抗体薬物コンジュゲート（ADC）ペイロード、モノメチルアリスタチンE（MMAE）による微小管結合と微小管ダイナミクスの調節：MMAE ADC周辺神経障害に関する機械的洞察

モノメチルアリスタチンE（MMAE）は、3つの承認されたMMAE含有抗体薬剤（ADC）および臨床発達における複数のADCのペイロードとして使用される強力な抗がん微小管誘導剤（MTA）です。残念ながら、MMAE-ADCは、末梢神経障害、治療用量の減少または中止、およびその後の多くのMMAE-ADCの臨床終了につながる頻繁な有害事象を誘導する可能性があります。MMAE-ADC誘発性末梢神経障害は、末梢神経におけるADCの非特異的な取り込みおよびMMAEの放出に起因し、微小管（MTS）の破壊、神経変性の原因に起因します。ただし、MMAEおよびMMAE-ADC効果の根底にある分子メカニズムは、不明のままです。ここでは、再構成されたin vitro可溶性チューブリンまたはMTシステムにおけるMMAE-チューブリン/MT相互作用を特徴付け、培養されたヒトMCF7細胞のMMAEおよびVCMMAE-ADCを評価しました。最大化学量論が〜1：1の可溶性チューブリンヘテロダイマーに結合したMMAEは、事前に組み立てられたMTの長さに沿って豊富に結合し、MT端で高い親和性を伴い、構造欠陥を導入し、MTダイナミクスを抑制し、MTの動態と程度を減少させました。チューブリンリングの形成を促進しながら組み立てます。細胞では、MMAEおよびMMAE-ADC（非特異的取り込みを介して）が増殖、有糸分裂、MTダイナミクスを抑制し、MTネットワークを破壊しました。MMAEの作用を他のMTAと比較すると、末梢神経障害の重症度は、個々の薬物MT相互作用の正確なメカニズム（結合、親和性、形態、およびダイナミクスへの影響）の正確なメカニズムによって決定されるという仮説をサポートします。この研究は、MMAEがチューブリンとMTに広く結合し、重度のMT調節不全を引き起こすことを示しており、MMAEを介したMT依存性軸索輸送の阻害が重度の末梢神経障害につながるという説得力のある証拠を提供します。

Monomethyl auristatin E (MMAE) is a potent anti-cancer microtubule-targeting agent (MTA) used as a payload in three approved MMAE-containing antibody drug conjugates (ADCs) and multiple ADCs in clinical development to treat different types of cancers. Unfortunately, MMAE-ADCs can induce peripheral neuropathy, a frequent adverse event leading to treatment dose reduction or discontinuation and subsequent clinical termination of many MMAE-ADCs. MMAE-ADC-induced peripheral neuropathy is attributed to non-specific uptake of the ADC in peripheral nerves and release of MMAE, disrupting microtubules (MTs) and causing neurodegeneration. However, molecular mechanisms underlying MMAE and MMAE-ADC effects on MTs remain unclear. Here, we characterized MMAE-tubulin/MT interactions in reconstituted in vitro soluble tubulin or MT systems and evaluated MMAE and vcMMAE-ADCs in cultured human MCF7 cells. MMAE bound to soluble tubulin heterodimers with a maximum stoichiometry of ~1:1, bound abundantly along the length of pre-assembled MTs and with high affinity at MT ends, introduced structural defects, suppressed MT dynamics, and reduced the kinetics and extent of MT assembly while promoting tubulin ring formation. In cells, MMAE and MMAE-ADC (via nonspecific uptake) suppressed proliferation, mitosis and MT dynamics, and disrupted the MT network. Comparing MMAE action to other MTAs supports the hypothesis that peripheral neuropathy severity is determined by the precise mechanism(s) of each individual drug-MT interaction (location of binding, affinity, effects on morphology and dynamics). This work demonstrates that MMAE binds extensively to tubulin and MTs and causes severe MT dysregulation, providing convincing evidence that MMAE-mediated inhibition of MT-dependent axonal transport leads to severe peripheral neuropathy.