基于三维结构的人源化方法技术

本文报道，使用基于结构的评分矩阵进行非人抗体的人源化的方法。利用该评分矩阵，可以确定在所选人种系序列的限定位置上氨基酸残基的特定(回复)突变的(要求和)适宜性。该评分矩阵考虑相应残基的拓扑学、三维结构以及相互作用和变化。因此，可以确定特定氨基酸残基改变对抗原结合的影响。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于三维结构的人源化方法本文报道了使用基于结构的方法将非人抗体人源化的方法。利用本文报道的方法，可以确定在选定的人或人源化受体序列的限定位置上氨基酸残基的特定(回复或正向)突变的(要求和)适宜性。考虑相应残基的拓扑学、三维结构和相互作用以及其变化。由此解决特定氨基酸残基改变对抗原结合的影响。
技术介绍
抗体与其抗原的相互作用基于其3维结构。抗体互补位由6个CDR(互补决定区)环形成，可识别抗原表面的互补表位。在对小抗原(例如小分子)具有特异性的抗体的情况下，只有来自一些而非全部CDR的少数氨基酸参与抗原识别。通常，与VL(可变抗体轻链结构域)CDR相比，VH(可变抗体重链结构域)CDR(特别是VHCDR3)对于与抗原形成接触而言具有更大贡献，抗原-抗体接触的几何中心紧靠VHCDR3。参与直接抗原接触的CDR氨基酸残基称为特异性决定区(SDR)。通过分析抗原-抗体复合物的3维结构，可以基于氨基酸残基的距离，鉴定直接接触抗原的氨基酸残基。CDR之间间隔的FR(构架)残基也可以参与抗原识别，但程度较小(此类区域的表面可占抗原和抗体接触表面的最多15％)(例如，参见Altshuler，E.P.，Chemie50(2010)203-258；Bujotzek，A.等人，mAbs8(2016)288-305)。二级和三级抗体结构公开在例如EP0239400中。四个构架区主要采用β-折叠构象，而CDR形成连接β-折叠结构且在某些情况下构成β-折叠结构一部分的环。CDR通过构架区紧密靠近，并且与来自另一可变域的CDR一起促成抗原结合位点的形成(参见例如Poljak，RJ等人，Proc.Natl.Acad.Sci.USA，70(1973)3305-3310；Segal，DM等，Proc.Natl.Acad.Sci.USA，71(1974)4298-4302，Marquart，M.等，J.Mol.Biol.,141,(1980)369-391)。并非可变域内的所有残基都是溶剂可及的(参见，例如，Amit，A.G.等人，Science，233(1986)747-753)。在一个结构域内，通过二硫键连接的两个β-折叠的堆积和方向(以及由此CDR环的末端)相对保守，尽管这些β折叠在堆积和方向上确实发生小的迁移(例如，参见，Lesk，A.M.和Chothia，C.，J.Mol.Biol.，160，325-342，1982；Chothia，C.等，J.Mol.Biol.，186(1985)651-653，1985)。抗原结合位点两个部分的可变区通过链间非共价相互作用保持正确的方向。这些可能涉及CDR内的氨基酸残基。因此，为了将一个可变结构域的抗原结合能力转移到另一可变结构域，可能没有必要用来自供体可变区的完整CDR替换所有CDR。可能只需要从抗原结合位点转移那些可及残基——CDR残基以及构架残基。此外，还可能有必要的是，确保链间相互作用所必需的残基保留在受体可变域中。免疫球蛋白分子的功能取决于其三维结构，而三维结构又取决于其一级氨基酸序列。Bujotzek等人(MAbs.7(2015)838-852)公开了模建抗体的Fv区。WO2005/061540公开了一种抗体的人源化方法以及由此获得的人源化抗体。Williams等人(“AntibodyEngineering”,Springer(Berlin),2010,pp319-339)公开了通过CDR嫁接来人源化抗体。WO2014/100542公开了高通量抗体人源化。Bujotzek等人(Prot.Struct.Funct.Bioinf.83(2015)681-695)公开了用于模建抗体可变结构域的VH-VL结构域取向的预测。WO2016/062734公开了基于VH-VL-域间角的抗体人源化。专利技术概述本文报道了使用基于结构的方法将非人抗体人源化的方法。利用本专利技术方法，对于已被选择作为非人抗体CDR或其残基的受体的人或人源化受体序列，可以鉴定在该所选择的人或人源化受体序列的限定位置上氨基酸残基的特定(回复)突变(的要求)。该初始选择可以如本领域所公知的进行。待回复突变的残基的鉴定考虑相应残基的拓扑学，三维结构以及相互作用以及变化的影响。因此，可以对特定氨基酸残基改变对抗原结合的影响，做出改进的预测并定量。已经发现，与不使用额外的拓扑学特征、通过常规人源化方法获得的人源化抗体相比，通过本专利技术的方法获得的人源化抗体具有更多的人源性(humaneness)(人的特征)。根据本专利技术的方法包括必要步骤：对用于非人抗体的互补决定区(CDR)转移的所选受体序列和亲本非人抗体之间的每个氨基酸差异，量化该差异对拓扑学，即三维结构和取向的影响。在一个实施方案中，(拓扑学)量化是通过分别为每个改变/差异赋分或为所有改变/差异共同赋分来完成的。该得分一方面基于改变的氨基酸残基之间的结构差异，另一方面基于所述改变的位置的拓扑学。在一个实施方案中，基于/使用三维同源性模型来分配分数。该得分反映了氨基酸差异对构架稳定性或CDR构象的影响，并且如下：0：无影响；1：影响轻微；2：影响中等；3：可能影响构架的稳定性；4：将破坏构架稳定性或CDR构象。通过为存在于任何人类种系序列中的相应位置的每个氨基酸残基差异分别分配分数，可以获得可能变化的完整矩阵。本专利技术至少部分基于以下发现：通过定量分析抗体的三维结构，更准确地，分析亲本非人抗体结构与人源化候选物结构之间的结构差异，可以鉴定出适宜的(和所需的)氨基酸变化，所述氨基酸变化对构架/CDR构象导致不同的，优选更低的影响/变形或甚至不导致影响/变形，并且由此尤其是增加该人源化抗体对其抗原的结合。因此，本专利技术提供了一种改进的人源化方法。本专利技术的一方面是，提供(或合成或鉴定或产生)编码(人源化)免疫球蛋白可变域的核酸序列的方法，其包括以下步骤a)比对非人重链或轻链可变域的氨基酸序列与所述非人重链或轻链可变域的第一人源化变体，其中所述第一人源化变体通过将相应的非人抗体重链或轻链可变域的CDR或高变区或特异性决定残基嫁接到如下序列上而获得：i)与非人可变域具有最高序列同源性的人种系氨基酸序列，或ii)两个或两个以上人类种系氨基酸序列片段，其中所述片段在比对后形成一个完整的可变域，并且具有比单个人类种系氨基酸序列更高的同源性，或iii)允许维持VH/VL角度的人种系氨基酸序列，或iv)人源化抗体可变域，(具有最大水平的氨基酸序列同一性)，b)鉴定(比对的)构架位置，其中在所述位置，非人重链或轻链可变域和所述非人重链或轻链可变域的第一人源化变体具有不同的氨基酸残基，并且由于该差异，所述位置影响该可变结构域(与相应的另一可变结构域组合为Fv)的抗原结合和/或三维结构，c)通过对步骤b)中鉴定的一个或多个氨基酸残基进行氨基酸残基替换，修饰所述非人重链或轻链可变域的第一人源化变体，其中用于替代的氨基酸残基比被替换的氨基酸残基对所述可变域(与相应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种产生编码人源化免疫球蛋白可变结构域的核酸序列的方法，包括以下步骤/na)比对非人重链或轻链可变结构域的氨基酸序列/n与/n所述非人重链或轻链可变结构域的第一人源化变体，其中所述第一人源化变体通过将非人抗体重链或轻链可变结构域的CDR或高变区或特异性决定残基嫁接到以下序列上获得：/ni)与非人可变结构域具有最高序列同源性的人种系氨基酸序列，/n或/nii)在比对时具有比单个人种系氨基酸序列更高的同源性的两个或两个以上人种系氨基酸序列片段，/n或/niii)允许维持VH/VL角的人种系氨基酸序列/n(具有最大水平的氨基酸序列同一性)，/nb)鉴定比对的构架位置，其中，在所述位置，非人重链或轻链可变结构域和所述非人重链或轻链可变结构域的第一人源化变体具有不同的氨基酸残基，并且由于该差异而影响该可变结构域(与相应的另一可变结构域组合为Fv)的抗原结合和/或三维结构，/nc)修饰所述非人重链或轻链可变结构域的第一人源化变体，其中将步骤b)中鉴定的一个或多个氨基酸残基，替换为比该替换的氨基酸残基较小地直接影响该可变结构域(与相应的另一可变结构域组合为Fv)的抗原结合和/或三维结构的氨基酸残基，/nd)产生编码该修饰的可变结构域的核酸序列，从而产生编码人源化免疫球蛋白可变结构域的核酸序列。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170731 EP 17183933.51.一种产生编码人源化免疫球蛋白可变结构域的核酸序列的方法，包括以下步骤
a)比对非人重链或轻链可变结构域的氨基酸序列
与
所述非人重链或轻链可变结构域的第一人源化变体，其中所述第一人源化变体通过将非人抗体重链或轻链可变结构域的CDR或高变区或特异性决定残基嫁接到以下序列上获得：
i)与非人可变结构域具有最高序列同源性的人种系氨基酸序列，
或
ii)在比对时具有比单个人种系氨基酸序列更高的同源性的两个或两个以上人种系氨基酸序列片段，
或
iii)允许维持VH/VL角的人种系氨基酸序列
(具有最大水平的氨基酸序列同一性)，
b)鉴定比对的构架位置，其中，在所述位置，非人重链或轻链可变结构域和所述非人重链或轻链可变结构域的第一人源化变体具有不同的氨基酸残基，并且由于该差异而影响该可变结构域(与相应的另一可变结构域组合为Fv)的抗原结合和/或三维结构，
c)修饰所述非人重链或轻链可变结构域的第一人源化变体，其中将步骤b)中鉴定的一个或多个氨基酸残基，替换为比该替换的氨基酸残基较小地直接影响该可变结构域(与相应的另一可变结构域组合为Fv)的抗原结合和/或三维结构的氨基酸残基，
d)产生编码该修饰的可变结构域的核酸序列，从而产生编码人源化免疫球蛋白...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·奥尔，G·乔治斯，S·克洛斯特曼，W·舍费尔，
申请(专利权)人：豪夫迈·罗氏有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH