بیان پری پلاسمیک یک دیابادی جدید برای هدف قرار دادن همزمان دو نقطه‌ی وارسی سیستم ایمنی PD-1 و CTLA-4

نوع مقاله : Original Article(s)

نویسندگان

1 داروساز، گروه بیوتکنولوژی دارویی، دانشکده‌ی داروسازی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

2 دانشیار، گروه بیوتکنولوژی دارویی، دانشکده‌ی داروسازی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

مقاله پژوهشی




مقدمه: مطالعات بالینی نشان داده است که مصرف همزمان دو مهارکننده‌ی مختلف نقاط وارسی ایمنی، نیولومب و ایپیلیمومب، به صورت معنی‌داری ایمنی و کارآیی درمانی بهتری در مقایسه با مصرف هر کدام به تنهایی داشته است. دیابادی‌ها آنتی‌بادی‌های مهندسی شده با اختصاصیت دوگانه هستند که همزمان دو آنتی‌ژن مختلف را مورد هدف قرار می‌دهند و می‌توان آن‌ها را در سیستم بیان باکتریایی تولید کرد. هدف مطالعه‌ی حاضر، تولید یک دیابادی جدید برای هدف قرار دادن همزمان دو نقطه‌ی وارسی سیستم ایمنی در فضای پری پلاسم باکتری اشرشیا کولای بود.
روش‌ها: توالی آمینو اسید دیابادی بر اساس نواحی متغیر آنتی‌بادی‌های نیولومب و ایپیلیمومب طراحی شد و کد ژنتیکی آن برای بیان در سیستم باکتری بهینه‌سازی و بعد از ساخت شیمیایی در پلاسمید، pET-22b وارد گردید. بیان پروتئین در باکتری ای کولای BL21 (DE3) در دماها و غلظت‌های مختلف القاگر انجام شد. بعد از استخراج پروتئین پری پلاسمیک، خالص‌سازی دیابادی با استفاده از کروماتوگرافی تمایلی نیکل انجام گردید.
یافته‌ها: نتایج SDS-PAGE بیان پروتئین با وزن حدود 55 کیلودالتون را تأیید کرد. بیشترین میزان پروتئین محلول در دمای 23 درجه‌ی سانتی‌گراد و غلظت 1 میلی‌مولار القاگر (IPTG) حاصل شد. پروتئین محلول بیان شده توسط کروماتوکرافی تمایلی با خلوص بالای 90 درصد با موفقیت خالص‌سازی شد.
نتیجه‌گیری: نتایج مطالعه‌ی ما نشان داد که بهینه‌سازی شرایط بیان، می‌تواند منجر به بهبود بیان محلول پروتئین‌های مشابه در فضای پری پلاسمیک شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Periplasmic Expression of a Novel Diabody for Co-Targeting Two Immune Checkpoints, PD-1 and CTLA-4

نویسندگان [English]

  • Mahsa Behzadi 1
  • Vajihe Akbari 2
1 Pharmacist, Department of Pharmaceutical Biotechnology, School of Pharmacy, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
2 Associate Professor, Department of Pharmaceutical Biotechnology, School of Pharmacy, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Background: Clinical studies have shown that the simultaneous use of two different immune checkpoint inhibitors, nivolumab and ipilimumab, has significantly improved the safety and efficacy compared to using each one alone. Diabodies are engineered antibodies with dual specificity that simultaneously target two different antigens and can be produced in bacterial expression systems. The present study aimed to produce a novel diabody to simultaneously target two immune checkpoints in the periplasmic space of Escherichia coli.
Methods: The amino acid sequence of diabody was designed based on the variable regions of nivolumab and ipilimumab antibodies; its genetic code was optimized for expression in the bacterial system and after chemical synthesis, the gene was ligated into pET-22b plasmid. Protein expression was performed in E. coli BL21 (DE3) at different temperatures and with different inducer concentrations. After periplasmic protein extraction, the diabody purification was carried out using nickel affinity chromatography.
Findings: SDS-PAGE results confirmed a protein's expression with a molecular weight of approximately 55 kilodaltons. The highest amount of soluble protein was obtained with 1 mM IPTG (the inducer) and at 23 °C. The expressed soluble protein was successfully purified by affinity chromatography with a purity of about 90%.
Conclusion: Our results indicated that optimization of culture conditions can lead to improvement of soluble expression of similar proteins in the periplasmic space.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antibody
  • Immune checkpoint proteins
  • Ipilimumab
  • Nivolumab
  • Periplasm

مراجع

  1. Zhang Y, Zheng J. Functions of Immune Checkpoint Molecules Beyond Immune Evasion. Adv Exp Med Biol 2020; 1248: 201-26.
  2. Marin-Acevedo JA, Kimbrough EO, Lou Y. Next generation of immune checkpoint inhibitors and beyond. J Hematol Oncol 2021; 14(1): 45.
  3. Li Z, Lu S. Who should receive the chemotherapy-free combination of nivolumab plus ipilimumab as the first-line treatment of advanced non-small-cell lung cancer? J Clinic Oncol 2023; 41(6): 1172-5.
  4. Larkin J, Chiarion-Sileni V, Gonzalez R, Grob JJ, Cowey CL, Lao CD, et al. Combined nivolumab and ipilimumab or monotherapy in untreated melanoma. N Engl J Med 2015; 373(1): 23-34.
  5. Ready NE, Ott PA, Hellmann MD, Zugazagoitia J, Hann CL, de Braud F, et al. Nivolumab monotherapy and nivolumab plus ipilimumab in recurrent small cell lung cancer: results from the CheckMate 032 randomized cohort. J Thorac Oncol 2020; 15(3): 426-35.
  6. Esfandiari A, Cassidy S, Webster RM. Bispecific antibodies in oncology. Nat Rev Drug Discov 2022; 21: 411-2.
  7. Torres ETR, Emens LA. Emerging combination immunotherapy strategies for breast cancer: dual immune checkpoint modulation, antibody-drug conjugates and bispecific antibodies. Breast Cancer Res Treat 2022; 191(2): 291-302.
  8. Lu D, Jimenez X, Witte L, Zhu Z. The effect of variable domain orientation and arrangement on the antigen-binding activity of a recombinant human bispecific diabody. Biochem Biophys Res Commun 2004; 318(2): 507-13.
  9. Liguori L, Polcaro G, Nigro A, Conti V, Sellitto C, Perri F, et al. Bispecific antibodies: A novel approach for the treatment of solid tumors. Pharmaceutics 2022; 14(11): 2442.
  10. Sandomenico A, Sivaccumar JP, Ruvo M. Evolution of escherichia coli expression system in producing antibody recombinant fragments. Int J Mol Sci 2020; 21(17): 6324.
  11. Singhvi P, Saneja A, Srichandan S, Panda AK. Bacterial inclusion bodies: A treasure trove of bioactive proteins. Trends Biotechnol 2020; 38(5): 474-86.
  12. Singhvi P, Saneja A, Srichandan S, Panda AK. Bacterial inclusion bodies: A treasure trove of bioactive proteins. Trends Biotechnol 2020; 38(5): 474-486.
  13. Malik A. Protein fusion tags for efficient expression and
    purification of recombinant proteins in the periplasmic space of E. coli. 3 Biotech. 2016; 6(1): 44.
  14. Manta B, Boyd D, Berkmen M. Disulfide bond formation in the periplasm of Escherichia coli. EcoSal Plus 2019; 8(2).
  15. Syed YY. Amivantamab: first approval. Drugs 2021; 81(11): 1349-53.
  16. Lyu X, Zhao Q, Hui J, Wang T, Lin M, Wang K, et al. The global landscape of approved antibody therapies. Antib Ther 2022; 5(4): 233-57.
  17. Keam SJ. Cadonilimab: First Approval. Drugs. 2022; 82(12): 1333-9.
  18. Shum E, Daud A, Reilley M, Najjar Y, Thompson J, Baranda J, et al. 407 Preliminary safety, pharmacokinetics/pharmacodynamics, and antitumor activity of XmAb20717, a PD-1 x CTLA-4 bispecific antibody, in patients with advanced solid tumors. J Immunother Cancer 2020; 8(Suppl 3): A247-A8.
  19. Mirzadeh K, Shilling PJ, Elfageih R, Cumming AJ, Cui HL, Rennig M, et al. Increased production of periplasmic proteins in Escherichia coli by directed evolution of the translation initiation region. Microb Cell Fact 2020; 19(1): 85.
  20. Ayat H, Darvishi O, Moazeni E, Momeni Bidezard A. Comparison of periplasmic and cytoplasmic expression of bovine enterokinase light Chain in E. coli. Protein J 2022; 41(1): 157-65.
  21. Francis DM, Page R. Strategies to optimize protein expression in E. coli. Curr Protoc Protein Sci 2010; Chapter 5(1): 5.24.1-5.24.29.
  22. Dewi KS, Retnoningrum DS, Riani C, Fuad AM. Construction and periplasmic expression of the anti‑EGFRvIII ScFv antibody gene in Escherichia coli. Sci Pharm 2016; 84: 141-52.
  23. Luo M, Zhao M, Cagliero C, Jiang H, Xie Y, Zhu J,
    et al. A general platform for efficient extracellular expression and purification of Fab from Escherichia coli. Appl Microbiol Biotechnol 2019; 103(8): 3341-53.
  24. Rodríguez-Carmona E, Cano-Garrido O, Dragosits M, Maurer M, Mader A, Kunert R, et al. Recombinant fab expression and secretion in Escherichia coli continuous culture at medium cell densities: Influence of temperature. Process Biochem 2012; 47: 446-52.
  25. Kim SJ, Ha GS, Lee G, Lim SI, Lee CM, Yang YH, et al. Enhanced expression of soluble antibody fragments by low-temperature and overdosing with a nitrogen source. Enzyme Microb Thechnol 2018; 115: 9-15.

 

مجله دانشکده پزشکی اصفهان
دوره 41، شماره 733
هفته 1، آبان
مهر و آبان 1402
صفحه 736-742

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 14 فروردین 1402
  • تاریخ بازنگری: 05 مهر 1402
  • تاریخ پذیرش: 06 مهر 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار