相補性を決定する領域の端の近くに帯電した突然変異を設計した凝集耐性ドメイン抗体

抗体には、一般に、標的抗原への結合を媒介する相補性決定領域（CDR）内に疎水性残基が含まれています。残念ながら、疎水性CDRは抗体凝集を促進する可能性もあります。これは、抗体凝集体の免疫原性による治療的抗体の特に懸念されます。ここでは、アルツハイマー病のアミロイドβペプチドに特異的な単一ドメイン（V（H））抗体内のCDRの配列を、結合親和性を低下させることなく凝集に抵抗するように操作する方法を調査します。3番目のCDR（CDR3）内の疎水性残基のクラスターを含むドメイン抗体は、25°Cおよび70°Cを超える分で数日以内に凝集する傾向があることがわかります。ただし、CDR3の各エッジに2つ以上の負に帯電した残基を挿入すると、結合親和性を変えることなく抗体凝集を強力に抑制します。また、CDR3（N-またはC末端）の片端に荷電された変異を挿入すると、凝集が防止されますが、そのような変異がCDR3のほとんどの疎水性部分に最も近いエッジにある場合のみです。対照的に、CDR3以外の帯電した突然変異は凝集を抑制できません。我々の発見は、CDRループのシーケンスを体系的な方法で設計して、結合親和性や特異性を変えることなく抗体溶解度を改善できることを示しています。

Antibodies commonly contain hydrophobic residues within their complementarity-determining regions (CDRs) that mediate binding to target antigens. Unfortunately, hydrophobic CDRs can also promote antibody aggregation, which is especially concerning for therapeutic antibodies due to the immunogenicity of antibody aggregates. Here we investigate how the sequences of CDRs within single-domain (V(H)) antibodies specific for the Alzheimer's amyloid β peptide can be engineered to resist aggregation without reducing binding affinity. We find that domain antibodies containing clusters of hydrophobic residues within their third CDR (CDR3) are prone to aggregate within days at 25°C and minutes above 70°C. However, inserting two or more negatively charged residues at each edge of CDR3 potently suppresses antibody aggregation without altering binding affinity. We also find that inserting charged mutations at one edge of CDR3 (N- or C-terminal) prevents aggregation, but only if such mutations are located at the edge closest to most hydrophobic portion of CDR3. In contrast, charged mutations outside of CDR3 fail to suppress aggregation. Our findings demonstrate that the sequence of CDR loops can be engineered in a systematic manner to improve antibody solubility without altering binding affinity or specificity.