Dans cette interview, Ma Clinique s’entretient avec Sylvia Xie, scientifique produit chez Sino Biological, sur l’émergence en cours des protéines transmembranaires comme cibles pour les anticorps thérapeutiques.
Sommaire
Quel est le paysage actuel des anticorps ciblant les protéines membranaires ?
En juin 2022, 162 anticorps avaient été approuvés pour un large éventail de maladies dans le monde, notamment les cancers, les maladies liées au système immunitaire, les maladies infectieuses et les maladies hématologiques.1. Plus de la moitié des protéines membranaires cibles, principalement des protéines avec de grands domaines extracellulaires et des domaines transmembranaires simples telles que les protéines réceptrices de la tyrosine kinase. Seules deux protéines transmembranaires complexes cibles comme les récepteurs couplés aux protéines G (GPCR)2.
Quelles sont les protéines membranaires cibles établies et émergentes pour les thérapies par anticorps ?
Les cibles d’anticorps établies comprennent les protéines transmembranaires EGFR, VEGFR2, FGFR2, HER2 et les protéines membranaires complexes CCR4 et CGRPR. Les anticorps monoclonaux et bispécifiques ciblant des protéines membranaires complexes telles que GPRC5D, Claudins (Claudin 6 et Claudin 18), SSTR2 et CXCR4 ont montré de bons résultats dans la thérapie cellulaire CAR-T aux stades préclinique et clinique.
Pourquoi les protéines membranaires sont-elles importantes dans le développement de médicaments ?
Les protéines membranaires représentent environ 20 % du protéome humain et jouent un rôle crucial dans les fonctions biologiques telles que la ligature des protéines, la reconnaissance, le transport, l’ancrage et la transduction. Les mutations dans le repliement ou l’assemblage des protéines sont des causes majeures de maladies humaines, notamment les cancers et les maladies cardiovasculaires3. Les protéines membranaires représentent environ 60 % des cibles potentielles des médicaments et font l’objet d’une attention constante dans la recherche pharmaceutique et biologique. Par conséquent, le développement de médicaments ciblant les protéines membranaires a une valeur thérapeutique significative dans un large éventail de maladies.
Quels sont les principaux défis associés à l’expression complexe de protéines membranaires et quelles sont les solutions ?
Les protéines membranaires complexes sont des cibles d’anticorps thérapeutiques importantes, mais elles sont encore sous-utilisées en raison de difficultés de production. Trois défis majeurs limitent leur utilisation dans le développement de médicaments et la recherche expérimentale : 1) faible expression ; 2) purification instable ; 3) difficulté à maintenir la conformation naturelle.
Les protéines membranaires existent naturellement en faible abondance et la surexpression recombinante des protéines membranaires entraîne généralement une agrégation et un faible rendement corrélé à une faible fonctionnalité. Lorsqu’elles sont séparées d’un environnement phospholipidique environnant, les protéines membranaires peuvent devenir insolubles et afficher une perte d’activité ou de fonction4. Leur faible solubilité dans l’eau les rend également difficiles à in vivo les applications en tant que protéines sécrétées doivent être dans des environnements aqueux pour la diffusion ou la circulation. La purification est difficile en raison de la faible abondance de protéines membranaires et des détergents sont généralement nécessaires pour les stabiliser dans des environnements aqueux. De plus, un anticorps doit reconnaître l’épitope spécifique d’une protéine membranaire pour que la liaison souhaitée se produise. Étant donné que les protéines membranaires sont complexes et peuvent présenter plusieurs états conformationnels, l’expression sous la forme appropriée est cruciale pour l’affinité de liaison anticorps-antigène2.
Pour relever ces défis, diverses stratégies ont été développées, notamment l’utilisation de détergents, de polymères, de ligands ou de lipides pour améliorer la stabilité et l’extraction des protéines.4. Le choix du détergent est important et nécessite généralement une série de tests ; certains détergents puissants sont très efficaces pour isoler la protéine au prix d’une stabilité réduite et d’une perte d’épitopes conformationnels5. Les protéines peuvent être difficiles à détecter si les anticorps sont incapables de reconnaître les épitopes. L’inclusion d’étiquettes d’épitopes peut augmenter la détectabilité, mais elles peuvent potentiellement perturber le repliement et la fonction des protéines4.
Quelles techniques peuvent être utilisées pour exprimer ces protéines transmembranaires difficiles à produire ?
Traditionnellement, l’expression des protéines membranaires consiste en l’expression recombinante suivie d’un isolement à l’aide de détergents. Une solution pour purifier les protéines membranaires est l’utilisation de détergents. Ce sont des molécules amphipathiques avec des têtes hydrophiles et des queues hydrophobes qui s’agrègent et forment des micelles capables de piéger les molécules hydrophobes en les extrayant de la membrane (Figure 1a).
Une autre option est la technique des nanodisques qui tire parti du fait que les protéines transmembranaires conservent leurs caractéristiques lorsqu’elles sont liées aux phospholipides. L’encapsulation de la protéine intégrée à la membrane dans des nanodisques de protéine d’échafaudage membranaire (MSP) nécessite une solubilisation préalable avec des détergents4 (Figure 1b). En utilisant un copolymère styrène-acide maléique (SMA), les protéines membranaires peuvent être extraites directement des systèmes d’expression procaryotes et eucaryotes en l’absence de détergents, en préservant la structure et la fonction des protéines (figure 1c). Par rapport aux nanodisques MSP, les nanodisques SMA présentent également l’avantage de préserver la nature des protéines en maintenant les lipides natifs environnants sans introduire de protéines hétérologues. Cela permet l’étude de la structure et de la fonction des protéines dans des environnements de type natif4.
Une troisième option consiste à utiliser des particules de type virus (VLP) qui sont des particules nanométriques formées par l’auto-assemblage de protéines de capside virale, généralement de 100 à 300 nm de diamètre. Les VLP manquent de matériel génétique viral et ne peuvent pas se répliquer de manière autonome, mais conservent la capacité de pénétrer dans les cellules, ce qui les rend adaptées à une variété d’applications6. Sur leurs surfaces, les VLP sont capables d’afficher des protéines membranaires dans leur conformation naturelle et stable (Figure 1d).
Figure 1. Schéma de principe des plates-formes de détergent, de nanodisque et de VLP. Crédit d’image : Sino Biological Inc.
Comment Sino Biological accompagne le développement des protéines membranaires ?
Sino Biological est un leader dans la fabrication de produits protéiques transmembranaires multipasses de haute qualité. Nos trois plates-formes basées sur l’expression HEK293, les plates-formes VLP, les micelles détergentes et les nanodisques SMA, génèrent des matières premières de qualité supérieure pour le développement de médicaments à un stade précoce. Un certain nombre de protéines transmembranaires multi-passes (par exemple, 4-pass : Claudin-6, Claudin-9, Claudin-18.1 et Claudin-18.2 ; 7-pass : GPRC5D, CXCR4 et SSTR2) sont disponibles en stock pour faciliter recherche connexe. De plus, Sino Biological propose des services personnalisés de protéines transmembranaires multi-passes basés sur les trois plates-formes. Le flux de travail du service comprend les étapes suivantes : 1) synthèse des gènes et optimisation des codons ; 2) construction de vecteurs ; 3) expression et purification de protéines à l’échelle pilote basées sur la plate-forme sélectionnée ; 4) expression et purification à grande échelle.
Chaque plate-forme de protéines transmembranaires a ses caractéristiques uniques. Les avantages des VLP, des micelles détergentes et des plates-formes SMA-nanodisc sont résumés dans le tableau 1.
Tableau 1. Avantages des plates-formes VLP, micelles détergentes et SMA-nanodisc. Sino Biologique
À propos de l’interviewé
Sylvia Xie est Product Scientist chez Sino Biological, un leader mondial de la technologie recombinante, où elle gère le catalogue de produits et soutient le développement de produits. Avant de rejoindre Sino Biological, Sylvia a obtenu sa maîtrise en génie biomédical à l’Université de Houston (TX, États-Unis), où ses recherches se sont concentrées sur la pharmacothérapie ciblée dans les maladies auto-immunes.
Références et lectures complémentaires
- https://doi.org/10.1093/abt/tbac021
- https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.11.013
- https://doi.org/10.1093/bib/bbaa132
- https://doi.org/10.1007/s40259-018-0289-y
- https://doi.org/10.1038/s41598-020-73285-9
- https://doi.org/10.1186/s12951-021-00806-7
À propos Sino Biologique Inc.
Sino Biological est un fournisseur international de réactifs et un prestataire de services. La société est spécialisée dans la production de protéines recombinantes et le développement d’anticorps. Tous les produits de Sino Biological sont développés et produits indépendamment, y compris les protéines recombinantes, les anticorps et les clones d’ADNc. Sino Biological est le guichet unique de services techniques des chercheurs pour les plateformes technologiques de pointe dont ils ont besoin pour progresser. En outre, Sino Biological offre aux sociétés pharmaceutiques et aux sociétés de biotechnologie des services de technologie de production préclinique pour des centaines de candidats-médicaments à base d’anticorps monoclonaux.
Le cœur de métier de Sino Biological
Sino Biological s’engage à fournir des protéines recombinantes et des anticorps réactifs de haute qualité et à être un guichet unique de services techniques pour les chercheurs en sciences de la vie du monde entier. Tous nos produits sont développés et fabriqués indépendamment. En outre, nous proposons aux sociétés pharmaceutiques et aux sociétés de biotechnologie des services de technologie de production préclinique pour des centaines d’anticorps monoclonaux candidats-médicaments. Nos indicateurs de contrôle de la qualité des produits répondent à des exigences rigoureuses pour les échantillons à usage clinique. Il ne nous faut que quelques semaines pour produire 1 à 30 grammes d’anticorps monoclonal purifié à partir du séquençage des gènes.
