Antibody Glycosylation / Glicosilazione anticorpale

 Antibody Glycosylation / Glicosilazione anticorpale

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

A Critical PTM with Enormous Drug Development Significance.

Antibody glycosylation is another critical consideration for developing and optimizing a therapeutic candidate, and one that can lead to downstream consternation if overlooked. Glycans, or carbohydrate molecules covalently appended to other biomolecules, are a common class of protein PTM, which have a wide variety of important roles in biological systems and mechanisms.

The main challenge with glycan structures is that their biosynthesis is not template driven, like it is with DNA, RNA, and proteins. 

This results in high heterogeneity in glycan structures. An individual protein can have a wide number of glycoforms—varying only by glycosylation—when expressed in the same cellular system at the same time. 

Glycoforms can differ from one another with respect to different glycan structures occurring on the same sequence location, differential occupancy of glycosylation sites, and total number of glycans on a given protein. It is well established that glycosylation patterns and specific glycan structures impact antibody function and efficacy.

 The glycans found on antibodies can have far reaching effects on a given antibody, impacting its half-life/clearance rate, ADCC, complement-dependent cytotoxicity (CDC), antibody-dependent cellular phagocytosis (ADCP), and immunogenicity—all of which play a key role in the development of safeand effective antibody therapies.

To combat this variability, researchers have employed strategies to modify antibody glycosylation patterns, a process known as glycoengineering.

 While many complicating issues with glycosylation can be eliminated with genetic removal of identified glycosylation sites, some glycan structures are essential or highly advantageous to antibody efficacy. Collectively, there is demand to both eliminate glycosylation where it negatively affects the candidate and control glycosylation where it is needed or beneficial for instance, for enhanced tumor killing by ADCC.

The explosion of glycoscience methods and technologies in recent decades has brought some high-profile examples of therapeutic antibody glycoengineering. 

As one important example, Genentech employed glycoengineering to help develop Gazyva (obinutuzumab) improving upon the clinical success of its CD20-targeting antibody therapy, Rituxan (rituximab).

 More recently, research groups have worked to make antibody glycoengineering more economical for large scale production by adopting different host expression systems and identifying new glycan modifying enzymes.

 In one such approach, researchers used a combination of genetically engineered Pichia pastoris yeast and newly identified endoglycosidase enzymes to generate homogenous populations of Herceptin, optimized to include a complex glycan structure known to elicit a strong ADCC response.

Given the growing understanding of glycans, it has become critical that researchers identify various glycoforms in their antibody panels, understand their influence on therapeutic function, and then ultimately optimize and engineer their drug candidate to carry a consistent glycosylation pattern that offers ideal effector function.

ITALIANO

Un PTM critico con un enorme significato per lo sviluppo di farmaci.

La glicosilazione dell'anticorpo è un'altra considerazione critica per lo sviluppo e l'ottimizzazione di un candidato terapeutico e che può portare a costernazione a valle se trascurata. I glicani, o molecole di carboidrati aggiunte in modo covalente ad altre biomolecole, sono una classe comune di proteine ​​PTM, che hanno un'ampia varietà di ruoli importanti nei sistemi e meccanismi biologici.

La sfida principale con le strutture glicaniche è che la loro biosintesi non è guidata da modelli, come avviene con DNA, RNA e proteine.

Ciò si traduce in un'elevata eterogeneità nelle strutture dei glicani. Una singola proteina può avere un ampio numero di glicoforme, che variano solo per glicosilazione, quando è espressa nello stesso sistema cellulare contemporaneamente.

I glicoformi possono differire l'uno dall'altro per quanto riguarda le diverse strutture di glicani che si verificano nella stessa posizione della sequenza, l'occupazione differenziale dei siti di glicosilazione ed il numero totale di glicani su una data proteina. 

 I glicani trovati sugli anticorpi possono avere effetti di vasta portata su un dato anticorpo, influenzando il suo tasso di emivita/clearance, ADCC, citotossicità complemento-dipendente (CDC), fagocitosi cellulare anticorpo-dipendente (ADCP) e immunogenicità, tutti fattori che giocano un ruolo chiave nello sviluppo di terapie anticorpali sicure ed efficaci.

Per combattere questa variabilità, i ricercatori hanno impiegato strategie per modificare i modelli di glicosilazione anticorpale, un processo noto come glicoingegneria.

 Mentre molti problemi complicanti con la glicosilazione possono essere eliminati con la rimozione genetica dei siti di glicosilazione identificati, alcune strutture glicaniche sono essenziali o molto vantaggiose per l'efficacia anticorpale. Collettivamente, c'è la richiesta di entrambi di eliminare la glicosilazione dove 

influisce negativamente sul candidato e controlla la glicosilazione dove è necessario o utile, ad esempio, per una maggiore uccisione del tumore da parte dell'ADCC.

L'esplosione dei metodi e delle tecnologie della glicoscienza negli ultimi decenni ha portato alcuni esempi di alto profilo di glicoingegneria degli anticorpi terapeutici. Come esempio importante, Genentech ha impiegato la glicoingegneria per aiutare a sviluppare Gazyva (obinutuzumab) migliorando il successo clinico della sua terapia con anticorpi diretti contro il CD20, Rituxan (rituximab).

 Più recentemente, gruppi di ricerca hanno lavorato per rendere la glicoingegneria degli anticorpi più economica per la produzione su larga scala adottando diversi sistemi di espressione dell'ospite ed identificando nuovi enzimi modificanti i glicani. In uno di questi approcci, i ricercatori hanno utilizzato una combinazione di lievito Pichia pastoris geneticamente modificato ed enzimi endoglicosidasi appena identificati per generare popolazioni omogenee di Herceptin, ottimizzate per includere una complessa struttura di glicani nota per suscitare una forte risposta ADCC.

Data la crescente comprensione dei glicani, è diventato fondamentale che i ricercatori identifichino varie glicoforme nei loro pannelli di anticorpi, comprendano la loro influenza sulla funzione terapeutica e quindi ottimizzino e progettino il loro candidato farmaco per portare un modello di glicosilazione coerente che offra una funzione effettrice ideale.

Da:

https://f.hubspotusercontent40.net/hubfs/547446/Technology%20Networks/Landing%20Pages/Twist%20Bio/May%202021/TechNote_NGS_HighlySensitiveMethylationDetectionUsingEnzymaticMethyl-seqandTwistTE_23FEB21_Rev1.0.pdf?__hstc=8807082.44b0f6eac84be5818378483b36bfad3b.1601170002551.1622335921752.1622465823934.113&__hssc=8807082.1.1622465823934&__hsfp=2281083568&hsCtaTracking=c10e1a10-4de3-4e5a-9846-50375af5d65c%7Cde96f0b0-4304-4838-b7c5-7362c0f4cb82