酵母ディスプレイの選択と機械学習を使用した治療抗体自己関連の減少

自己協会は、皮下送達に使用される高濃度の製剤における治療的抗体の粘度と溶解度を支配しますが、抗体発見と初期段階の最適化中の自己関連性が低い候補を確実に特定することは困難です。ここでは、抗体候補を迅速に自己関連と高親和性の両方で迅速に識別するためのハイスループットタンパク質工学法を報告します。レンジルマブやボコシズマブなどの強く自己関連性（pH 7.4、PBS）が、他の高い自己分類抗体を検出するのに非常に敏感な免疫複合体をもたらすIgGに量子ドットを結合することがわかります。さらに、これらのコンジュゲートを使用して、免疫調節性レベルの低いバリアントの酵母ディスプレイボコシズマブサブライブラリーを迅速に濃縮することができます。濃縮されたボコシズマブライブラリの深いシーケンスと機械学習分析、および抗体親和性に関する同様のライブラリ分析により、自己関連性と高親和性の共同最適化レベルを持つ非常にまれなバリアントの識別を可能にしました。この分析により、ほとんどの高親和性変異体は正の帯電した変数ドメインを所有しており、ほとんどの低い自己吸収バリアントが負に充電された変数ドメインを所有しているため、ボコシズマブを共同最適化することが困難であることが明らかになりました。さらに、そのパラトープに隣接するボコシズマブの重鎖CDR2の負に帯電した突然変異は、親和性を低下させることなく自己分離を減らすのに効果的でした。興味深いことに、自己関連の減少を伴うボコシズマブバリアントのほとんどは、折りたたみ安定性の改善と非特異的結合の減少も示し、このアプローチは薬物様特性の魅力的な組み合わせを持つ抗体候補を特定するのに特に役立つ可能性があることを明らかにします。 - キャプチャー自己相互作用ナノ粒子分光法;CDR：相補性決定領域。CS-SINS：電荷安定化自己相互作用ナノ粒子分光法;FACS：蛍光活性化細胞ソート。Fab：断片抗原結合;FV：フラグメント変数。IgG：免疫グロブリン;QD：量子ドット;PBS：リン酸緩衝生理食塩水;VH：可変ヘビー。VL：可変光。

Self-association governs the viscosity and solubility of therapeutic antibodies in high-concentration formulations used for subcutaneous delivery, yet it is difficult to reliably identify candidates with low self-association during antibody discovery and early-stage optimization. Here, we report a high-throughput protein engineering method for rapidly identifying antibody candidates with both low self-association and high affinity. We find that conjugating quantum dots to IgGs that strongly self-associate (pH 7.4, PBS), such as lenzilumab and bococizumab, results in immunoconjugates that are highly sensitive for detecting other high self-association antibodies. Moreover, these conjugates can be used to rapidly enrich yeast-displayed bococizumab sub-libraries for variants with low levels of immunoconjugate binding. Deep sequencing and machine learning analysis of the enriched bococizumab libraries, along with similar library analysis for antibody affinity, enabled identification of extremely rare variants with co-optimized levels of low self-association and high affinity. This analysis revealed that co-optimizing bococizumab is difficult because most high-affinity variants possess positively charged variable domains and most low self-association variants possess negatively charged variable domains. Moreover, negatively charged mutations in the heavy chain CDR2 of bococizumab, adjacent to its paratope, were effective at reducing self-association without reducing affinity. Interestingly, most of the bococizumab variants with reduced self-association also displayed improved folding stability and reduced nonspecific binding, revealing that this approach may be particularly useful for identifying antibody candidates with attractive combinations of drug-like properties.Abbreviations: AC-SINS: affinity-capture self-interaction nanoparticle spectroscopy; CDR: complementarity-determining region; CS-SINS: charge-stabilized self-interaction nanoparticle spectroscopy; FACS: fluorescence-activated cell sorting; Fab: fragment antigen binding; Fv: fragment variable; IgG: immunoglobulin; QD: quantum dot; PBS: phosphate-buffered saline; VH: variable heavy; VL: variable light.