抗体人源化设计

人源化抗体是目前上市抗体中一类重要类型。抗体人源化之目标在于通过基因工程方法增加与人类自然产生抗体的序列相似度,从而降低潜在的免疫原性。CDR Grafting 是一种常见的抗体人源化方法,通过将Human抗体的FR替换Mouse抗体的FR来达到保持活性、降低免疫原性的目的(主要方法如下图所示)。


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然而,免疫原性的下降往往也伴随着活性也下降;必须采用合理的设计方法,选择合适的FR模板,并针对某些关键残基进行最少回复突变(back mutation)以便保持活性。但是鼠源和人源抗体序列的FR区域存在较多的不一致位点,选择合理的回复突变残基成为了人源化设计的关键。针对人源化抗体过程中的这个难题和痛点,康昱盛通过了解客户需求以及参考一系列文献,设计开发了一套基于结构的人源化操作流程。其核心算法是通过结构模拟鉴定出处于FR 区域并会影响CDR 构象的氨基酸残基,这类残基我们称之为Canonical Residues。在该算法中 Canonical Residues 分为三类,如下图:


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对于保持CDR区构象,三类残基非常重要:

Type1:  位于VL和VH结合界面上的残基,对于两个结构域的Packing起到关键作用

Type2:靠近CDR区并且包埋于蛋白内部的残基;

Type3:与CDR区有直接相互作用的残基,相互作用包括:疏水相互作用/氢键/盐桥。


针对该方法和操作流程,我们在MOE 中开发了完成的工作流程套件,从抗体结构模拟、人源化模板寻找和排序到Canonical Residues 鉴定再到回复突变建议和最终的人源化序列生成都可以在MOE 的抗体人源化模块中完成。完整的人源化解决方案如下图所示:


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通过该完整的人源化设计流程,抗体设计者能快速的获得MOE 建议的人源化序列,极大的提高了人源化设计的效率,同时该方法已经被证实十分准确有效。