ヒトIgG1およびIgG4 S228Pモノクローナル抗体の粘度と自己融合の違い：ドメイン相互作用の実験的評価と計算予測

ヒト/ヒト化IgG4抗体は、特定の治療目的で望ましいIgG1抗体と比較してエフェクター機能を低下させています。ただし、IgG4抗体の発達性と生物物理学的特性はよく理解されていません。この研究は、14のヒト/ヒト化、およびキメラIgG1およびIgG4 S228pモノクローナル抗体ペアについて、同一の可変領域を含むIgG4 S2228P S228P S228P S228P S228P S228P S228Pの主要な生物物理学的特性の頭と利点の比較に焦点を当てています。実験的測定により、IgG4 S228P抗体は、20 mM酢酸ナトリウム、pH 5.5のIgG1抗体の自己相互作用と粘度が類似または高いことを示しました。実験データと計算モデルの組み合わせにより、IgG4 S228P抗体で検出された粘度と自己相互作用の増加について、シーケンスと構造ドライバーを報告します。さらに、IgG1抗体の以前に確立された計算モデルを適用して拡張して、各抗体ペアの自己相互作用と粘度の挙動を予測し、これら2つのアイソタイプの構造的特性と違いに関する洞察を提供しました。興味深いことに、CH3ドメインがIgG1のドメインと交換されたIgG4 S228P交換バリアントは、自己相互作用挙動の低下を示したことが観察されました。これらのドメインは、IgG4 S228P分子を交換し、実験と粗粒シミュレーションから粘度の低下を示しました。また、実験的拡散相互作用パラメーター（KD）値は、IgG1とIgG4 S228Pアイソタイプの両方の計算拡散率予測と高い相関があることも観察されました。AHV、可変領域Hamaker Constant;CDR、相補性決定領域。CG、粗粒モデル。CH1、一定の重鎖1;CH2コンスタントヘビーチェーン2;CH3一定の重鎖3;CH3領域でのCHGCH3効果的な充電。CL定数鎖;CP、Centipoise;DLS、動的光散乱;Fab、フラグメント抗原結合;FC、フラグメント結晶化可能。fv、可変ドメイン;（r）放射状分布関数。重鎖のH1 CDR1;重鎖のH2CDR2;重鎖のH3CDR3;HVI、高粘度指数。IgG1サブクラスのIgG1ヒト免疫グロブリン。IgG4サブクラスのIgG4ヒト免疫グロブリン。KD、拡散相互作用パラメーター。ライトチェーンのL1 CDR1;L2 CDR2のL2 CDR2;ライトチェーンのL3 CDR3;mAb、モノクローナル抗体;MD、分子動力学;PPIタンパク質間相互作用;SCM、空間電荷マップ。Up-sec、超高性能サイズ排除クロマトグラフィー。VH、重鎖の可変ドメイン。VL、ライトチェーンの可変ドメイン。

Human/humanized IgG4 antibodies have reduced effector function relative to IgG1 antibodies, which is desirable for certain therapeutic purposes. However, the developability and biophysical properties for IgG4 antibodies are not well understood. This work focuses on the head-to-head comparison of key biophysical properties, such as self-interaction and viscosity, for 14 human/humanized, and chimeric IgG1 and IgG4 S228P monoclonal antibody pairs that contain the identical variable regions. Experimental measurements showed that the IgG4 S228P antibodies have similar or higher self-interaction and viscosity than that of IgG1 antibodies in 20 mM sodium acetate, pH 5.5. We report sequence and structural drivers for the increased viscosity and self-interaction detected in IgG4 S228P antibodies through a combination of experimental data and computational models. Further, we applied and extended a previously established computational model for IgG1 antibodies to predict the self-interaction and viscosity behavior for each antibody pair, providing insight into the structural characteristics and differences of these two isotypes. Interestingly, we observed that the IgG4 S228P swapped variants, where the CH3 domain was swapped for that of an IgG1, showed reduced self-interaction behavior. These domain swapped IgG4 S228P molecules also showed reduced viscosity from experiment and coarse-grained simulations. We also observed that experimental diffusion interaction parameter (kD) values have a high correlation with computational diffusivity prediction for both IgG1 and IgG4 S228P isotypes.Abbreviations: AHc, constant region Hamaker constant; AHv, variable region Hamaker constant; CDRs, Complementarity-determining regions; CG, Coarse-grained model; CH1, Constant heavy chain 1; CH2 Constant heavy chain 2; CH3 Constant heavy chain 3; chgCH3 Effective charge on the CH3 region; CL Constant light chain; cP, Centipoise; DLS, Dynamic light scattering; Fab, Fragment antigen-binding; Fc, Fragment crystallizable; Fv, Variable domaing; (r) Radial distribution function; H1 CDR1 of Heavy Chain; H2 CDR2 of Heavy Chain; H3 CDR3 of Heavy Chain; HVI, High viscosity index; IgG1 human immunoglobulin of IgG1 subclass; IgG4 human immunoglobulin of IgG4 subclass; kD, Diffusion interaction parameter; L1 CDR1 of Light Chain; L2 CDR2 of Light Chain; L3 CDR3 of Light Chain; mAb, Monoclonal antibody; MD, Molecular dynamics; PPI Protein-protein interactions; SCM, Spatial charge map; UP-SEC, Ultra-high-performance size-exclusion chromatography; VH, Variable domain of Heavy Chain; VL, Variable domain of Light Chain.