抗体可以含有超过50个CDR残基。因此带来一个问题,就是选择哪个CDR区和哪个CDR残基进行突变。我们和其他小组的结果都显示:定位于VH CDR3和VL CDR3的靶向突变是用噬菌体展示提高亲和力的有效方法。例如,我们通过依序靶向突变VH和VL CDR3区域,可以将一种抗ErbB2抗体的亲和力提高1200倍以上。与之类似,Yang等人突变了5个基因文库中的4种CDR(VH CDRl、VL CDRl、VH CDR3和Vu CDR3)将突变相互独立组合,可以使抗gpl20 Fab的亲和力提高420倍。不过,他们也观察到,优化CDR3区可以使亲和力提升的幅度达到大。因此,我们开始时也是选择VH和VL CDR3区域进行突变。
当进行CDR残基随机化时,能有效利用序列空间的手段是将蛋白数据文库(PDB)中同源性高的V区结构域进行分子建模;这样可以分辨出哪些是含有溶剂可接近性侧链的残基,而哪些是含有隐蔽性侧链的残基。我们前期的试验结果表明:对含有隐蔽性残基的随机化通常只会导致重新选择野生型序列。我们也避免对*和*进行突变,因为二者在选择后会毫无例外地恢复为野生型。*常常是CDR转角的关键性残基;*则通常是基本结构的或接触点残基。另外一些选择适当CDR残基进行突变的方法是基于对体内亲和力成熟中突变位点的研究基础之上。再次免疫反应时,突变会频繁集中于CDR中的一些热点。例如,体内中AGY所编码的*比TCN更易突变D6]。我们用位点导向突变方法进行亲和力成熟时,也观察到类似的突变模式并建议可以针对这些热点残基进行靶向突变。有篇进行亲和力成熟的报道,其中仅仅对VL CDR3中类似热点进行了靶向定位突变,却成功提高了来自很小容量抗体文库中抗体片段的亲和力。
CDR的优化可采取平行或序贯方法进行。在CDR3平行随机化时,将两个CDR3分别独立随机化,再将单独克隆中有利的突变合并在一起。虽然这个策略在数种抗体优化中获得成功,但并非所有突变都能累加。这不难理解,因为许多CDR残基是互不兼容的。因此,我们倾向于对抗体CDR区进行序贯靶向突变。
在我们实验室,提高抗体亲和力的靶向位点突变和链改组(随机突变)两种方法都被采用。我们还用抗ErbB2单链Fv(VH和VL)抗体片段(scFv)对这两种方法进行了比较。总体上,发现抗体中CDR3的靶向位点突变是利用噬菌体展示提高亲和力更为有效的方法。不过,我们在下文对靶向位点突变和链改组两种方法都进行了描述。我们实验室专门从事scFv抗体片段研究方面的工作,因此以下实验方案都以此模式为基础,尽管总体原则上这些实验方案也可被用于抗原结合性抗体片段(Fab)的成熟。
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