hoofdonderzoeker: Zuben E. Sauna, PhD
Office / Division / Lab: OTAT / DPPT/HB
algemeen overzicht
een groot probleem met protein-based therapeutics is hun immunogeniciteit, dat wil zeggen hun neiging om een ongewenste immuunrespons tegen zichzelf op te wekken. Één vorm van immune reactie is activering van cellen van B, die antilichamen produceren die aan de proteã nen binden en hun therapeutische gevolgen verminderen of elimineren. Dergelijke antilichamen kunnen ook complicaties veroorzaken die levensbedreigend kunnen zijn. Daarom is een cruciaal onderdeel van het bepalen van de klinische veiligheid en werkzaamheid van op eiwitten gebaseerde therapeutische producten het meten van hun neiging om antilichaamvorming te activeren.
de immuunrespons op op eiwitten gebaseerde therapeutica omvat ook T-cellen, die helpen om B-cellen te activeren zodat ze antilichamen produceren, inclusief die welke eiwittherapeutica blokkeren. Dit gebeurt als het natuurlijke eiwit dat door het lichaam wordt gemaakt op de een of andere manier defect is. In dat geval reageren de T-cellen op een normaal, kunstmatig therapeutisch eiwit alsof het vreemd is, omdat het anders is dan het defecte, natuurlijke eiwit. Een T-cel reactie mismatch als dit komt soms voor in het geval van het eiwit FVIII, een eiwit dat cruciaal is voor het vermogen van het lichaam om bloedstolsels te vormen om te stoppen met bloeden. Mensen die niet voldoende hoeveelheden FVIII hebben, of wiens FVIII op de een of andere manier defect is, lijden aan hemofilie A, een ziekte waarbij de bloedstolling defect is en leidt tot overmatige bloedingen. Het probleem van defecte FVIII is genetisch gebaseerd. Hoewel er geen genezing voor hemofilie A, infusie van de FVIII therapeutische eiwit is een van de meest succesvolle voorbeelden van de behandeling van een chronische ziekte. Helaas is de ontwikkeling van anti-drug antilichamen tegen de geïnfundeerde FVIII een belangrijke belemmering voor deze strategie. De behandeling van patiënten die een immuunrespons ontwikkelen is complexer, minder effectief en buitengewoon duur. Het blijkt nu dat individuele variaties in de neiging om van anti-drug antilichamen te ontwikkelen ook op genetische verschillen kunnen worden gebaseerd. Dit wordt weerspiegeld in de klinische observatie dat personen met hemofilie A van zwart-Afrikaanse afkomst tweemaal zo vaak antilichamen aanmaken tegen factor VIII-eiwitten als patiënten van Europese Kaukasische afkomst die als vervangingstherapie worden gegeven.Eén strategie voor het voorkomen van mismatches tussen natuurlijke FVIII en vervangende FVIII is het ontwerpen van genetisch gemanipuleerde FVIII-eiwitten zodat ze geen immuunreacties veroorzaken. Maar er zijn zoveel verschillen tussen het immuunsysteem van mensen dat het niet waarschijnlijk is dat onderzoekers in staat zullen zijn om een FVIII-eiwit te ontwerpen dat veilig is voor hen allemaal. Daarom stellen we voor om een gepersonaliseerde benadering te kiezen voor het voorspellen en vermijden van immuunreacties op FVIII-eiwitten. Ons langetermijndoel is om een gen-gebaseerde benadering te ontwikkelen om individuen te identificeren wiens immuunsysteem waarschijnlijk zal reageren op specifieke versies van genetisch gemanipuleerde therapeutische proteã nen zodat deze patiënten kunnen worden behandeld met versies van deze proteã nen die minder waarschijnlijk immuunreacties veroorzaken.we behandelen ook het probleem van verschillen in de driedimensionale structuren van eiwitgeneesmiddelen en natuurlijke eiwitten die B-cellen activeren om antilichamen tegen therapeutische eiwitten aan te maken. De huidige methode om te voorspellen of bepaalde delen van dergelijke proteã nen antilichaamvorming zullen teweegbrengen is uitdagend en duur. Daarom gebruiken we kleine stukjes DNA-achtige moleculen genaamd aptamers om de eiwitten te onderzoeken en hun exacte vormen te bepalen. Aptamers worden gemaakt van koorden van molecules genoemd nucleic zuren die omhoog vouwen in specifieke vormen die afhangen van welke nucleic zuren aanwezig zijn en de orde waarin zij in de aptamer voorkomen. Daarom, door te bepalen welke aptamer strak bindt aan een specifiek deel van een molecuul, kunnen we de vorm van dat deel van het molecuul voorspellen, zoiets als het voorspellen van de vorm van een slot door de vorm van de sleutel te kennen die erin past.we gebruiken deze techniek nu om de vormen van zowel FVIII als het deel van de anthrax toxine genaamd Beschermend antigeen te bepalen. Als een aptamer zijn vermogen verliest om zich aan FVIII te binden, bijvoorbeeld, zou dat erop wijzen dat een deel van dit bloedstollende eiwit van vorm is veranderd, waardoor de kans groter wordt dat het een immuunreactie veroorzaakt die zijn therapeutische activiteit vermindert. Wij gebruiken deze benadering om te bepalen of therapeutische proteã nen vormen hebben die antilichaamproductie zullen teweegbrengen. En we werken samen met het Center for Drug Evaluation and Research om deze technologie aan te passen om nieuwe eiwitproducten te analyseren die zijn ontwikkeld als kopieën van bestaande, goedgekeurde eiwitgeneesmiddelen (biosimilars) om ervoor te zorgen dat ze veilig en effectief zijn.
wetenschappelijk overzicht
1) voorspellen van interactie van t-celepitopen met specifieke MHC klasse II-antigenen.
Factor VIII (FVIII) is een essentieel onderdeel van de stollingscascade en personen met een tekort aan stollingsfactoren vertonen levenslange bloedingsstoornissen. De ontwikkeling van immunogeniciteit tegen therapeutische (geïnfundeerde) versies van FVIII is een significante belemmering voor de succesvolle behandeling van hemofiliepatiënten.ongeveer 50% van de gevallen van hemofilie A worden veroorzaakt door een inversie van exonen 1-22 van het F-gen, wat resulteert in de productie van een polypeptide dat deze exonen vertegenwoordigt, maar niet 23-26. Nochtans, is er een gen binnen de promotor van F8 dat exons 23-26 vertaalt. Niettemin, betekent de inversie 1-22 dat de overlappende peptides van deze proteã ne worden geproduceerd niet de verbinding tussen 1-22 en 23-26 omvatten. Terwijl de peptides van de geïnfundeerde drug-proteã ne FVIII die deze verbinding behandelen zo aan het immuunsysteem van de patiënt vreemd zouden zijn, zijn zij over het algemeen niet immunogenic. Immunogeniciteit als gevolg van de verschillen tussen endogene en geïnfundeerde FVIII is waarschijnlijk te wijten aan een verscheidenheid aan feiten, met name single nucleotide polymorfismen (SNPs), maar ook missense mutaties en deleties, en nonsensmutaties, evenals inversies,
daarom zou de ideale (maar niet waarschijnlijke) oplossing voor het immunogeniciteitsprobleem van geïnfundeerde FVIII zijn om FVIII-vervangingen te ontwerpen die overeenkomen met het haplotype en het HLA-type van elke patiënt om een immuunrespons te vermijden. Hoewel het ontwerpen van dergelijke Biologica om elke patiënt te matchen niet praktisch is, zou het mogelijk zijn in gevallen waar er duidelijke en significante verschillen zijn tussen specifieke populaties (bijvoorbeeld tussen die van Europese Kaukasische en zwarte Afrikaanse afkomst). In dergelijke gevallen zou het wenselijk zijn om de opzet van endogene FVIII aan elke groep aan te passen om ervoor te zorgen dat één populatie geen onevenredig deel krijgt van de voordelen van een enkele versie van FVIII, terwijl de andere populatie een onevenredig deel draagt van de risico ‘ s van dezelfde geïnfundeerde FVIII.de huidige technologie maakt de identificatie van haplotypische achtergronden voor FVIII mogelijk en de ontwikkeling van ten minste een beperkt aantal gepersonaliseerde Factor VIII geneesmiddelen. Daarom is ons doel op korte termijn om de 1) kwantitatieve verdeling van verschillende haplotypes (SNP ‘ s) in individuen van Europees-Kaukasische en zwart-Afrikaanse afkomst te bepalen; 2) verdeling van MHC klasse II antigenen in deze populaties; 3) Samenstelling van FVIII gebruikt als drugs; en 4) ziekte-veroorzakende mutatie, deletie of inversie in het F8 gen (FVIII) van individuele patiënten. We zullen deze gegevens gebruiken om de immunogeniciteit van individuele FVIII producten in verschillende populaties en/of individuele patiënten te voorspellen.2) Ontwikkeling van aptamers als hulpmiddel voor het onderzoek van proteïne-geneesmiddel conformationele epitopen.
Aptamers, nucleïnezuren die complexe conformaties kunnen vormen, zijn potentiële hulpmiddelen voor het in kaart brengen van eiwitconformatie, identificatie en voorspelling van immunogene locaties, en voor het omzeilen van immunogeniciteit. Ons laboratorium ontwikkelt single-stranded DNA aptamers aan recombinant menselijke Factor VIII.
We ontwierpen een naïeve DNA-bibliotheek om aptamers te genereren met behulp van gedefinieerde 5’ en 3â € ™ regio ‘ s voor PCR flankerend een gerandomiseerde 60-base regio. De bibliotheek van naÃve DNA werd gedenatureerd en de segmenten ssDNA werden toegestaan om in unieke 3-dimensionale vormen te vouwen. (De 60 willekeurige bases zouden theoretisch resulteren in 460 unieke conformers.) We incubeerden de pool van gevouwen ssDNA met FVIII en door iteratieve Selex (systematische evolutie van liganden door exponentiële verrijking) cycli, waren we in staat om eiwit-bindende aptamers te selecteren.
Ons laboratorium selecteerde een steekproef van individuele aptamers in cycli 3, 5 en 8, gekloond en gesequenced. We gebruiken deze klonen om de aptamers te karakteriseren door analyse van de voorspelde 3-D structuur, bindingseigenschappen en het effect op FVIII activiteit. Daarnaast doen we in silico vergelijkingen van deze klonen om de evolutie van de aptamers te volgen.
3) Gebruik van diverse analytische technieken om eiwitkenmerken te evalueren die kunnen correleren met immunogeniciteit.
In samenwerking met Drs. Mansoor Khan en Rakhi Shah (Division of Product Quality, CDER) we zullen interacties met excipiëns analyseren met behulp van thermische methoden (differentiële scanning calorimetrie, microcalorimetrie, thermogravimetrische analyse), spectroscopische technieken (Fourier transform infra-red, near infra-red, Raman), kristallografie (X-ray diffractie) en nucleaire magnetische resonantie.4) karakterisering van bevleesgevoelige antilichamen.een alternatieve methode voor het bestuderen van conformationele epitopen van therapeutisch belangrijke proteã NEN is het ontwikkelen en karakteriseren van antilichamen die gevoelig zijn voor conformationele veranderingen. In samenwerking met Dr.Chava Kimchi-Sarfaty (CBER) hebben we verschillende antilichamen gekarakteriseerd die gevoelig zijn voor de conformatie van het zinkmetalloprotease ADAMTS13, een multi-domein eiwit dat von Willebrand Factor splijt en betrokken is bij trombotische trombocytopenische purpura. Onze resultaten suggereren dat deze antilichamen nuttige reagentia kunnen zijn voor het onderscheiden van functionele en niet-functionele ADAMTS13, en voor het analyseren van conformationele overgangen tijdens de katalytische cyclus.
publicaties
Int J Mol Sci 2020 20 mei;21 (10): E3598
rol van microRNA ‘ s in hemofilie en trombose bij de mens.Jankowska KI, Sauna ZE, Atreya CD
transfusie 2020 Feb;60 (2): 401-13
klinische manifestatie van hemofilie A in de afwezigheid van mutaties in het F8-gen dat codeert voor FVIII: rol van microRNA ‘ s.
Jankowska KI, McGill J, Pezeshkpoor B, J Oldenburg, Atreya CD, Sauna ZE
J Thromb Haemost 2020 Jan;18(1):201-16
Kwantitatieve HLA-klasse-II/Factor VIII (FVIII) peptidomic variatie in dendritische cellen correleert met de immunogeen potentieel van therapeutische FVIII eiwitten in hemofilie A.
Diego VP, Luu BW, Hofmann M, Dinh LV, Almeida M, Powell JS, Rajalingam R, Peralta JM, Kumar ‘ S, Curran JE, Sauna ZE Kellerman R, Park Y, Key NS, Escobar MA, Huynh H, BEN Verhagen, Williams-Blangero S, Lehmann PV, Maraskovsky E, Blangero J, Howard TE
de Voorkant Immunol 2019 Dec 20;10:SampPick: selectie van een cohort van proefpersonen die overeenkomen met een populatie HLA-distributie.McGill JR, Yogurtcu ON, Verthelyi D, Yang H, Sauna ze
Sci Rep 2019 Oct 29;9(1):15449
Effects of codon optimization on coagulation factor IX translation and structure: implications for protein and gene therapies.Alexaki A, Hettiarachchi GK, Athey JC, Katneni UK, Simhadri V, Hamasaki-Katagiri N, Nanavaty P, Lin B, Takeda K, Freedberg D, Monroe D, McGill JR, Peters R, Kames JM, Holcomb DD, Hunt RC, Sauna ze, Gelinas A, Janjic N, DiCuccio M, Bar H, Komar AA, Kimchi-Sarfaty C
Blood Adv 2019 Sep 10;3(17):2668-78
mitigation of T-cell dependent immunogenicity by reengineering factor viia Analogue.Jankowski W, McGill J, Lagasse HAD, Surov S, Bembridge G, Bunce C, Cloake E, Fogg MH, Jankowska KI, Khan A, Marcotrigiano J, Ovanesov MV, Sauna ze
AAPS J 2019 Aug 2; 21 (5): 96
TCPro: een in silico Risk assessment tool voor biotherapeutische eiwitimmunogeniciteit.
Yogurtcu ON, Sauna ze, McGill JR, Tegenge MA, Yang H
Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2019 Jun 1;316 (6): G720-34
Translational and transcriptional responses in human primary hepatocytes under hypoxia.
Hettiarachchi GK, Katneni UK, Hunt RC, Kames JM, Athey JC, Bar H, Sauna ZE, McGill JR, Ibla JC, Kimchi-Sarfaty C
Blood Adv 2019 May 14;3(9):1429-40
Peptides identified on monocyte-derived dendritic cells: a marker for clinical immunogenic to FVIII products.Jankowski W, Park Y, McGill J, Maraskovsky E, Hofmann M, Diego VP, Luu BW, Howard TE, Kellerman R, Key NS, Sauna ze
AAPS J 2019 May 6;21(4):62
Fc-Fusion drugs have fcgammar/C1q binding and signaling properties that may affect their immunogenicity.Lagasse HAD, Hengel H, Golding B, Sauna ze
Trends Biotechnol 2018 Oct; 36 (10):1068-84
Evaluating and mitigating the immunogenicity of therapeutic proteins.Sauna ze, Lagasse D, Pedras-Vasconcelos J, Golding B, Rosenberg AS
Hum Immunol 2018 okt; 79 (Suppl.):103-4
analyse van hlacii-peptidomen gepresenteerd door dendritische cellen (DCs) van gezonde donoren en hemofilie-A (HA) patiënten met of zonder factor VIII (FVIII) remmers na ex vivo toediening van verschillende therapeutische FVIII-eiwitten (tfviii ‘ s).Howard te, Diego VP, Hofmann M, Almeida m, Luu BW, Dinh LV, Rajalingam R, Escobar M, Curran J, Williams-Blangero S, Powell J, Blangero J, Maraskovsky E, Key NS, Sauna ze
Mol Ther Methods Clin Dev 2018 Jun 15;10:105-12
Prevalence of pre-existing antibodies to CRISPR-associated nuclease Cas9 in the USA population.Simhadri VL, McGill J, McMahon s, Wang J, Jiang H, Sauna ze
j Pharm Pharmacol 2018 May;70 (5): 584-94
Immunogenicity assessment during the development of protein therapeutics.Rosenberg AS, Sauna ze
bloedtransfusie 2017 okt;15 (6): 568-76
samenvattend verslag van de eerste Internationale Conferentie over remmers bij hemofilie A.Lacroix-Desmazes S, Scott DW, Goudmand J, Van Den Berg M, Makris M, Van Velzen AS, Santagostino E, Lillicrap D, Rosendaal FR, Hilger a, Sauna ZE, Oldenburg J, Mantovani L, Mancuso ME, Kessler C, Hay CR, Knoebl P, Di Minno G, Hoots K, Bok a, Brooker M, Buoso E, Mannucci PM, Peyvandi F
J Med genet 2017 mei;54(5):338-45
enkele synonieme mutatie in factor IX verandert de Eiwiteigenschappen en ligt ten grondslag aan hemofilie B.Simhadri VL, Hamasaki-Katagiri N, Lin BC, Hunt R, Jha S, Tseng SC, Wu a, Bentley AA, Zichel R, Lu Q, Zhu L, Freedberg DI, Monroe DM, Sauna ZE, Peters R, Komar AA, Kimchi-Sarfaty C
J Thromb Hemost 2017 Apr;15(4):721-34
Modulating immunogenicity of Factor IX by fusion to an immunoglobulin Fc domain: a study using hemofilie B muismodel.Levin d, Lagasse HA, Burch E, Strome S, Tan S, Jiang H, Sauna ZE, Golding B
F1000Res 2017 Feb 7; 6: 113Lagasse HA, Alexaki A, Simhadri VL, Katagiri NH, Jankowski W, Sauna ze, Kimchi-Sarfaty C
Sci Transl Med 2017 Jan 11; 9 (372):aag1286
Post hoc assessment of the immunogenicity of bioengineered factor VIIa demonstrates the use of preclinical tools.Lamberth K, Reedtz-Runge SL, Simon J, Klementyeva K, Pandey GS, Padkjær SB, Pascal V, León IR, Gudme CN, Buus S, Sauna ze
Biomed Res int 2015;2015:456348
Muscular dystrophy: disease mechanisms and therapies.
Pandey SN, Kesari A, Yokota T, Pandey GS
Per Med 2015; 12 (4):Personalized approaches to the treatment of hemofilie A and B. Simhadri VL, Banerjee AS, Simon J, Kimchi-Sarfaty C, Sauna ze
PLoS One 2015 Jul 15; 10 (7): E0132433
Small ncRNA expression-profiling of blood from hemofilie A patients identificeert miR-1246 als een potentiële regulator van ffctor 8 gen.Sarachana T, Dahiya N, Simhadri VL, Pandey GS, Saini s, Guelcher C, Guerrera MF, Kimchi-Sarfaty C, Sauna ze, Atreya CD
nucleïnezuren Res 2015 Jul 13;43(12):5699-707Hoinka J, Berezhnoy A, Dao P, Sauna ZE, Gilboa E, Przytycka TM
Blood 2015 jan 8;125 (2): 223-8
The intron-22-inverted F8 locus allows intracellular factor VIII synthesis, explaining its low inhibitor risk and suggesting a role for pharmacogenomics.Sauna ze, Lozier JN, Kasper CK, Yanover C, Nichols T, Howard te
Trends Biotechnol 2015 Jan;33(1):27-34 Fc fusion as a platform technology: potential for modulating immunogenicity.Levin D, Golding B, Strome SE, Sauna ZE