,5 μg/ml
zugesetzt und für
eine Stunde unter Schütteln
inkubiert, dann vier Mal in PEST gewaschen. Meerrettich-Peroxidase-konjugiertes
Ziege-Anti-Human-IgE
(Kirkegaard und Perry Labs, Nr. 14-10-04, 0,5 mg/ml) wurde in einer Verdünnung von
1:2.500 zugesetzt und für
eine Stunde inkubiert, dann vier Mal mit PEST gewaschen. Die Platten
wurden entwickelt, indem 100 μl/Napf
einer Lösung,
die 10 mg o-Phenylendiamin-Dihydrochlorid (Sigma Chemical Company,
Nr. p8287) und 10 μl
einer 30%igen Wasserstoffperoxidlösung in 25 ml Phosphat-Citratpuffer,
pH 5,0 enthielt, zugegeben und für
15 Minuten inkubiert wurde. Die Reaktion wurde durch Zugabe von 100 μl/Napf 2,5
M Schwefelsäure
gestoppt. Die Daten wurden durch Lesen der Platten in einem automatischen ELISA-Plattenlesegerät bei einer
Absorption von 490 nm erhalten. Für MAE12 wurden 365 Überstände getestet
und 100 waren spezifisch für
Human-IgE. Ähnliche
Häufigkeiten
der IgE-Spezifität
wurden erhalten, wenn auf die anderen Antikörper gescreent wurde. Alle
der hierin beschriebenen monoklonalen Antikörper waren von IgG1-Isotyp
mit Ausnahme von MAE17, der ein IgG2b war, und MAE14, der ein IgG2a
war.
-
Jeder
der IgE-spezifischen Antikörper
wurde in Tests auf Zellen-Basis und Plattentests weiter getestet, um
auf Antikörper
zu selektieren, die an IgE in der Weise banden, dass sie die IgE-Bindung
an FECH inhibierten und die zur Bindung an FCEH-gebundenes IgE unfähig sind. Die Ergebnisse dieser
Tests sind unten in Tabelle 1a und Tabelle 1b dargestellt.
-
-
-
1. FACS-basierende Tests zur Analyse von
monoklonalen Maus-Anti-Human-IgE-Antikörpern.
-
Screening der Bindung von monoklonalem
Maus-Anti-Human-IgE-Antikörper
an IgE an CHO 3D10 (FcERI Alpha+).
-
- a. CHO 3D10-Zellen (FcERI-Alphakette-stabiler
Transfektant; Hakimi et al., J. Biol. Chem. 265, 22079) mit 5 × 105 Zellen je Probe werden mit U266 IgE-Standard
(Chargen-Nr. 13068-46) bei 10 μg/ml
in 100 μl FACS-Puffer
(0,1% BSA, 10 mM Natriumazid in PBS, pH 7,4) für 30 Minuten bei 4°C inkubiert,
gefolgt von einem Waschvorgang mit FACS-Puffer. Das Ausmaß der IgE-Bindung
wird durch Inkubieren eines Aliquots von IgE-beladenen Zellen mit
einem polyklonalen, FITC-konjugierten Kaninchen-Anti-Human-IgG (Accurate
Chem. Co. AXL-475F, Chargen-Nr. 16) bei 50 μg/ml für 30 Minuten bei 4°C, gefolgt
von drei Waschvorgängen
mit FACS-Puffer ermittelt.
- b. IgE-beladene Zellen werden mit 100 μl Maus-Anti-Human-IgE-Hybridom-Überstand (Maus-IgG-Konzentration
im bereich von 1 bis 20 μg/ml)
für 30
Minuten bei 4°C
inkubiert, gefolgt von einem Waschvorgang mit FACS-Puffer. Ein monoklonaler
Anti-Human-IgE-Antikörper
(MAE1) von Genentech mit 10 μg/ml
wird als positive Bindungskontrolle verwendet. Der monoklonale Antiköper von
Genentech (MAD 6P), der IgE nicht erkennt, wird bei 10 μg/ml als
negative Kontrolle verwendet.
- c. Die Bindung der monoklonalen Antikörper an Human-IgE an CHO-Zellen
wird detektiert durch Inkubieren von Zellen mit 20 μg/ml FITC-konjugiertem,
F(ab)2-affinitätsgereinigtem
Ziege-Anti-Maus-IgG (Organon Teknica Kat.-Nr. 10711-0081) für 30 Minuten
bei 4°C,
gefolgt von drei Waschvorgängen
mit FACS-Puffer. Die Zellen werden 400 μl Puffer zugegeben, der 2 μg/ml Propidiumiodid
(Sigma Kat.-Nr. P4170) enthält,
um abgestorbene Zellen zu färben.
- d. Zellen werden an einem FACSCAN-Durchflusszytometer von Becton
Dickinson analysiert. Vorwärts-Lichtstreuungs-
und 90-Grad-Seitenstreuungs-Gates werden eingestellt, um eine homogene
Population von Zellen zu analysieren. Abge storbene Zellen, die sich
mit Propidiumiodid anfärben,
werden von der Analyse ausgeschlossen. Hybridom-Überstände, die IgE an CHO-3D10-Zellen
nicht binden, wurden als Kandidaten für weiteres Screening betrachtet.
-
2. Histamin-Freisetzung aus Peripherblut-Basophilen.
-
Heparinisiertes
Blut wurde aus normalen Spendern erhalten und 1:4 in einem modifizierten
Tyrodes-Puffer (25 mM Tris, 150 mM NaCl, 10 mM CaCl2,
MgCl2, 0,3 mg/ml HSA, pH 7,35) verdünnt, dann
mit 1 nM Human-IgE (ND) bei 4°C
für 60
Minuten inkubiert. Zellen wurden dann dem Tyrodes-Puffer zugesetzt,
der entweder die monoklonalen Maus-Anti-IgE-Antikörper (10
mg/ml) oder ein polyklonales Anti-Human-Antiserum als positive Kontrolle enthielt,
und bei 37°C
für 30
Minuten inkubiert. Die Zellen wurden pelletiert, das Histamin in Überständen acetyliert
und der Histamingehalt unter Verwendung eines RIA-Sets (AMAC Inc.,
Wesbrook, Main) bestimmt. Gesamthistamin wurde aus Zellen bestimmt,
die mehreren Einfrier- und Auftau-Zyklen unterworfen worden waren.
Die prozentuelle Histaminfreisetzung wurde als nM Histamingehalt
im Überstand – nM spontan
freigesetztes Histamin dividiert durch nM Gesamthistamin in der
Probe berechnet.
-
3. Blockierung der FITC-konjugierten IgE-Bindung
an die FcERI-Alpha-Kette.
-
Die
Wirkung der Antikörper
auf die IgE-Bindung wurde untersucht, indem FITC-markiertes IgE
mit verschiedenen Mae-Antikörpern
bei 37°C
für 30
Minuten in PBS, das 0,1% BSA und 10 mM Natriumazid, pH 7,4 enthielt,
vorinkubiert und der Komplex dann mit 5 × 105 3D10-Zellen
bei 4°C
für 30
Minuten inkubiert wurde. Die Zellen wurden dann drei Mal gewaschen
und die mittlere ?Kanal-Fluoreszenz bei 475 nM gemessen. Ein Maus-Anti-Human-IgE-mAb
(Mae1), der die IgE-Bindung an die FcERI-Alpha-Kette nicht blockiert, wurde als Kontrolle
verwendet.
-
4. Analyse der Maus-Anti-Human-IgE-Bindung
an die Membran-IgE-positive B-Zelle U266
-
- a. U266 B1-Zellen (Membran-IgE +) wurden in
Basalmedium kultiviert, das mit 15% hitzeinaktiviertem fötalem Kälberserum
(Hyclone Kat.-Nr. A-1111-L), Penicillin, Streptomycin (100 Units/ml)
und L-Glutamin (2 mM) ergänzt
war.
- b. Zellen (5 × 105/Aliquot) werden in 100 μl FACS-Puffer, der monoklonale
Maus-Anti-Human-IgE-Antikörper
zu 10, 5, 1 0,5 und 0,1 μg/ml
enthält,
für 30
Minuten auf Eis in 96-Napf-Rundboden-Mikrotiterplatten inkubiert,
gefolgt von zwei Waschvorgängen
mit FACS-Puffer. Der monoklonale Antikörper MAE1 von Genentech wurde
als positive Kontrolle verwendet.
- c. Zellen werden in 100 μl
FACS-Puffer, der 50 μg/ml
(1:20-Stammlösung)
FITC-konjugiertes, F(ab')-2-affinitätsgereinigtes
Ziege-Anti-Maus-IgG (Organon Teknika Kat.-Nr. 1711-0084) enthält, für 30 Minuten
auf Eis inkubiert, gefolgt von drei Waschvorgängen mit FACS-Puffer. Die Zellen
werden 400 μl
FACS-Puffer zugegeben, der 2 μg/ml
Propidiumiodid enthält,
um abgestorbene Zellen anzufärben.
-
5. FACS-basierende Bindungstests an FcERII-(C23+-)B-Zelle
IM9
-
- a. FACS-Analyse der IgE-Bindung an FcERII-(CD23-)(+)-B-Zelllinie
IM9. Das IM9-Human-B-Zellen-Myelom ATCC CCL 159 (Ann. N. Y. Acad.
Sci. 190, 221–234
(1972)) wurde in GIF-Basalmedium mit 10% hitzeinaktiviertem, fötalem Kälberserum,
Penicillin, Streptomycin (100 Units/ml) und L-Glutamin (2 mM) gehalten.
- b. Zellen (5 × 105 Aliquot) wurden in 100 ml FACS-Puffer,
der 2 μg/ml
U266-IgE-Standard
enthielt, für
30 Minuten bei 4°C
in 96-Napf-Mikrotiterplatten inkubiert, gefolgt von 2 Waschvorgängen mit
FACS-Puffer. Als Kontrolle wurden Zellen in Puffer alleine oder
in Puffer inkubiert, der 2 μg/ml
Human-IgG1 (Behring Diagnostics Kat.-Nr. 400112, Chargen-Nr. 801024)
enthielt.
- c. Zellen wurden dann mit monoklonalen Maus-Anti-Human-IgE-Antikörpern bei
0,1 bis 10 μg/ml
für 30
Minuten auf Eis inkubiert. Der monoklonale Antikörper MAE1 von Genentech wurde
als positive Kontrolle verwendet.
- d. Zellen wurden in 100 μl
FACS-Puffer, der 50 μg/ml
FITC-konjugiertes F(ab')2-Ziege-Anti-Maus-IgG
(Organon Teknika Kat.-Nr. 1711-0084) enthielt, für 30 Minuten bei 4°C inkubiert,
gefolgt von 3 Waschvorgängen
mit FACS-Puffer.
- e. Zellen wurden 400 μl
Puffer zugegeben, der 2 μg/ml
Propidiumiodid enthielt, um abgestorbene Zellen anzufärben.
- f. Zellen wurden an einem FACSCAN-Durchflusszytometer von Becton
Dickinson analysiert. Vorwärts-Lichtstreuungs-
und 90-Grad-Seitenstreuungs-Gates wurden eingestellt, um eine homogene
Population von Zellen zu analysieren und abgestorbene Zellen, die
sich mit Propidiumiodid anfärbten,
wurden von der Analyse ausgeschlossen. FITC-positive Zellen (IgE-Bindung)
wurden in Bezug auf Zellen analysiert, die mit FITC-Kaninchen-Anti-Human-IgE
alleine gefärbt
waren.
- g. Als positive Kontrolle zur Ermittlung des CD23-Levels an
der Oberfläche
von IM9-Zellen wurde in jedem Experiment ein Aliquot von Zellen
mit monoklonalem Maus-Leu 20-Antikörper (Anti-CD23) von Becton
Dickinson bei 10 μg/ml
für 30
Minuten bei 4°C
gefärbt,
gefolgt von 2 Waschvorgängen.
Die Zellen wurden dann mit FITC-konjugiertem, f(ab')-2-affinitätsgereinigtem
Ziege-Anti-Maus-IgG bei 50 μg/ml
inkubiert.
-
6. Antikörper-Blockierung der FITC-konjugierten
IgE-Bindung an den niedrigaffinen IgE-Rezeptor.
-
Die
Bindung von 40 nM FITC-markiertem IgE an den niedrigaffinen IgE-Rezeptor
(CD23), exprimiert an der B-Lymphoblastenzelle IM-9 wurde mittels
Durchflusszytometrie an einem FACSCAN-Durchflusszytometer analysiert.
Die Wirkung der Antikörper
auf die FITC-IgE-Bindung wurde untersucht, indem FITC-IgE mit den
Maus- Anti-Human-Antikörpern bei
0,1 bis 10 μg/ml
vorinkubiert, bei 37°C
für 30
Minuten in 0,1% BSA und 10 mM Natriumazid, pH 7,4 enthaltendem PBS
?chimärisiert
und der Komplex mit 5 × 105 Zellen bei 4°C für 30 Minuten inkubiert wurde.
Die Zellen wurden dann drei Mal gewaschen und die mittlere Kanal-Fluoreszenz bei
475 nM gemessen.
-
7. IgE-In-vitro-Testprotokoll
-
- a. Einkernige Peripherblut-Zellen wurden aus
normalen Spendern getrennt.
- b. Zellen wurden gründlich
mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung gewaschen, um so viele
Blutplättchen wie
möglich
zu entfernen.
- c. Einkernige Zellen wurden gezählt und mit 1 × 106 Zellen/ml resuspendiert. (Medien = DMEM
+ Pen/Strep + 15% Pferdeserum + IL-2 (25 U/ml) + IL-4 (20 ng/ml)).
- d. Antikörper
wurden in geeigneten Konzentrationen am Tag 0, 5 und 8 zugesetzt.
- e. Kulturen wurden in 24-Napf-Falcon-Gewebekulturplatten für 14 Tage
inkubiert.
- f. Am Tag 14 wurden Überstände entfernt
und mittels einem IgE-spezifischen ELISA-Protokoll auf IgE-Konzentrationen
hin getestet.
-
8. Die Affinitätskonstante (kd) von Maus-mAb
für Human-IgE
wurde durch Gleichgewichtsbindung (Scatchard-Analyse) wie folgt
ermittelt:
-
- a. IgE-(ND- und PS-)Allotypen wurden mit dem
Chloramin-T-Verfahren iodiert und mit einer PD10 Sephadex-G25-Säule (Pharmacia
Kat.-Nr. 17-0851-01) in RIA-Puffer:PBS, 0,5% Rinderserumalbumin
(Sigma Kat.-Nr. A-7888), 0,05% Tween 20 (Sigma Kat.-Nr. P-1379),
0,01% Thimerosal (Sigma Kat.-Nr. T-5125), pH 7,4 von freiem 125I Na getrennt. Ungefähr 78–95% der Strahlung nach der
Säule wurden
mit 50% Trichloressigsäure
präzipitiert
und die spezifische Aktivität
der iodinierten IgE- Präparate lag
im Bereich von 1,6 bis 13 μCi/μg unter Annahme
einer Zähleffizienz
von 70%.
- b. Eine festgesetzte Konzentration von 125I-IgE
(ungefähr
5 × 104 cpm) wurde variierenden Konzentrationen von
unmarkiertem IgE (1 bis 200 nM) in einem Endvolumen von 0,1 ml RIA-Puffer
in 12 × 75
mm Polypropylenröhrchen
zugesetzt. Maus-Anti-Human-IgE-mAbs
(20 nM Endkonzentration) in 0,1 ml RIA-Puffer wurden dann für ein End-Testvolumen
von 0,2 ml zugesetzt.
- c. Proben wurden 16–18
Stunden bei 25°C
unter stetigem Rühren
inkubiert.
- d. Gebundenes und freies 125I-IgE wurden
durch Zugabe eines 0,3 ml-Gemisches
von affinitätsgereinigtem Ziege-Anti-Maus-IgE
(Boehringer Mannheim Kat.-Nr. 605 208), gekoppelt an CNBr-aktivierte
Sepharose 4B (Kat.-Nr. 17-0430-01) und Träger-Protein A-Sepharose (Repligen
Kat.-Nr. IPA 300) in RIA-Puffer getrennt und 1 bis 2 Stunden bei
25°C unter
stetigem Rühren
inkubiert. RIA-Puffer (1 ml) wurde dann zugesetzt und die Röhrchen 5
Minuten bei 400 × g
zentrifugiert. Die Proben wurden gezählt, um die Gesamtaktivität zu ermitteln.
Die Überstände wurden
mit einer fein ausgezogenen Pasteurpipette abgesaugt, Proben nochmals
gezählt
und die gebundenen versus freien Zählwerten berechnet.
- e. Die Scatchard-Analyse wurde unter Anwendung eines Fortran-Programms
(Scanplot) auf Basis des von P. Munson am NIH geschriebenen Liganden-Programms
durchgeführt.
Scanplot verwendet eine Massenwirkungs-Gleichungsanpassung von "Gebunden" als Funktion von "Gesamt" unter Anwendung
der Rodbard-Regressionsanalyse.
-
BEISPIEL 2
-
Herstellung von Varianten-IgE
-
Auf
Basis des IgE-Fc-Modells von Padlan und Davies (Mol. Immunol. 23,
1063 (1986)), das auf der Kristallstruktur von Human-IgG1-Fc basiert
(Deisenhofer, Bio chem. 20, 2361–2370
(1981)), wurde eine Reihe von Mutanten konstruiert, die verwendet
werden könnten,
um die Bindung von Human-IgE an seine Rezeptoren zu testen. Diese
Mutanten werden als Emut 1–13
bezeichnet und sind unten in Tabelle 2 aufgezählt. Die Fcε3-Domäne besteht aus sieben β-Strängen, die
eine β-Faltblattstruktur
bilden, die für
alle Immunglobulindomänen
charakteristisch ist; es gibt sechs Schleifen, die diese sieben β-Stränge verbinden.
Die Erfinder beziehen diese Schleifen auf die 2 β-Stränge, die sie verbinden, z.
B. verbindet die Schleife AB die β-Stränge A und B.
Die Erfinder haben Mutanten von Human-IgE konstruiert, in denen
sie fünf
der Fcε3-Domänen-Schleifen
mit ihren Gegenstücken
aus Human-IgG1 substituiert haben (Tabelle 2, 1–5). Die sechste Schleife enthält die Glykosylierungsstelle
im IgE sowie IgG und wurde daher nicht verändert. Eine der Mutanten (Tabelle
2, 6) wurde durch Austauschen von Human-Fcε3-β-Strang D gegen sein Human-IgG1-Fcgamma2-Gegenstück hergestellt.
Sieben zusätzliche
Mutanten (Tabelle 2, 7–13)
bestanden aus der Substitution von Ala-Resten in die Fcε3-β-Stränge und
eine Schleife in Fcε2.
-
Ein
Human-IgE-Gen wurde aus U266, einer öffentlich zugänglichen
Zelllinie kloniert. Das Gen wurde in einen früher beschriebenen Phagemid-Vektor
kloniert, der den Human-Cytomegalovirus-Enhancer und Promotor, ein
5'-Intron und das
sv40-Polyadenylierungssignal enthält (Gorman et al., DNA and
Prot. Eng. Techn. 2, 3–10
(1990)). Die Mutagenese wurde mit dem Kunkel-Verfahren (T. A. Kunkel,
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82, 488–492 (1985)) unter Verwendung
von Puffern und Enzymen durchgeführt,
die mit dem Muta-gene-Phagemid In-vitro-Mutagenese-Set von BioRad
bereitgestellt werden, gemeinsam mit Oligonucleotiden, die für die unten
in Tabelle 2 gezeigten Human-IgG1-Sequenzen kodieren. Die Sequenzen
der mutierten IgE-DNAs
wurden nur an der Mutationsstelle unter Anwendung der
35S-Didesoxy-Sequenzierung überprüft. TABELLE
2
- 1 Schleife = 1
B-Strang = β
- 2 Sequenzen in eckigen Klammern stammen
von Mutanten, in denen Alaninreste und nicht IgG-Sequenzen verwendet wurden, um die IgE-Target-Sequenz
zu ersetzen. Reste in runden Klammern wurden in diesen Mutanten
nicht verändert.
-
Die
mutierten IgEs wurden in Human-Urnieren-293-Zellen vorübergehend
exprimiert (Gorman et al., s. o.), an einer Maus-Anti-Human-IgE-Antikörper-Affinitätssäule gereinigt
und Proben mittels SDS-PAGE analysiert, um sicherzustellen, dass
die mutierten Proteine das richtige Molekulargewicht aufwiesen.
-
BEISPIEL 3
-
Löslicher
FCEH-Bindungstest
-
Dieser
Test ist ein Zweiphasen-Inhibierungs-ELISA, der ausschließlich die
Bindung an das FCEH misst. In diesem Test werden ELISA-Platten mit
einem monoklonalen Antikörper
gegen FCEH in einer Konzentration von 1 μg/ml in 50 mM Natriumcarbonat,
pH 9,6 für
zwei Stunden bei Raumtemperatur beschichtet und für zwei Stunden
mit 0,5% Rinderserumalbumin enthaltendem PBS geblockt, dann drei
Mal mit ELISA-Waschpuffer
gewaschen. Mutanten-IgE-Proben werden dann den Näpfen zugesetzt und für eine bis
zwei Stunden inkubiert. Das überschüssige Mutanten-IgE
wird durch Absaugen entfernt und dann wird biotinyliertes IgE mit 50
ng/ml für
15 Minuten zugesetzt, gefolgt von fünf Waschvorgängen mit
ELISA-Waschpuffer. An Meerrettich-Peroxidase konjugiertes Streptavidin
(Sigma Chemical Company Nr. S5512) wurde in einer Verdünnung von
1:500 für
15 Minuten zugesetzt, dann drei Mal mit ELISA-Waschpuffer gewaschen. Die Farbentwicklung erfolgte
mit einem Tetramethylbenzidin-Peroxidase-Substratsystem (Kirkegaard & Perry Labs Nr.
50-76-00, Chargen-Nr. NA 18) für
sieben Minuten bei 25°C.
Die Reaktion wurde durch Zugabe von 1 M HCl gestoppt. Die Fähigkeit
der IgE-Mutante, an FCEH zu binden, wird durch das Ausmaß ermittelt,
in dem die Bindung des biotinylierten IgE verhindert wird. Dieser
Test wurde kreiert, um auf etwaige FCEH-Bindung durch das Mutanten-IgE
zu testen, und ist nicht als Bestimmung der Affinität der Mutante
für FCEH
bezüglich
nativem IgE anzusehen.
-
FACS-basierte Bindungstests für U266-IgE-Mutanten
-
Gewebekulturüberstände aus
mit U266-IgE-cDNA transfektierten 293s-Zellen wurden entweder 48 oder
96 Stunden nach der Transfektion geerntet. Gewebekulturüberstände wurden
mit Amicon Centriprep 30®-Zentrifugalkonzentratoren
(30.000 MW-Cutoff) 5fach konzentriert. Die konzentrierten Überstände wurden über eine
Affinitätssäule mit
monoklonalem Maus-Anti-U266-IgE (Genentech MAE1 gekoppelt an CNBr-Sepharose)
geschickt. U266-IgE wurde mit 3,0 M Kaliumcyanat in 50 mM Trispuffer,
pH 7,8 eluiert. Protein enthaltende (bestimmt durch O. D. 280 nm)
Elu atfraktionen wurden gepoolt und in Amicon Centricon 30®-Konzentratoren
gegeben. Der Eluatpuffer wurde gegen PBS ausgetauscht, indem mehrmals
PBS durch den Konzentrator filtriert wurde. Das Endvolumen des affinitätsgereinigten Überstands
lag im Bereich von 0,5 bis 1 ml. Die strukturelle Intaktheit der
rekombinanten IgE-Mutanten
wurde an 1–12%igen
SDS-PAGE-Gelen analysiert und mit U266-IgE-Standard verglichen, der aus der U266-Zelllinie
erhalten wurde. Die Mutanten wurden auch auf ihre Fähigkeit
hin analysiert, an eine Reihe von monoklonalen und IgE-Antikörpern zu
binden, um die richtige Faltung und strukturelle Übereinstimmung
mit nativem IgE weiter zu ermitteln. Die Konzentration von immunreaktivem
IgE für
jede IgE-Mutante wurde mit einem Human-IgE-Capture-ELISA wie folgt
bestimmt. Nunc-Immunoplate-Maxisorp®-Platten
(Nunc Nr. 4-39451) wurden über
Nacht bei 4°C
mit einem Maus-IgG1-Anti-U266-IgE (MAE1) von Genentech bei 1 μg/ml in Beschichtungspuffer
(50 mM Natriumcarbonatpuffer, pH 9,6) beschichtet. Der Beschichtungsantikörper wurde
durch drei Waschvorgänge
mit ELISA-Waschpuffer (0,05% Tween 20 (US Biochemical Corporation
Nr. 20605) in PBS) entfernt. Unspezifische Stellen wurden mit ELISA-Verdünnungspuffer
(50 mM Tris-gepufferte Kochsalzlösung,
enthaltend 0,5% BSA (Sigma Chemical Company Nr. A-7888), 0,05% Tween
20 und 2 mM EDTA) für
zwei Stunden bei 25°C
auf einem Kreisschüttler
geblockt. Der Verdünnungspuffer
wurde durch dreimaliges Waschen mit ELISA-Verdünnungspuffer entfernt. Zweifach-Reihenverdünnungen
der IgE-Mutanten in ELISA-Verdünnungspuffer
wurden der Platte zugesetzt. 1000, 500, 250, 125, 62,5, 31,3 und
15,6 ng/ml U266-IgE-Standard (Charge 13068-46) wurde in zweifacher Ausführung als
Standard zugesetzt. Proben und Standard wurden für zwei Stunden bei 25°C inkubiert,
gefolgt von dreimaligem Waschen mit ELISA-Waschpuffer. IgE wurde
mit HRP-konjugiertem Schaf-Anti-Human-IgE (ICN Nr. N060-050-1) 1:8000
in ELISA-Verdünnungspuffer
für 90
Minuten bei 25°C
detektiert, gefolgt von 3 Mal Waschen mit ELISA-Waschpuffer. Das
HRP-Konjugat wurde mit einem Tetramethylbenzidin-Peroxidase-Substratsystem
(Kirkegaard & Perry
Labs Nr. 50-76-00, Chargen-Nr. NA 18) für 7 Minuten bei 25°C entwickelt.
Die Reaktion wurde durch Zugabe von 1 M HCl gestoppt. Das Reaktionsprodukt
wurde mit einem Zweiwellenlängen-Spektralphotometer
bei 450 nm abzüglich
der Absorption bei 570 nm analysiert. Die U266-IgE-Standards wurden verwendet,
um eine Standardkurve zu erzeugen und die IgE-Konzentrationen der
Probe wurden durch nicht-parametrische, lineare Regressionsanalyse
extrapoliert.
-
FcERI-Alpha(+)-CHO-3D10-(FCEH
exprimierende) und FcERII-(CD23)-(+)-IM9-(FCEL exprimierende)B-Zelllinien wurden
für die
Bindungstests verwendet. Der stabil transfektierte CHO-(duk-)Zellklon
3D10 (JBC 265, 22079–22081
(1990)) wurde in Iscove-modifizierten Dulbecco-Medien gehalten,
die mit 10% hitzeinaktiviertem, fötalem Kälberserum, 80 μg/ml Gentamycinsulfat
und 5 × 10–7 M
Methotrexat ergänzt
waren. Das IM9-Human-B-Zellen-Myelom ATCC CCL 159. (Ann. N. Y. Acad.
Sci. 190, 221–234
(1972)) wurde in GIF-Basalmedium mit 10% hitzeinaktiviertem, fötalem Kälberserum,
Penicillin, Streptomycin (100 Units/ml) und L-Glutamin (2 mM) gehalten.
Als positive zur Ermittlung des CD23-Levels an der Oberfläche von
IM9-Zellen wurde in jedem Experiment ein Aliquot von Zellen mit
monoklonalem Maus-Leu 20-Antikörper (Anti-CD23)
von Becton Dickinson bei 10 μg/ml
für 30
Minuten bei 4°C
gefärbt,
gefolgt von 2 Waschvorgängen
in FACS-Puffer. Die Zellen wurden dann mit FITC-konjugiertem, F(ab')-2-affinitätsgereinigtem
Ziege-Anti-Maus-IgG bei 5 μg/ml
inkubiert. Anhaftende Zellen wurden durch Inkubation mit 10 mM EDTA
in PBS für
2 Minuten bei 37°C
von den Gewebekulturplatten entfernt. Die Zellen wurden gezählt, dann
in FACS-Puffer (0,1% BSA, 10 mM Na-Azid in PBS, pH 7,4) in einer
Konzentration von 5 × 106/ml resuspendiert. CHO3D10- und IM9-Zellen
(5 × 105/Aliquot) wurden für 30 Minuten bei 4°C in 96-Napf-Mikrotiterplatten
in 100 μl
FACS-Puffer inkubiert, der U266-IgE-Standard oder IgE-Mutanten mit
2 μg/ml
enthielt, gefolgt von zweimaligem Waschen mit FACS-Puffer. Als Kontrolle wurden
Zellen mit Puffer alleine oder 2 μg/ml
Human-IgG1 (Behring Diagnostics Nr. 400112, Chargen-Nr. 801024)
enthaltendem Puffer inkubiert. Die Zellen wurden dann in 100 μl FACS-Puffer,
der FITC-konjugiertes Kaninchen-Anti-Human-IgE bei 20 μg/ml (Accurate
Chem. Co. Nr. AXL 475F, Chargen-Nr. 040A) enthielt, für 30 Minuten
bei 4°C
inkubiert, gefolgt von 3-maligem Waschen mit FACS-Puffer. 400 μl Puffer,
der 2 μg/ml
Propidiumiodid enthielt, wurde der Zellsuspension zugesetzt, um
abgestorbene Zellen anzufärben.
Die Zellen wurden an einem FACSCAN-Durchflusszytometer von Becton
Dickinson analysiert. Vorwärts-Lichtstreuungs-
und 90-Grad-Seitenstreuungs-Gates wurden eingestellt, um eine homogene
Population von Zellen zu analysieren und abgestorbene Zellen, die
sich mit Propidiumiodid anfärbten,
wurden von der Analyse ausgeschlossen. FITC-positive Zellen (IgE-Bindung)
wurden im Vergleich mit Zellen analysiert, die mit FITC-Kaninchen-Anti-H-IgE
alleine gefärbt
worden waren.
-
Die
vorangehenden Tests wurden verwendet, um die Fähigkeit von IgE-Analoga des
Beispiels 2 zu ermitteln, an FCEH und FCEL zu binden. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 3 dargestellt. TABELLE 3 Bindung von IgE und IgE-Analoga an FCEH
und FCEL
Probe/Mutante | Konz.
(μg/ml) | FCEH-Alpha
% CHO 3D10 (+) | FCEL
(CD23) % IM9 (+) |
U266
IgE | 10 | 90,3 | 92,5 |
U266
IgE | 5 | 89,9 | 82,6 |
U266
IgE | 0,5 | 59,6 | 4,6 |
U266
IgE | 0,1 | 15,8 | 1,7 |
1 | 1,651 | 1,7 | 4,3 |
2 | 1,65 | 34,3 | 48,9 |
3 | 1,65 | 32,3 | 1,2 |
4 | 1,65 | 4,9 | 9,2 |
5 | 1,65 | 60,5 | 73,9 |
6 | 1,65 | 1,4 | 71,6 |
7 | 1,65 | 76,4 | 4,6 |
8 | 1,65 | 70,3 | 16,3 |
9 | 1,65 | 84,2 | 94,3 |
10 | 1,65 | 67,5 | 84,8 |
11 | 1,65 | 70,8 | 61,5 |
12 | 1,65 | 84,7 | 90,3 |
13 | 1,65 | 85,7 | 96,1 |
dh
184 (+) | 1,65 | 83,8 | 21,1 |
PA132 (Kontrolle) | 10 | 1,3 | |
- 1 Werte basierend
auf quantitativem ELISA. U266 wurde als Standard und monoklonaler
Maus-Anti-Fc-Antikörper als Fänger verwendet.
- 2 Ein CDR-gepfropftes Human-IgG.
-
Drei
mutierte IgEs zeigten einen vollständigen Verlust der Bindung
an den FCEH-Rezeptor:
Mutanten 1, 4, und 6. Mutante 6 veränderte β-Strang D am Ende von Fcε3 nahe der
Fcε2-Domäne. Mutanten
1 und 4 umfassten die Veränderung
von zwei Fcε3-Schleifen,
die benachbart sind und sich nahe der Fcε4-Domäne befinden. Man beachte, dass
Mutante 7 eine Untermenge der Mutante 1 ist, in der die drei C-terminalen Reste von
Schleife AB zu Alanin geändert
worden sind (Tabelle 2, 1 versus 7). Jedoch beeinflusst Mutante
7 nicht die Bindung an FCEH. Die Erfinder interpretieren dies dahingehend,
dass entweder 1) FcεRI
zumindest einen der IgE-Reste 377–381 bindet oder 2) der zusätzliche
Rest in der durch IgE-Schleife AB (8 Reste) substituierten IgG1-Schleife
AB (9 Reste) die Deformation einer der benachbarten Bindungsdeterminanten,
möglicherweise
Schleife EF bewirkte. Dass Mutanten 8 und 10 keine Auswirkung auf
die FcεRI-Bindung
hatten, bedeutet höchstwahrscheinlich,
dass der FCEH-Rezeptor nicht in den Hohlraum hineinragt, der durch
Schleife AB und β-Strang
D begrenzt wird.
-
Obwohl
Mutante A ein Gly444 ersetzendes Leu aufwies (Tabelle 2), sollte
dies die Konformation der Schleife EF nicht beeinflussen. Rest 444
liegt vor dem N-Terminus dieser α-Helix.
Zusätzlich
weist Maus-IgE ein Val an Position 444 auf und Ratten-IgE weist
ein Asp auf. Die beiden verborgenen hydrophoben Reste in der Mitte
der α-Helix, W448 und 1449
werden in der substituierten IgG1-Schleife beibehalten (W448, L449), sowie
auch G541, das die α-Helix
terminierte. Folglich sollte die Konformation der Schleife EF in
IgE und IgG1 ähnlich
sein.
-
Mutanten
2 und 3 zeigten eine verminderte Bindung an FCEH. Da Schleife BC
nahe dem β-Strang
D liegt und Schleife CD sich in Nachbarschaft der Schleife EF befindet,
ist es denkbar, dass ein oder zwei Reste in Schleifen BC und CD
FCEH berühren.
-
Fünf mutierte
IgEs zeigten eine Minderung der Bindung an den FCEL-Rezeptor: Mutanten
1, 3, 4, 7 und 8. Mutanten 1 und 4 wurden oben diskutiert. Mutante
3 umfasste die Veränderung
der Schleife CD; im Gegensatz zu FCEH spielt die Schleife CD offensichtlich
eine Hauptrolle bei der FCEL-Bindung. Mutante 7, die wie oben diskutiert
eine Untermenge der Mutante 1 ist, umfasst den C-terminalen Teil
der Schleife AB und liegt proximal der Schleife EF. Zusätzlich besteht
Mutante 8 aus der Ersetzung von zwei Thr-Resten (387, 389) mit Ala;
diese beiden Reste sind Teil von β-Strang
B, der sich am Grund des oben erwähnten Hohlraums befindet, der
von Schleife AB und β-Strang
D begrenzt wird. Mutante 10 umfasst zwei unterschiedliche Reste
in diesem Hohlraum (438, 440) am β-Strang
E, der dem β-Strang
B benachbart ist. Da Mutante 10 die FCEL-Bindung nicht beeinflusste,
ziehen die Erfinder den Schluss, dass der FCEL-Rezeptor nur minimal
in den Hohlraum eindringen sollte, während der hochaffine Rezeptor
nicht in den Hohlraum eindringt.
-
Zusätzlich zu
einer Glykosylierungsstelle an Asn430, die der Glykosylierungsstelle
in IgG-Fc entspricht, enthält
Human-IgE eine weitere Glykosylierungsstelle an Asn403. Mutante
9 wandelte Asn403 und Thr405 in Alanin um (Tabelle 2). Der Kohlenhydratverlust
hatte keine Wirkung auf die Bindung an beide Rezeptoren.
-
Auf
Basis der Informationen von den Mutanten 1–13 schlagen die Erfinder vor,
dass FCEH und FCEL Bindungsstellen an IgE-Fc aufweisen, die unterschiedlich
sind aber überlappen.
Der niedrigaffine Rezeptor scheint mit einem vergleichsweise kleineren
Teil der IgE-Fcε3-Domäne in Wechselwirkung
zu treten, die drei benachbarte Schleifen umfasst: AB, CD und ER
Im Gegensatz dazu interagiert der hochaffine Rezeptor mit einem
größeren Teil
von IgE-Fcε3,
der Schleife EF, β-Strang
D und möglicherweise
den N-terminalen Teil der Schleife AB umfasst. Teile der Schleifen
BC und CD in Nachbarschaft der Schleife EF und β-Strang D können ebenfalls mit FCEH Wechselwirken.
Zusätzlich
könnte
FCEL in den Hohlraum eindringen, der von Schleife AB und β-Strang D
begrenzt wird, wogegen FCEH dies nicht tut. Da die Erfinder keinerlei
Mutanten in FCε4
und nur eine in Fcε2
(Mutante 13) bewertet haben, ist es möglich, dass Teile dieser zwei
Domänen
eine Rolle bei der IgE-Rezeptor-Bindung spielen.
-
BEISPIEL 4
-
Herstellung von humanisiertem MaE11
-
Reste
wurden aus MaE11 ausgewählt
und in ein Human-Fab-Antikörper-Milieu
(V
H-Region
Kabat-Untergruppe III und V
L-Region Kappa-Untergruppe
I) insertiert oder substituiert. Eine erste Version, humae11v1 oder
Version 1, ist in Tabelle 4 beschrieben. TABELLE
4 Änderungen
der Konsens-Sequenzen in V
H Human-Untergruppe
III und V
L-κ-Untergruppe I (Kabat) für humanisiertes
MaE11 Version 1
- *
Diese Reste variieren typischerweise trotz ihrer Position in CDRs
nicht. Die in den KI- und III-CDR-Sequenzen (insbesondere die CDRs nach
Chothia-Strukturanalyse) vorhandenen, verbleibenden Reste variieren stark
unter Rezipienten-Human-Antikörpern.
-
Die
Affinität
der Version 1 wurde beurteilt und erwies sich als ungefähr 100fach
niedriger als jene des Donor-Antikörpers Mae11 (siehe 4a und 4b).
Daher wurden weitere Modifizierungen der Sequenz von Version 1 wie
in Tabelle 5 gezeigt durchgeführt.
Es wurde die Fähigkeit
dieser weiteren Modifizierungen ermittelt, die Bindung von markiertem
huIgE an FCEH zu inhibieren.
-
Die
50%-Inhibierungstests, deren Ergebnisse in Tabelle 5 gezeigt sind,
wurden folgendermaßen durchgeführt:
Eine
96-Napf-Testplatte (Hersteller Nunc) wurde mit 0,05 ml des chimären FcεRI-Alpha-Ketten-IgG1-Rezeptors
in 1 μg/ml
Beschichtungspuffer (50 nmol Carbonat/Bicarbonat, pH 9,6) beschichtet.
Der Test wurde für
12 Stunden bei 4–8°C durchgeführt. Die
Näpfe wurden
abgesaugt und es wurden 250 μl
Blockpuffer (PBS- –1% BSA,
pH 7,2) zugesetzt und für
eine Stunde bei 4°C
inkubiert. In einer gesonderten Testplatte wurden die Proben und
der Referenz-Maus-MaE11-Antikörper
ausgehend von 200 μg/ml
durch 1:10-Verdünnung
mit Testpuffer (0,5% BSA, 0,05% Tween 20, PBS, pH 7,2) titriert,
und es wurde ein gleiches Volumen von 10 ng/ml biotinyliertem IgE
mit 10 ng/ml zugesetzt, und die Platte für 2–3 Stunden bei 25°C inkubiert.
Die FcεRI-beschichteten
Näpfe wurden
drei Mal mit PBS-0,05% Tween 20 gewaschen und dann 50 μl aus den
Probennäpfen
transferiert und unter Schütteln
für 30
Minuten bei 25°C
inkubiert. 50 μl/Napf
Streptavidin-HRP, in Testpuffer 1:5000 verdünnt wur den für 15 Minuten
unter Schütteln
inkubiert und die Platte dann wie vorher gewaschen. 50 μl/Napf Microwell-Peroxidase-Substrat
(Kirkegaard & Parry
Laborstories) wurden zugesetzt und die Farbe für 30 Minuten entwickelt. Die
Reaktion wurde durch Zugabe eines gleichen Volumens von einnormaler
HCl gestoppt und die Absorption bei 450 nm gemessen. Die Konzentration
für eine
Inhibierung von 50% wurde durch Auftragen der prozentuellen Inhibierung
gegen die Konzentration des blockierenden Antikörpers mit einer nichtlinearen
4-Parameter-Kurvenanpassung für
jeden Antikörper
mittels INPLOT berechnet. TABELLE
5 Humanisierte
MaE11-Varianten
- *
Inhibierung der FITC-IgE-Bindung an FCEH (FcERI). Volllängen-Antikörper und
humanisierte Fragment-Versionen: Mittelwert und Standardabweichung
(S. D.) von drei Tests.
- # Ein F(ab)-X/F(ab)-1-Verhältnis
von > 16 bedeutet,
dass diese Variante auch bei den höchsten verwendeten F(ab)-Konzentrationen
keine Bindung zeigte.
-
Wie
aus Tabelle 5 und den 4a und 4b ersichtlich
ist, zeigte Version 8 (in der Human-Reste der Version 1 an den Stellen
60 und 61 in der Leichtkette durch ihre Mae11-Gegenstücke ersetzt
waren) eine wesentlich gesteigerte Affinität. Weitere Steigerungen der
Affinität
sind in Versionen 8a und 8b zu beobachten, wo ein oder zwei murine
Reste Human-Reste ersetzten. Sonstige Steigerungen, praktisch zumindest
auf das Niveau von Mae11, wurden durch Ersetzen der sich im Inneren
von VH und VL befindenden
hydrophoben Human-Reste durch ihre MaE11-Gegenstücke erzielt, was die als Version
9 bezeichnete Variante (siehe Tabelle 5 und 4a und 4b)
lieferte. Demgemäß werden
die humanisierten Antikörper
dieser Erfindung Affinitäten
im Bereich des ungefähr
0,1- bis 100fachen derjenigen von MAE11 aufweisen.
-
Tabelle
6 untersucht die Wirkungen verschiedener Kombinationen von humanisierten maE11-IgG1-Varianten
auf die FCEH-Affinität. TABELLE
6 Humanisierte
MaE11-IgG1-Varianten
- * L1 = VL wie in
F(ab)-1 (verborgene Human-Reste – nicht dem Lösungsmittel
exponiert); L9 = VL wie in F(ab)-9 (verborgene
murine Reste); H1 = VH wie in F(ab)-1 (verborgene
Human-Reste); H8 = VH wie in F(ab)-8 (F(ab)-1 mit
AlaH60Asn, AspH61 Pro); H9 = VH wie in F(ab)-9
(verborgene murine Reste); H8b = VH wie
in F(ab)-8b (F(ab)-8 mit PheH67Ile).
-
BEISPIEL 5
-
Erzeugung von IgE-Mutanten
-
IgE-Mutanten
(Tabelle 7) wurden hergestellt, um ihre Wirkung auf die Bindung
an Anti-IgE, speziell MaE11, und an FcεRI und FcεRII zu beurteilen. Einige dieser
Mutanten wurden konstruiert, um einen spezifischen Aminosäurerest
durch einen anderen Rest mit entweder ähnlicher oder sehr verschiedener
Ladung oder Größe zu substituieren.
Die Auswirkung dieser Änderungen
auf die Rezeptorbindung widerspiegelt sich in der untenstehenden
Tabelle.
-
Die
Rezeptor-Tests werden im Wesentlichen wie folgt durchgeführt:
Eine
96-Napf-Testplatte (Hersteller Nunc) wurde mit 0,05 ml FcεRI- oder
RII-chimären Rezeptor
in 1 μg/ml
Beschichtungspuffer (50 nmol Carbonat/Bicarbonat, pH 9,6) beschichtet.
Der Test wurde für
12 Stunden bei 4–8°C durchgeführt. Die
Näpfe wurden
abgesaugt und 250 μl
Blockpuffer (PBS- –1%
BSA, pH 7,2) zugesetzt und für
eine Stunde bei 4°C
inkubiert. In einer gesonderten Testplatte wurden die Proben und
der Referenz-Maus-MaE11-Antikörper
ausgehend von 200 μg/ml
durch 1:10-Verdünnung mit
Testpuffer (0,5% BSA, 0,05% Tween 20, PBS, pH 7,2) titriert und
es wurde ein gleiches Volumen von 10 ng/ml biotinyliertem IgE mit 10
ng/ml zugesetzt und die Platte für
2–3 Stunden
bei 25°C
inkubiert. Die FcεRI-beschichteten
Näpfe wurden drei
Mal mit PBS-0,05% Tween 20 gewaschen und dann 50 μl aus den
Probennäpfen
transferiert und unter Schütteln
für 30
Minuten bei 25°C
inkubiert. 50 μl/Napf
Streptavidin-HRP, in Testpuffer 1:5000 verdünnt wurden für 15 Minuten
unter Schütteln
inkubiert und die Platte dann wie vorher gewaschen. 50 μl/Napf Microwell-Peroxidase-Substrat
(Kirkegaard & Parry
Laborstories) wurden zugesetzt und die Farbe für 30 Minuten entwickelt. Die
Reaktion wurde durch Zugabe eines gleichen Volumens von 1-normaler
HCl gestoppt und die Adsorption bei 450 nm gemessen. Die Absorption
wurde gegen die Konzentration des blockierenden Antikörpers MaE11 aufgetragen
und eine Inhibierungs-Standardkurve mittels INPLOT erzeugt. TABELLE
7 Aminosäuresequenz
von IgE-Mutanten
- *
Positive Rezeptorbindung gekennzeichnet durch „+", keine Bindung durch „–", und positive Bindung,
jedoch geringer als ungeändert,
ist durch „+/–" gezeichnet. Wo mehr
als ein Test durchgeführt
wurde, sind die Ergebnisse durch Beistriche getrennt.
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