huvudutredare: Zuben E. Sauna, PhD
Kontor / Division / Lab: OTAT / DPPT / HB
allmän översikt
ett stort problem med proteinbaserad terapi är deras immunogenicitet, det vill säga deras tendens att utlösa ett oönskat immunsvar mot sig själva. En form av immunsvar är aktivering av B-celler, som producerar antikroppar som binder till proteinerna och minskar eller eliminerar deras terapeutiska effekter. Sådana antikroppar kan också orsaka komplikationer som kan vara livshotande. Därför mäter en kritisk del av att bestämma den kliniska säkerheten och effekten av proteinbaserade terapeutiska produkter deras tendens att utlösa antikroppsbildning.
immunsvaret mot proteinbaserade terapier involverar också T-celler, som hjälper till att aktivera B-celler så att de producerar antikroppar, inklusive de som blockerar proteinterapi. Detta händer om det naturliga proteinet som tillverkas av kroppen är defekt på något sätt. I så fall svarar T-cellerna på ett normalt, artificiellt protein terapeutiskt som om det var främmande, eftersom det skiljer sig från det defekta, naturliga proteinet. En T-cellresponsmatchning som denna förekommer ibland i fallet med proteinet FVIII, ett protein som är kritiskt för kroppens förmåga att bilda blodproppar för att stoppa blödning. Människor som inte har tillräckliga mängder FVIII, eller vars FVIII är defekt på något sätt, lider av hemofili A, en sjukdom där blodpropp är defekt och leder till överdriven blödning. Problemet med defekt FVIII är genetiskt baserat. Även om det inte finns något botemedel mot hemofili A, har infusion av FVIII terapeutiskt protein varit ett av de mest framgångsrika exemplen på hantering av en kronisk sjukdom. Tyvärr är utvecklingen av anti-läkemedelsantikroppar mot den infunderade FVIII ett signifikant hinder för denna strategi. Behandlingen av patienter som utvecklar ett immunsvar är mer komplex, mindre effektiv och ytterst dyr. Det verkar nu som om individuella variationer i tendensen att utveckla antidrogantikroppar också kan baseras på genetiska skillnader. Detta återspeglas i den kliniska observationen att personer med hemofili A av svart afrikansk härkomst är dubbelt så troliga som patienter av europeisk kaukasisk härkomst för att producera antikroppar mot faktor VIII-proteiner som ges som ersättningsterapi.en strategi för att förhindra missanpassningar mellan naturliga FVIII och ersättning FVIII är att utforma genetiskt konstruerade FVIII-proteiner så att de inte utlöser immunreaktioner. Men det finns så många skillnader mellan immunsystemet hos människor att det inte är troligt att forskare kommer att kunna designa ett FVIII-protein som är säkert för dem alla. Därför föreslår vi att vi tar ett personligt tillvägagångssätt för att förutsäga-och undvika-immunsvar mot FVIII-proteiner. Vårt långsiktiga mål är att utveckla ett genbaserat tillvägagångssätt för att identifiera individer vars immunsystem sannolikt kommer att reagera på specifika versioner av genetiskt modifierade terapeutiska proteiner så att dessa patienter kan behandlas med versioner av dessa proteiner som är mindre benägna att orsaka immunsvar.vi tar också upp problemet med skillnader i de tredimensionella strukturerna av proteinläkemedel och naturliga proteiner som utlöser B-celler att producera antikroppar mot terapeutiska proteiner. Den nuvarande metoden för att förutsäga om vissa delar av sådana proteiner kommer att utlösa antikroppsbildning är utmanande och dyrt. Därför använder vi små bitar av DNA – liknande molekyler som kallas aptamers för att sondra proteinerna och bestämma deras exakta former. Aptamers är gjorda av strängar av molekyler som kallas nukleinsyror som viks upp i specifika former som beror på vilka nukleinsyror som är närvarande och i vilken ordning de förekommer i aptameren. Genom att identifiera vilken aptamer som binder tätt till en specifik del av en molekyl kan vi därför förutsäga formen på den delen av molekylen, något som att förutsäga formen på ett lås genom att känna till formen på nyckeln som passar in i den.vi använder nu denna teknik för att bestämma formerna för både FVIII och den del av miltbrandtoxinet som kallas skyddande antigen. Om en aptamer förlorar sin förmåga att binda till FVIII, till exempel, skulle det indikera att en del av detta blodproppsprotein har förändrats, vilket ökar sannolikheten för att det kommer att utlösa en immunreaktion som minskar dess terapeutiska aktivitet. Vi använder detta tillvägagångssätt för att avgöra om terapeutiska proteiner har former som kommer att utlösa antikroppsproduktion. Och vi samarbetar med Center for Drug Evaluation and Research för att anpassa denna teknik för att analysera nya proteinprodukter som utvecklats som kopior av befintliga, godkända proteinläkemedel (biosimilarer) för att säkerställa att de kommer att vara säkra och effektiva.
vetenskaplig översikt
1) förutsäga interaktion mellan T-cellepitoper med specifika MHC-klass II-antigener.
faktor VIII (FVIII) är en väsentlig del av koagulationskaskaden och individer som saknar koagulationsfaktorer uppvisar livslånga blödningsstörningar. Utvecklingen av immunogenicitet mot terapeutiska (infunderade) versioner av FVIII är ett signifikant hinder för framgångsrik behandling av hemofilier.cirka 50% av fallen av hemofili A orsakas av en inversion av f-genens exoner 1-22, vilket resulterar i produktion av en polypeptid som representerar dessa exoner, men inte 23-26. Det finns emellertid en kapslad gen inom F8-promotorn som översätter exoner 23-26. Icke desto mindre innebär 1-22-inversionen att de överlappande peptiderna som genereras från detta protein inte inkluderar korsningen mellan 1-22 och 23-26. Medan peptiderna från det infunderade läkemedelsproteinet FVIII som täcker denna korsning således skulle vara främmande för patientens immunsystem, är de i allmänhet inte immunogena. Snarare, immunogenicitet på grund av skillnaderna mellan endogena och infunderas FVIII är sannolikt på grund av en mängd olika fakta, särskilt enstaka nukleotidpolymorfismer (SNP), men också missense mutationer och deletioner, och nonsens mutationer, liksom inversioner,
därför skulle den ideala (men inte troligt) lösningen på immunogenicitetsproblemet av infunderas FVIII vara att utforma FVIII ersättare som matchar varje patients haplotyp och HLA-typ för att undvika att utlösa ett immunsvar. Det är inte praktiskt att utforma sådana biologiska läkemedel för att matcha varje patient, men det kan vara möjligt i fall där det finns tydliga och signifikanta skillnader mellan specifika populationer (t.ex. mellan de av europeisk kaukasisk och svart afrikansk härkomst). I sådana fall skulle det vara önskvärt att anpassa utformningen av endogen FVIII till varje grupp för att säkerställa att en befolkning inte får en oproportionerlig andel av fördelarna med en enda version av FVIII medan den andra befolkningen bär en oproportionerlig andel av riskerna från samma infunderade FVIII.nuvarande teknik möjliggör identifiering av haplotypbakgrunder för FVIII samt utveckling av åtminstone ett begränsat utbud av personliga faktor VIII-läkemedelsprodukter. Därför är vårt kortsiktiga mål att bestämma 1) kvantitativ fördelning av olika haplotyper (SNP) hos individer av europeisk-kaukasisk och svart-afrikansk härkomst; 2) fördelning av MHC klass II-antigener i dessa populationer; 3) Sammansättning av FVIII som används som läkemedel; och 4) sjukdomsframkallande mutation, deletion eller inversion i F8-genen (FVIII) hos enskilda patienter. Vi kommer att använda dessa data för att förutsäga immunogeniciteten hos enskilda FVIII-produkter i olika populationer och/eller enskilda patienter.
2) utveckling av aptamers som ett verktyg för undersökning av protein-läkemedel konformational epitoper.aptamerer, nukleinsyror som kan bilda komplexa konformationer, är potentiella verktyg för kartläggning av proteinkonformation, identifiering och förutsägelse av immunogena ställen och för att kringgå immunogenicitet. Vårt laboratorium utvecklar enkelsträngade DNA-aptamerer till rekombinant human faktor VIII.
Vi utformade ett naivt DNA-bibliotek för att generera aptamers med hjälp av definierade 5 och 3 regioner för PCR som flankerar en randomiserad 60-basregion. DNA-biblioteket i na-studien denaturerades och ssDNA-segmenten tilläts vikas till unika 3-dimensionella former. (De 60 slumpmässiga baserna skulle teoretiskt resultera i 460 unika konformatorer.) Vi inkuberade poolen av vikta ssDNA med FVIII och genom iterativa SELEX (systematisk utveckling av ligander genom exponentiell anrikning) cykler kunde vi välja Proteinbindande aptamers.vårt laboratorium valde en provtagning av enskilda aptamers i cyklerna 3, 5 och 8 och klonade och sekvenserade dem. Vi använder dessa kloner för att karakterisera aptamererna genom analys av den förutsagda 3D-strukturen, bindningsegenskaperna och effekten på FVIII-aktivitet. Dessutom gör vi i silico jämförelser av dessa kloner för att följa utvecklingen av aptamersna.
3) Användning av olika analytiska tekniker för att utvärdera proteinegenskaper som kan korrelera med immunogenicitet.
i samarbete med Drs. Mansoor Khan och Rakhi Shah (Division of Product Quality, CDER) vi kommer att analysera läkemedelshjälpmedelsinteraktioner med hjälp av termiska metoder (differentiell skanningskalorimetri, mikrokalorimetri, termogravimetrisk analys), spektroskopiska tekniker (Fourier transform infraröd, nära infraröd, Raman), kristallografi (röntgendiffraktion) och kärnmagnetisk resonans.
4) karakterisering av konformationskänsliga antikroppar.en alternativ metod för att studera konformationsepitoper av terapeutiskt viktiga proteiner är att utveckla och karakterisera antikroppar som är känsliga för konformationsförändringar. I samarbete med Dr. Chava Kimchi-Sarfaty (CBER) karakteriserade vi flera antikroppar som är känsliga för konformationen av zinkmetalloproteasen ADAMTS13, ett multidomänprotein som klyver von Willebrand-faktor och är inblandad i trombotisk trombocytopenisk purpura. Våra resultat tyder på att dessa antikroppar kan vara användbara reagens för att skilja funktionella och icke-funktionella ADAMTS13, och för att analysera konformationsövergångar under den katalytiska cykeln.
publikationer
Int J Mol Sci 2020 20 maj;21(10):E3598
Mikrornas roll i hemofili och trombos hos människor.
Jankowska KI, bastu ZE, Atreya CD
Transfusion 2020 Feb;60 (2): 401-13
klinisk manifestation av hemofili A i frånvaro av mutationer i F8-genen som kodar för FVIII: mikrornas Roll.
Jankowska KI, McGill J, Pezeshkpoor B, Oldenburg J, Atreya CD, bastu ZE
J Thromb Haemost 2020 Jan;18(1):201-16
kvantitativ HLA-klass-II/faktor VIII (FVIII) peptidomisk variation i dendritiska celler korrelerar med den immunogena potentialen hos terapeutiska FVIII-proteiner i hemofili A.
Diego VP, Luu BW, Hofmann M, Dinh lv, Almeida m, Powell JS, Rajalingam r, Peralta JM, Kumar s, Curran je, bastu ze, Kellerman r, park y, Nyckel ns, Escobar ma, huynh h, Verhagen am, Williams-blangero s, Lehmann PV, maraskovsky e, blangero J, Howard te
främre IMMUNOL 2019 dec 20;10:2894
SampPick: val av en kohort av ämnen som matchar en population HLA fördelning.
McGill JR, Yogurtcu ON, Verthelyi D, Yang H, bastu ZE
Sci Rep 2019 okt 29; 9 (1): 15449
effekter av kodonoptimering på koagulationsfaktor IX översättning och struktur: konsekvenser för protein-och genterapier.
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, jakt RC, bastu ZE, Gelinas a, Janjic N, DiCuccio M, Bar H, Komar AA, Kimchi-Sarfaty C
blod Adv 2019 Sep 10;3(17):2668-78
begränsning av T-cellberoende immunogenicitet genom Reengineering faktor VIIa Analog.
Jankowski W, McGill J, Lagasse HAD, Surov S, Bembridge G, Bunce C, Cloake E, Fogg MH, Jankowska KI, Khan a, Marcotrigiano J, Ovanesov MV, bastu ze
AAPS J 2019 augusti 2; 21 (5): 96
TCPro: ett in silico – riskbedömningsverktyg för bioterapeutisk proteinimmunogenicitet.
Yogurtcu ON, bastu ZE, McGill JR, Tegenge MA, Yang H
Am J Physiol Gastrointest lever Physiol 2019 Jun 1;316 (6): G720-34
translationella och transkriptionella svar i humana primära hepatocyter under hypoxi.
Hettiarachchi GK, Katneni UK, Hunt RC, Kames JM, Athey JC, Bar H, bastu ZE, McGill JR, Ibla JC, Kimchi-Sarfaty C
Blood Adv 2019 maj 14;3(9):1429-40
peptider identifierade på monocyt-härledda dendritiska celler: en markör för klinisk immunogenicitet för FVIII-produkter.
Jankowski W, Park Y, McGill J, Maraskovsky E, Hofmann M, Diego VP, Luu BW, Howard TE, Kellerman R, Key NS, bastu ZE
AAPS J 2019 maj 6; 21 (4): 62
Fc-Fusionsläkemedel har fcgammar/C1q bindande och signalerande egenskaper som kan påverka deras immunogenicitet.
Lagasse hade, Hengel H, Golding B, bastu ZE
trender Bioteknol 2018 okt; 36 (10): 1068-84
utvärdera och mildra immunogeniciteten hos terapeutiska proteiner.
bastu ZE, Lagasse D, Pedras-Vasconcelos J, Golding B, Rosenberg AS
Hum Immunol 2018 okt;79 (Suppl.):103-4
analys av hlacii-peptidomer presenterade av dendritiska celler (DCs) från friska givare och hemofili-A (HA) patienter med eller utan faktor VIII (FVIII) – hämmare efter ex vivo administrering av olika terapeutiska FVIII-proteiner (tFVIIIs).
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, bastu ZE
Mol ther metoder Clin Dev 2018 Jun 15;10: 105-12
förekomst av redan existerande antikroppar mot CRISPR-associerad nukleas Cas9 i USA befolkning.
Simhadri VL, McGill J, McMahon S, Wang J, Jiang H, bastu ZE
J Pharm Pharmacol 2018 maj;70(5):584-94
Immunogenicitetsbedömning under utvecklingen av proteinterapi.
Rosenberg AS, bastu ZE
blodtransfusion 2017 okt;15 (6): 568-76
sammanfattande rapport från den första internationella konferensen om inhibitorer i hemofili A.Lacroix-Desmazes S, Scott DW, Goudemand J, Van Den Berg M, Makris M, van Velzen AS, Santagostino E, Lillicrap D, Rosendaal FR, Hilger a, bastu ZE, Oldenburg J, Mantovani L, Mancuso ME, Kessler C, hö CR, Knoebl P, di Minno G, Hoots K, Bok A, Brooker M, Buoso E, Mannucci PM, Peyvandi F
J med Genet 2017 Maj;54(5):338-45
enda synonymt mutation i faktor IX förändrar protein egenskaper och ligger bakom hemofili B.
Simhadri VL, Hamasaki-Katagiri N, Lin BC, Hunt R, Rif S, Tseng SC, Wu a, Bentley AA, Zichel R, Lu Q, Zhu L, Freedberg DI, Monroe DM, bastu ZE, Peters R, Komar AA, Kimchi-Sarfaty C
J Thromb hemost 2017 April;15(4):721-34
modulerande immunogenicitet av faktor IX genom fusion till en immunoglobulin FC-domän: en studie med hemofili B-musmodell.
Levin D, Lagasse HA, Burch e, Strome S, Tan S, Jiang H, bastu ZE, Golding B
F1000Res 2017 Feb 7;6: 113
senaste framstegen inom (terapeutiskt protein) läkemedelsutveckling.
Lagasse HA, Alexaki A, Simhadri VL, Katagiri NH, Jankowski W, bastu ZE, Kimchi-Sarfaty C
Sci Transl med 2017 Jan 11;9(372):Aag1286
post hoc-bedömning av immunogeniciteten hos bioengineered faktor VIIa visar användningen av prekliniska verktyg.
Lamberth K, Reedtz-Runge SL, Simon J, Klementyeva K, Pandey GS, Padkj Oskyl SB, Pascal V, Le Oskyl IR, Gudme CN, Buus s, bastu ZE
Biomed Res Int 2015; 2015: 456348
muskeldystrofi: sjukdomsmekanismer och terapier.
Pandey SN, Kesari A, Yokota T, Pandey GS
Per Med 2015;12 (4):403-15
personliga tillvägagångssätt för behandling av hemofili A och B.
Simhadri VL, Banerjee AS, Simon J, Kimchi-Sarfaty C, bastu ZE
PLoS One 2015 Jul 15;10(7):E0132433
små ncRNA-uttryck-profilering av blod från hemofili A-patienter identifierar miR-1246 som en potentiell regulator av ffctor 8-genen.
Sarachana T, Dahiya N, Simhadri VL, Pandey GS, Saini s, Guelcher C, Guerrera MF, Kimchi-Sarfaty C, bastu ZE, Atreya CD
nukleinsyror Res 2015 Juli 13;43(12):5699-707
storskalig analys av mutationslandskapet i HT-SELEX förbättrar upptäckten av aptamer.
Hoinka J, Berezhnoy a, Dao P, bastu ZE, Gilboa E, Przytycka TM
blod 2015 Jan 8;125(2):223-8
intron-22-inverterad F8-locus tillåter intracellulär faktor VIII-syntes, förklarar dess låga inhibitorrisk och föreslår en roll för farmakogenomik.
bastu ZE, Lozier JN, Kasper CK, Yanover C, Nichols T, Howard TE
trender Bioteknol 2015 Jan;33(1):27-34
Fc fusion som plattformsteknik: potential för modulering av immunogenicitet.
Levin D, Golding B, Strome SE, bastu ZE