Bispezifische transmembrane Antikörperfragmente zur Inhibierung von ErbB-Wachstumsfaktor-Rezeptoren

  • Der epidermale Wachstumsfaktor-Rezeptor (EGFR) und das ErbB2 Molekül sind Mitglieder der ErbB-Rezeptortyrosinkinase-Familie. Die Bindung von Peptidliganden an die extrazelluläre Domäne (ECD) von EGFR führt zu einer Konformationsänderung, die den Dimerisierungs-kompetenten Zustand des Rezeptors stabilisiert und eine Homodimerisierung oder Heterodimerisierung mit anderen ErbB-Rezeptoren erlaubt. ErbB2 liegt dagegen ohne Ligandenbindung dauerhaft in einer Dimerisierungskompetenten Konformation vor. Die Rezeptordimerisierung stimuliert die intrazelluläre Kinaseaktivität, was zu einer Autophosphorylierung distinkter Tyrosine im C-terminalen Schwanz der Rezeptoren führt. Diese Phosphotyrosine dienen als Bindungsstellen unterschiedlicher intrazellulärer Substrate und Adaptorproteine, die Zellwachstums-, Migrations- und Überlebens-fördernde Signalkaskaden auslösen. Eine Über- oder Fehlfunktion dieser Rezeptoren wurde in vielen Karzinomen epithelialen Ursprungs sowie in Glioblastomen beschrieben und mit einem aggressiven Krankheitsverlauf in Verbindung gebracht. Der therapeutische Antikörper Cetuximab inhibiert das Tumorwachstum, indem er an die ECD von EGFR bindet und dabei die Ligandenbindung und Rezeptoraktivierung unterbindet. Dieselben Eigenschaften weist das single chain fragment variable (scFv) 225 auf, das die gleiche Antigenbindungsdomäne besitzt. Ein weiteres scFv-Antikörperfragment, scFv(30), wurde in vorangegangenen Arbeiten der Gruppe aus einer scFv-Bibliothek isoliert und bindet als zytoplasmatisch stabil exprimierbares Molekül an die intrazelluläre Domäne (ICD) des EGFR. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde das bislang unbekannte Epitop des scFv(30) Antikörperfragments mittels Peptid-Spotting Experimenten bestimmt. Die Bindungsstelle des scFv(30) Proteins wurde dabei am C-terminalen Ende der EGFR Sequenz lokalisiert und umfasst die Aminosäuresequenz GIFKGSTAE (AS 1161-1169 des reifen EGFR Proteins). Die Expression von Antikörperfragmenten als sogenannte Intrabodies in Tumorzellen stellt einen wirkungsvollen Ansatz zur selektiven Interferenz mit wichtigen physiologischen und pathophysiologischen Prozessen dar. Im zweiten Teil der vorgelegten Arbeit wurde das EGFR-ECD-spezifische Antikörperfragment scFv(225) über eine Transmembrandomäne und eine flexible Gelenkregion mit dem EGFR-ICD-spezifischen scFv(30) Molekül zu einem neuartigen bispezifischen Antikörper verbunden. Die konstitutive Expression dieses 225.TM.30 Intrabodies und der monospezifischen Variante 225.TM nach lentiviraler Transduktion von EGFR-überexprimierenden MDA MB468 und A431 Tumorzellen resultierte in einer substanziellen Reduktion der EGFR-Oberflächenexpression und einer Blockierung der Liganden-induzierten EGFR-Autophosphorylierung, begleitet von einer deutlichen Inhibition des Zellwachstums. Eine weitere Analyse der 225.TM.30-induzierten molekularen Prozesse in diesen Tumorzellen im Vergleich zu den beiden monospezifischen Varianten 225.TM und TM.30 erfolgte mittels eines Tetracyclin-induzierbaren Expressionssystems. Dazu wurden A431, MDA-MB468 und EGFR-negative MDA-MB453 Zellen zunächst mit retroviralen Vektorpartikeln transduziert, die für den optimierten reversen Tetracyclin-kontrollierten Transaktivator (M2) kodieren. Anschließend erfolgte die Tansduktion mit retroviralen transmembranen Antikörperkonstrukten, kontrolliert von einem Tetracyclin-induzierbaren Promoter (T6). Die Doxycyclin (Dox)-induzierte Expression von 225.TM.30 und 225.TM bestätigte die im konstitutiven Expressionssystem beobachteten Ergebnisse. TM.30-exprimierende Zellen zeigten dagegen keinen Unterschied in der Oberflächenexpression oder Aktivierbarkeit von EGFR zu parentalen Zellen, wiesen aber dennoch eine deutliche Inhibition des Wachstums auf. Konfokale Laserscanning Mikroskopie Studien zeigten eine Co-Lokalisation von 225.TM und EGFR hauptsächlich an der Zelloberfläche, während 225.TM.30 und TM.30 im endoplasmatischen Retikulum detektiert wurden und EGFR in diesem Kompartiment festhielten. Die TM.30/EGFR-Komplexe im ER könnten eine ER-Stress-Antwort auslösen und damit das reduzierte Wachstum TM.30-exprimierender Zellen erklären. Tatsächlich wurden in MDA MB468/M2/iTM.30 und A431/M2/iTM.30 Zellen erhöhte Proteindisulfidisomerase (PDI) und teilweise GRP78/BiP Proteinmengen detektiert, die auf eine ER-Stress-Antwort hindeuten. Das bispezifische 225.TM.30 Molekül vereinte die Eigenschaften der monospezifischen Antikörpervarianten. Es hielt wie TM.30 Anteile des EGFR im ER zurück und war wie 225.TM in der Lage, die EGFR-Oberflächenexpression zu reduzieren und die EGFR-Autophosphorylierung zu inhibieren. Die Expression der drei transmembranen Antikörper in EGFR-negativen MDA-MB453/M2 Zellen hatte dagegen keinen Einfluss auf das Wachstum dieser Zellen, was die EGFR-Spezifität der vorgestellten Moleküle unterstreicht. Im letzten Teil der vorgelegten Arbeit wurde die scFv(225) Domäne in 225.TM.30 gegen das ErbB2-ECD-spezifische scFv(FRP5) Molekül ausgetauscht, und somit ein ErbB2-ECD- und EGFR-ICD-spezifischer Intrabody generiert (5.TM.30). Nach der Dox-induzierten Expression des 5.TM.30 Moleküls in EGFR- und/oder ErbB2-exprimierenden Tumorzellen wurde die Funktionalität beider Bindungsdomänen verifiziert. Die 5.TM.30 Expression resultierte dabei in ErbB2-positiven Tumorzellen in einer verringerten Oberflächen- und Gesamtexpression von ErbB2 und in EGFR-positiven Zellen in einer Reduktion der EGFR-Gesamtproteinmenge. Dies lässt auf eine erhöhte, 5.TM.30-induzierte Degradation der beiden Rezeptoren schließen. Die Expression des 5.TM.30 Proteins führte zudem zu einer Inhibition des Wachstums EGFR- und/oder ErbB2-positiver Zellen. Weiterhin wurde auch in 5.TM.30-exprimierenden MDA-MB468/M2 Zellen, wie für 225.TM.30 und TM.30 beschrieben, eine Co-Lokalisation des transmembranen Antikörperfragments mit EGFR im ER gezeigt. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse weisen erstmals die Funktionalität von membranverankerten mono- und bispezifischen Antikörpermolekülen als Intrabodies nach, und zeigen ihr Potenzial zur gerichteten Interferenz mit der Wachstumsfaktor-abhängigen Signaltransduktion. Durch den Austausch der extra- und intrazellulären Antikörperdomänen könnte diese Strategie ebenso zur Analyse oder Blockade weiterer Signalmoleküle und Signalkomplexe eingesetzt werden.

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Metadaten
Author:Nina Carola Angelika Müller
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-330004
Publisher:Univ.-Bibliothek
Place of publication:Frankfurt am Main
Referee:Volker DötschORCiDGND, Winfried Wels
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2014/02/17
Year of first Publication:2014
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2014/01/24
Release Date:2014/02/17
Page Number:153
HeBIS-PPN:337594996
Institutes:Biochemie, Chemie und Pharmazie / Biochemie und Chemie
Angeschlossene und kooperierende Institutionen / Georg-Speyer-Haus
Dewey Decimal Classification:3 Sozialwissenschaften / 37 Bildung und Erziehung / 370 Bildung und Erziehung
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht