Engineering of affibody affinity proteins for cancer immunotherapy
Tid: Fr 2025-11-28 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/62163363454
Språk: Engelska
Ämnesområde: Bioteknologi
Respondent: Kim Anh Giang , Proteinteknik, Per-Åke Nygren
Opponent: Professor Mats Ohlin, Lunds Tekniska Högskola (LTH), Lund, Sweden
Handledare: Professor Per-Åke Nygren, Proteinteknik; PhD Stefan Svensson Gelius, ; Professor John Löfblom, Proteinteknik; Docent Johan Nilvebrant, Proteinteknologi
QC 2025-11-04
Abstract
Antikroppar och antikroppsfragment har länge varit de konventionella formaten inom utvecklingen av tumörbindande affinitetsprotiner för cancerterapi och diagnostik. I denna avhandling undersöks användningen av små, så kallade affibody-affinitetsproteiner, vilka ej är baserade på immunoglobuliner, som alternativ eller komplement till konventionella antikroppsbaserade format. För detta ändamål har huvudfokuset i avhandlingen varit att utveckla affibody-baserade NK cell dual engagers, för potentiell cancerterapi. Genom att dessa NK cell dual engagers kan binda simultant till tumör-associerade antigener (TAA) och den NK-cellsaktiverande receptorn CD16a, kan de användas för att omdirigera NK-cellerna till cancercellerna samt utlösa NK-cellsmedierat dödande av cancerceller. Utvecklingen av sådana affibody-baserade NK cell dual engagers kan erbjuda en ny och modulär affibody-baserad plattform för att aktivera NK-celler och samtidigt utöka repertoaren av NK-cellsbaserade immunoterapier under utveckling.
I det första arbetet (Paper I) utvecklades affibody-bindare mot BCMA (B-cell maturation antigen), som är ett överuttryckt och kliniskt validerat antigen inom multipelt myelom (MM). Efter två på varandra följande fagdisplay-selektioner, visade anti-BCMA affibody-klonen 1-E6 stark bindningsaffinitet till BCMA (KD ca. 1.4 nM) och specifik bindning till den BCMA-uttryckande cellinjen MM.1s.
I det andra arbetet (Paper II) utvecklades affibody-bindare mot CD16a. Utvärdering av de två anti-CD16a affibody-klonerna benämnda H09 och A10 visade på måttligt stark affinitet till CD16a, samt att de två klonerna band till icke-överlappande epitoper på CD16a. Anmärkningsvärt demonsterade den bi-paratopiska kombinationen H09-A10 en förstärkt bindning till CD16a genom aviditet. Vidare konstruerades ett bispecifikt BCMA × CD16a dual engager-konstrukt, genom fusering av H09-A10 med anti-BCMA affibody-klonen 1-E6, som uppvisade simultan bindning till BCMA och CD16a. Funktionella analyser med MM.1s-celler och NK-celler visade att konstruktet effektivt kunde aktivera NK-celler och att denna aktivering var beroende av närvaro av de BCMA-uttryckande MM.1s-cellerna, samt att konstruktet kunde inducera potent NK-cellsmedierad cytotoxicitet.
Det tredje arbetet (Paper III) fokuserade på vidareutvecklingen av anti-CD16a affibody-klonen A10, för att ta fram andra generationens CD16a-bindare fria från metioniner och med förbättrade egenskaper. En ny klon, benämnd 34a-A11, demonstrerade en modest förbättrad affinitet, med KD ca. 14 nM för 34a-A11 jämfört med 24 nM för A10. Vidare undersökning av ett bivalent (BCMA)2 × CD16a dual engager-konstrukt visade bindningsselektivitet för BCMA samt CD16 (båda isoformerna CD16a och CD16b), och BCMA-specifik aktivering av NK-celler och NK-cellsmedierad cytotoxicitet. Ytterligare analys av NK-cellsaktivering visade att dual engager-konstruktets aktivitet inte påverkades negativt av närvaro av IgG som blockeringsreagens, troligtvis på grund av dess icke-kompetitiva bindande med IgG för bindning till CD16a, vilket understöddes av resultat från AlphaFold 3-modellering.
I det fjärde arbetet (Paper IV) kombinerades anti-CD16a affibody-klonen 34a-A11 med de tidigare utvecklade anti-HER2 (human epidermal growth factor receptor 2) affinitetsproteinklonerna ZHER2:2891 och ADAPT6 för att generera två olika HER2 × CD16a dual engager-konstrukt. Utvärdering i en tredimensionell sfäroid-baserad bröstcancermodell, där HER2-uttryckande BT474-celler odlats som sfäroider, visade att båda dual engager-konstrukten penetrerade djupare in i sfäroiderna än anti-HER2 antikroppen trastuzumab. I cell-kokulturer där NK-celler adderades visade dual engager-konstrukten på fullständig lysering av sfäroiderna, med snabbare kinetik än trastuzumab.
Sammantaget demonstrerar arbetena som presenteras i denna avhandling potentialen med att använda affibody-proteiner både som den cancercellsbindande armen och den NK-cellsbindande armen i små, affibody-baserade NK cell dual engagers. Detta erbjuder därmed en ny och modulär plattform för NK-cellsbaserad immunoterapi för cancerbehandling.