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Tipo: Dissertação
Título: Evolução dirigida da região variável do anticorpo monoclonal Rituximabe: construção de uma biblioteca para seleção de moléculas Anti-CD20 com alta afinidade via phage display
Autor(es): Bezerra, Marcus Rafael Lobo
Orientador: Furtado, Gilvan Pessoa
Palavras-chave: Evolução dirigida;Phage display;Fragmentos de anticorpos
Data do documento: 2019
Citação: BEZERRA, Marcus Rafael Lobo. Evolução dirigida da região variável do anticorpo monoclonal Rituximabe: construção de uma biblioteca para seleção de moléculas Anti-CD20 com alta afinidade via phage display. 2014. 60 f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia de Recuros Naturais) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019
Resumo: Rituximabe é um anticorpo monoclonal terapêutico usado no tratamento de doenças em que a depleção de células B pode ser benéfica, como linfoma não-Hodgkin e artrite reumatoide. É um biofármaco que, atualmente, o Sistema Único de Saúde precisa importar, já que não há produção nacional deste anticorpo. Os mecanismos de ação do Rituximabe estão intrinsicamente ligados a sua capacidade de interagir com o antígeno CD20, uma proteína de membrana presente em células B maduras. Portanto, estratégias de engenharia de proteínas, como evolução dirigida, podem ser usadas visando alterar a região de ligação ao antígeno deste anticorpo e aumentar sua afinidade. Fragmentos como scFv (single-chain fragment variable) podem ser usados, já que são moléculas pequenas e menos complexas, mas retêm os aminoácidos que compõem a porção variável dos anticorpos. Neste trabalho, uma biblioteca do gene scFv do Rituximabe foi construída, com o objetivo de maturar a afinidade deste anticorpo ao antígeno CD20. A variabilidade da biblioteca foi obtida através de error-prone PCR (epPCR), em que os componentes da PCR são alterados de forma a inserir mutações aleatoriamente na sequência de DNA. As sequências aleatoriamente mutadas foram clonadas em vetor pHEN2, transformadas em E. coli para construir a biblioteca de scFv e apresentadas na superfície de fagos após coinfecção com fago auxiliar (VCSM13). As partículas virais expressando scFv na superfície foram submetidas a etapas de seleção, baseadas na interação dos mutantes com um peptídeo sintético, correspondente ao epítopo do anticorpo nativo. A biblioteca construída, de 1,4 x 105 variantes, foi analisada por sequenciamento de DNA. A biblioteca mostrou uma taxa de mutação na sequência de DNA de 726 pb de 0,56% (±0.24) e taxa de mutação de 1,07% (±0,76) a nível de proteínas (242 aa). A seleção foi feita contra a alça extracelular maior do CD20 (peptídeo sintético biotinilado). Duas etapas de seleção foram executadas com condições crescentes de adstringência (lavagens sucessivas para remover fagos de baixa ou nenhuma interação). Os fagos resultantes foram submetidos a PCR com primers específicos ao scFv e foram analisados por sequenciamento. É esperado que mutações pontuais observadas possam exercer um papel fundamental na maturação da afinidade. Se o efeito dessas mutações forem confirmados, é possível melhorar o efeito terapêutico do Rituximabe e esses mutantes podem ser explorador como biofármacos em diferentes formatos, como moléculas bispecíficas e receptores quiméricos de antígeno (CAR).
Abstract: Rituximab is a therapeutic monoclonal antibody used in the treatment of diseases in which the depletion of B cells might be beneficial, such as Non-Hodgkin Lymphoma and rheumatoid arthritis. It is a biopharmaceutical that, currently, the Brazilian’s public health system nedds to import, since there is no national production of this antibody. The mechanisms of action of Rituximab are intrinsically linked to its capacity to interact with CD20 antigen, a membrane protein present on the surface of mature B cells. Therefore, protein engineering strategies, such as directed evolution, may be used towards altering the antigen binding region of this antibody, improving its affinity. Fragments such as scFv (single-chain fragment variable) can be used because they are small and less complex molecules, but retain the amino acids that comprise the variable portion of antibodies. In this work, a library of Rituximab’s scFv gene was constructed, aiming to mature the affinity of this antibody to the CD20 antigen. The variability of the library was obtained through error-prone PCR (epPCR), in which the components of the standard PCR are altered in order to insert random mutations in the DNA sequence. The sequences randomly mutated were cloned into pHEN2 vector, transformed into E. coli to construct the scFv and presented on the phage surface after coinfection with helper phage (VCSM13). The viral particles expressing scFv on the surface were submitted to rounds of selections, based on the interaction of the mutants to a synthetic peptide, corresponding to the native antibody’s epitope. The library has a size of 1.4 x 105 clones and was analyzed by DNA sequencing. The library showed a mutation rate in the DNA sequence of 726 bp of 0.56% (±0.24) and a mutation rate of 1.07% (±0.76) at protein level (242 aa). The selection was performed against the largest extracellular loop of CD20 (biotinylated synthetic peptide). Two rounds of selection were executed in crescent astringent conditions (successive washes to remove low- and non-binding phages). The resulting phages were submitted to PCR with scFv-specific primers and were analyzed by sequencing. It is expected that the observed point mutations might exert an important role on affinity maturation. If these effects are confirmed, it is possible to increase the therapeutic effect of Rituximab, and these mutatnts might be exploited as biopharmaceuticals in different formats, such as bispecific molecules and chimeric antigen receptors (CAR).
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/40331
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