2020 Fiscal Year Annual Research Report
Antibodies targeting dynamic epitopes generated by posttranslational protein glycosylation
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19H00918
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
西村 紳一郎 北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (00183898)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 良和 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20374225)
比能 洋 北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (70333333)
尾瀬 農之 北海道大学, 先端生命科学研究院, 准教授 (80380525)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | Dynamic epitope theory / Glycopeptidic epitope / Epitope defined antibody / Anti-MUC1 antibody / がん治療用抗体 / X線結晶構造解析 / 機能改変抗体 / 二重特異性抗体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者らの独創的な発想と戦略（糖鎖工学プラットフォーム）によって創出されたED抗体（epitope-defined antibody）を用いて、主としてがん領域におけるアンメットメディカルニーズに応え得る新たながん治療薬の開発を目的として本研究の目的を設定した。この課題においては多くのがん細胞表面に高発現してがんの増殖や転移の促進などに深く関与することが広く知られるムチンMUC1の細胞外ドメインに生成する多様な動的エピトープ（dynamic epitope）を標的とするED抗体である抗MUC1モノクローナル抗体の構造改変による高機能化を中心に種々のアプローチで研究を進めている。
2020年度（2年目）は計画していたMUC1-STをエピトープとするSN131の改変型抗体であるSN132の作製と安定大量供給系の構築に成功した。SN132はエピトープ結合領域を含むanti-parallel coiled-coil構造のFv-clasp（Takagi et al., Structure 2017, 25, 1611-1622)とリン脂質DPC膜結合性MAP (membrane-associated peptide)領域(Nishimura et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1328-1331)を融合した分子量40K程度の全く新しいタイプの機能性抗体フラグメントである。また、SN131およびSN121のFv領域を、2種類のリンパ球を認識する抗体（OKT3およびL2K）のFv領域と融合させて新たな４種の二重特異性抗体を作成した。その結果、SN131から誘導した二重特異性抗体は良好ながん細胞障害活性を示したが、SN121から誘導した二重特異性抗体はがん細胞障害活性が低いため二重特異性抗体への応用にはSN131の方が適していることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究を開始して2年間ですでに目標としていた動的エピトープ（dynamic epitope）を標的とするED抗体（抗MUC1モノクローナル抗体）の構造改変による高機能化に成功している。すなわち、MUC1-STをエピトープとするSN131の構造安定化と新たな機能を付加するため，人工的なヘリックス構造とリン脂質DPC膜結合性ペプチドモチーフをFvドメインに融合して大腸菌における組換え・巻き戻し発現系をルーチンで実施できるプロトコルが構築できた。さらに、SN131のFv領域を、2種類のリンパ球を認識する抗体（OKT3およびL2K）のFv領域と融合させて新しい二重特異性抗体SN133を作成した。その結果、SN133から誘導した二重特異性抗体は良好ながん細胞障害活性を示すことも示されている。SN132およびSN133の系統的なキャラクタリゼーション及び細胞や動物を用いたがん治療薬としての機能の評価および患者血清や病理組織切片等の臨床検体を用いる診断薬としての評価などの結果が期待できる。また、SN-101の作製、特性、構造および機能に関する基礎的研究の成果については論文を発表した（H. Wakui, et al., A straightforward approach to antibodies recognizing cancer specific glycopeptidic neoepitopes, Chemical Science, 2020,11, 4999-5006）。
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| Strategy for Future Research Activity |
Siglec-9のリガンドとしての機能が最近報告されたMUC1-STをエピトープとするSN131や強力な抗腫瘍活性が期待されるMUC1-STnをエピトープとするSN121の物性と機能を一層向上させるための研究を加速する。すでに、一本鎖Fvをバクテリアで発現する系を構築しているので、Fvの取扱いを容易にするフォーマットとして実績のあるFv-clasp（Takagi et al., Structure 2017, 25, 1611-1622)を採用して新たな機能を有するFv-clasp SN131/SN121の安定大量供給系を確立する。また、ED抗体によるリポソームのDDSを設計するため、研究代表者が既に報告したHelicobacter pylori由来のalpha1,3/alpha1,4-fucosyltransferaseのC末端に位置するユニークな膜局在配列（heptad repeat) を模したモデルペプチド（GGGFKIYRKAYQKSLPLLRTIRRWVKK)がリン脂質DPC膜と特異的かつ強力に結合すること(Nishimura et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1328-1331) を利用して、リポソームへの高い充填率が期待される膜局在型Fv-clasp SN131/SN121を作製する。これまでに作製された抗体に加えて、新たな標的に対して作製される新規ED抗体および二重特異性抗体など新たな抗体モダリティーについて細胞や動物を用いたがん治療薬として機能の評価および患者血清や病理組織切片等の臨床検体を用いる診断薬としての評価についてもできる限り早期に開始する。
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[Journal Article] Analysis of the correlation between alterations in N-glycans and invasiveness in liver cancer cell lines2020
Author(s)
Takahashi Hidenori, Kamiyama Toshiya, Hirane Nozomi, Kobayashi Nozomi, Aiyama Takeshi, Nagatsu Akihisa, Shimada Shingo, Orimo Tatsuya, Kakisaka Tatsuhiko, Fukai Moto, Yokoo Hideki, Kamachi Hirofumi., Nishimura Shin-Ichiro, Taketomi Akinobu
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Journal Title
Oncology Reports
Volume: 44
Pages: 2757-2769
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] A straightforward approach to antibodies recognising cancer specific glycopeptidic neoepitopes2020
Author(s)
Wakui Hajime, Tanaka Yoshikazu., Ose Toyoyuki, Matsumoto Isamu, Kato Koji, Yao Min, Tachibana Taro, Sato Masaharu, Naruchi Kentaro, Garcia-Martin Fayna, Hinou Hiroshi, Nishimura Shin-Ichiro
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Journal Title
Chemical Science
Volume: 11
Pages: 4999-5006
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The Measles Virus V Protein Binding Site to STAT2 Overlaps That of IRF92020
Author(s)
Nagano Yuma, Sugiyama Aoi, Kimoto Madoka, Wakahara Takuya, Noguchi Yasuyo, Jiang Xinxin, Saijo Shinya, Shimizu Nobutaka, Yabuno Nana, Yao Min, Gooley Paul, Moseley Gregory, Tadokoro Takashi, Maenaka Katsumi, Ose Toyoyuki
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Journal Title
Journal of Virology
Volume: 94
Pages: e01169
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Efficient preparation of human and mouse CD1d proteins using silkworm baculovirus expression system2020
Author(s)
Kusaka Hiroki, Kita Shunsuke, Tadokoro Takashi, Yoshida Kouki, Kasai Yoshiyuki, Niiyama Harumi, Fujimoto Yukari, Hanashima Shinya, Murata Michio, Sugiyama Shigeru, Ose Toyoyuki, Kuroki Kimiko, Maenaka Katsumi
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Journal Title
Protein Expression and Purification
Volume: 172
Pages: 105631
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Biophysical characterization and single-chain Fv construction of a neutralizing antibody to measles virus2020
Author(s)
Tadokoro Takashi, Jahan Mst Lubna, Ito Yuri, Tahara Maino, Chen Surui, Imai Atsutoshi, Sugimura Natsumi, Yoshida Koki, Saito Mizuki, Ose Toyoyuki, Hashiguchi Takao, Takeda Makoto, Fukuhara Hideo, Maenaka Katsumi
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Journal Title
FEBS Journal
Volume: 287
Pages: 145-159
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Click Synthesis of Size and Shape-Tunable Star Polymers with Functional Macrocyclic Cores for Synergistic DNA Complexation and Delivery2020
Author(s)
Carbajo-Gordillo Ana I, Jimenez Blanco Jose L, Benito M Juan, Hugo Lana, Gema Marcelo, Di Giorgio Christophe, Przybylski Cedric, Hinou Hiroshi, Valentin Cena, Ortiz Mellet Carmen, Mendicuti Francisco, Tros de ILarduya Conchita, Garcia Fernandez Jose
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Journal Title
Biomacromolecules
Volume: 21
Pages: 5173-5188
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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