四川
多聚免疫球蛋白是有頜類脊椎動物免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵組分。哺乳動物免疫球蛋白M（IgM）通常形成由連接鏈（J鏈）連接的五聚體，而非洲爪蟾（Xenopuslaevis）的IgX則可組裝為不依賴J鏈的多聚體。
近日，北京大學肖俊宇，高寧和Chenggong Ji共同通訊在Science Advances（IF=11.7）在線發(fā)表題為“XenopusIgXinforms engineering strategies of IgM and IgG hexamers”的研究論文。該研究通過冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）解析了IgX的結(jié)構(gòu)，揭示了其六聚體構(gòu)型。將IgX尾部片段引入人IgM后，作者成功實現(xiàn)了高效的IgM六聚體形成。將IgM天然尾部片段截短至11–16個殘基范圍，亦可顯著提升六聚化效率。
此外，將截短的IgM尾部片段引入IgG抗體后，同樣實現(xiàn)了有效的IgG六聚體組裝。進一步實驗表明，靶向CD20的工程化IgM與IgG六聚體在多種B淋巴瘤細胞中均表現(xiàn)出強大的補體依賴性細胞毒性（CDC）。同時，IgG-Fc六聚體可作為誘餌分子，在細胞培養(yǎng)模型中有效抑制CDC活性。這些發(fā)現(xiàn)深化了作者對多聚免疫球蛋白演化機制的理解，并為開發(fā)基于IgM與IgG的創(chuàng)新生物制劑提供了新策略。
聚合免疫球蛋白（pIgs）在所有有頜類脊椎動物的免疫系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。免疫球蛋白M（IgM）是最古老的抗體類別之一，在進化歷程中高度保守，并作為聚合免疫球蛋白的原型。哺乳動物的IgM在與連接鏈（J鏈）結(jié)合后通常組裝為五聚體形式。J鏈賦予IgM五聚體獨特的特性，并增強其與多種受體及結(jié)合蛋白（例如pIgR、FcμR和CD5L）的交互作用。IgM重鏈C末端的18個殘基尾片段對于多聚化及與J鏈的結(jié)合至關(guān)重要。免疫球蛋白A（IgA抗體）中也存在類似的尾片段，同樣促進其多聚化及與J鏈的交互作用。在缺乏J鏈的情況下，哺乳動物IgM可形成多種多聚結(jié)構(gòu)，包括六聚體、五聚體和四聚體。硬骨魚類中不存在J鏈，其IgM呈現(xiàn)出獨特的四聚體構(gòu)型。
聚合免疫球蛋白的多價特性賦予其高親合力，這對于高親和力結(jié)合抗原及觸發(fā)特異性抗體效應(yīng)功能至關(guān)重要。例如，IgM是補體系統(tǒng)的有效激活劑，而補體系統(tǒng)作為先天免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，能夠促進微生物病原體和受損細胞的清除。經(jīng)典補體途徑由C1復(fù)合物的激活啟動，其中C1q與結(jié)合抗原的IgM或IgG抗體發(fā)生結(jié)合。值得注意的是，IgM六聚體激活補體系統(tǒng)的效率顯著高于五聚體，這很可能源于C1q適配蛋白自身的六聚體結(jié)構(gòu)。IgG抗體同樣可激活經(jīng)典補體途徑；然而，由于IgG在溶液中以單體形式存在，需要多個（理想情況下為六個）IgG分子聚集才能有效招募C1q。
非洲爪蟾的Fcχ能夠形成穩(wěn)定的六聚體結(jié)構(gòu)（圖片源自Science Advances）
鑒于工程化改造后抗體所表現(xiàn)出的高效補體依賴性細胞毒性（CDC）活性，促進IgG形成六聚體已成為抗體藥物開發(fā)的重要方向。構(gòu)建類IgM型IgG的策略包括：將18個氨基酸的IgM尾片段（UTP）或其C575S變體與IgG重鏈融合，以利用UTP的多聚化能力；此外，在IgG-Fc（Fcγ）中引入L309C突變以模擬IgM中的Cys414，從而促進相鄰IgG分子間二硫鍵的形成。進一步的修飾包括將FcγC末端的六個氨基酸（SLSPGK）替換為UTP前的IgM序列（DKSTGK），并在μtp中引入V567I和A572G兩個點突變以改善多聚化（以下稱為FcγInnovent）。另外，在數(shù)種抗體（包括兩種抗HIV-1 gp120抗體b12和2G12）的晶體晶格中已觀察到IgG六聚體結(jié)構(gòu)。基于通過晶體對稱性重建的b12六聚體結(jié)構(gòu)，研究人員策略性地設(shè)計了如E345R、E430G和S440Y等點突變，以增強Fcγ-Fcγ交互作用并促進六聚體形成。這些創(chuàng)新構(gòu)成了HexaBody抗體技術(shù)平臺的基礎(chǔ)，標志著抗體工程領(lǐng)域的一項重大進展。類似地，H429Y或H429F突變（Stellabody）以及Q311R/M428E/N434W組合突變也能導(dǎo)致IgG寡聚化增強和/或補體激活水平升高。
非洲爪蟾（Xenopuslaevis）在進化上連接了硬骨魚類與更高等的脊椎動物，是研究免疫球蛋白早期多樣化事件的理想模型。在爪蟾體內(nèi)存在兩種聚合免疫球蛋白：IgM和IgX。IgX主要存在于黏液分泌物中，被認為在功能上類似于IgA抗體，盡管其在結(jié)構(gòu)上與IgM更為相似，包含四個恒定區(qū)結(jié)構(gòu)域，而IgA抗體僅有三個。IgX可形成多聚體。但與IgM和IgA抗體不同，IgX似乎不與J鏈結(jié)合。這一發(fā)現(xiàn)促使作者對其組裝機制進行更深入的研究。
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea3737
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