IgG1およびIgG4抗体の鎖間ジスルフィド結合還元に関する機構的洞察

主に免疫グロビンG1（IgG1）およびそのヒンジ領域に操作されたCPPCモチーフを備えたIgG4の治療的モノクローナル抗体（MAB）は、主要な生物学です。IgG MABの鎖間ジスルフィド結合は、IgGの完全性を維持するために重要です。鎖間ジスルフィド結合還元低分子量（LMW）は、IgG薬物物質の質の高い属性の1つと考えられており、薬物製造で観察されます。この研究では、IgG1とIgG4は還元剤TCEPの影響を異なる方法で敏感であり、LMWを形成するための異なる経路に従っていることを示しています。私たちの研究は、IgG1がIgG4よりもTCEPに対してより敏感であることを示しています。治療IgG1とヒト血漿IgG1の両方が、中間種としてHHLとHHを特徴とする重濃度の光鎖（HHL）経路に従います。ヒンジ領域にCPSCモチーフを持つヒト血漿IgG4は、中間種としてHLで紹介された重灯鎖（HL）経路に従います。ただし、治療的IgG4は、HL経路を一次、HHL経路を二次として伴うハイブリッド経路に従います。これらの実験的観察は、計算モデリングと分子動力学シミュレーションから得られた鎖間ジスルフィド結合の溶媒アクセシビリティを使用してさらに説明されています。この研究の発見は、IgG1およびIgG4のLMW形成の機械的洞察を提供します。これは、二極性抗体およびシステインベースの抗体誘発性コンジュゲートのIgG1またはIgG4の選択を示唆しています。重要なポイント：•これらのジスルフィド結合の異なる溶媒アクセシビリティによって駆動される、IgG1とIgG4抗体の間の好ましいジスルフィド結合還元経路を実験的に発見しました。•Molecular Dynamicsシミュレーションによって支援された溶媒アクセシビリティを計算しました。•堅牢な生物学的プロセスの開発と、二重特異的抗体とシステインベースの抗体薬物類似物の設計に関する洞察を提供しました。

Therapeutic monoclonal antibodies (mAbs), primarily immunoglobin G1 (IgG1) and IgG4 with an engineered CPPC motif in its hinge region, are predominant biologics. Inter-chain disulfide bonds of IgG mAbs are crucial to maintaining IgG integrity. Inter-chain disulfide bond-reduced low molecular weight (LMW) is considered as one of quality attributes of IgG drug substance and is observed in drug substance manufacturing. In this study, we demonstrate that IgG1 and IgG4 are susceptible to the reducing agent TCEP differently and they follow different pathways to form LMWs. Our study shows that IgG1 is more sensitive to TCEP than IgG4. Both therapeutic IgG1 and human blood plasma IgG1 follow a heavy-heavy-light chain (HHL) pathway, featured with HHL and HH as intermediate species. Human blood plasma IgG4 with a CPSC motif in its hinge region follows heavy-light chain (HL) pathway, featured with HL as the intermediate species. However, therapeutic IgG4 follows a hybrid pathway with the HL pathway as the primary and the HHL pathway as the secondary. These experimental observations are further explained using solvent accessibility of inter-chain disulfide bonds obtained from computational modeling and molecular dynamics simulations. Findings from this study provide mechanistic insights of LMW formation of IgG1 and IgG4, which suggest selection of IgG1 or IgG4 for bispecific antibodies and cysteine-based antibody-drug conjugates. KEY POINTS: • Experimentally discovered preferable disulfide bond reduction pathways between IgG1 and IgG4 antibodies, driven by the different solvent accessibilities of these disulfide bonds. • Computationally explained the solvent accessibility aided by molecular dynamics simulations. • Provided insights in developing robust biologics process and designing bispecific antibodies and cysteine-based antibody-drug conjugates.