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Antibody Properties

导言​

在抗体药物设计过程中，预测抗体的性质有助于我们选择最佳的抗体候选药物和优化抗体药物的性能。抗体的成药性质主要包括免疫原性，稳定性，理化性质，翻译后修饰性质。目前，随着抗体序列、结构和生物物理特性的大型数据集的可用，抗体结构预测和性质计算的工具的发展成为可能。

阿达木单克隆抗体 [1] （简称单抗）（Adalimumab，ADA）是首个重组全人源化肿瘤坏死因子α（Tumor Necrosis Factor，TNFα）单克隆抗体，可特异性地与可溶性人TNF-α结合并阻断其与细胞表面TNF受体p55和p75的相互作用，从而有效地阻断TNF-α的致炎作用，改善克罗恩病（Crohn′s disease，CD）肠道炎症活动，是治疗CD的主要生物制剂之一。

Hermite平台的Antibody Properties模块提供了抗体性质预测的功能，基于用户友好的图形化任务提交及结果分析界面，您可以方便快速地实现基于抗体结构和类药性原则的生物物理性质的预测。


本教程基于Adalimumab的序列对其进行多种抗体性质预测，其序列信息如下：

>Heavy Chain
EVQLVESGGGLVQPGRSLRLSCAASGFTFDDYAMHWVRQAPGKGLEWVSAITWNSGHIDYADSVEGRFTISRDNAKNSLYLQMNSLRAEDTAVYYCAKVSYLSTASSLDYWGQGTLVTVSS

>Light Chain
DIQMTQSPSSLSASVGDRVTITCRASQGIRNYLAWYQQKPGKAPKLLIYAASTLQSGVPSRFSGSGSGTDFTLTISSLQPEDVATYYCQRYNRAPYTFGQGTKVEIK


1. 创建Antibody Properties任务​

1.1 创建任务​

  • 左侧通用菜单栏Menu → Function → Biomacromolecule → Antibody Properties。

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  • 右侧出现Antibody Properties的操作框（红框内所示），整体界面如下：

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1.2 输入抗体序列​

  • Input Sequence：输入抗体的可变区的序列，此处直接输入

    • Variable Region of Heavy Chain (VH) 下的序列框中输入抗体重链的可变区序列；

    • Variable Region of Light Chain (VL) 下的序列框中输入抗体轻链的可变区序列；

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  • 注：输入的抗体轻链/重链的可变区序列长度均需低于160。

  • Modify Protonation State：通过调节pH从而更改抗体的质子化状态，此处使用默认值7.4。

  • Job Name处对该任务进行命名ADA-AP。

  • Submit提交任务。


2. 结果分析​

2.1 入口​

  • 左侧通用菜单栏Menu Job → 找到所需任务。

    • 可以通过搜索Job Name找到该任务，也可以通过Job Type的筛选找到。

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2.2 结果展示​

2.2.1 结果界面​

  • 选择需要查看的任务，点击Operation列中的Show显示该任务的结果，界面如图所示。
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2.2.2 结果说明​

1）Antibody Properties Result： 列表中给出了抗体性质预测的结果：Viscosity、Clearance Risk（Fv_charge 和 Hydrophobicity_index）、Molar Extinction Coefficient_(VH/VL)、Isoelectric Point_(VH/VL)、Aggregation与 TAP (PSH Score、PPC Score、PNC Score 和 FvCSP Score)

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  • 可通过右上角的阈值说明进行结果判断

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2）Download： 下载选中的抗体的经过预测的结构文件、抗体性质的表格文件和残基分解文件（记录抗体序列上每一个残基的Aggregation、PSH Score、PPC Score、PNC Score 和 FvCSP Score值）。

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3）Operation下的操作：

  • Decomposition： 点击出现列表视图，记录抗体序列上每一个残基的Aggregation、PSH Score、PPC Score、PNC Score、FvCSP Score值。

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  • Distribution： 点击出现图表，记录该抗体的Aggregation、PSH Score、PPC Score、PNC Score、FvCSP Score在抗体数据库中的分布。

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  • Download PDB： 下载选中的抗体的经过预测的结构文件。

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  • 3D： 抗体结构显示于3D Workspace 窗口中。

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2.3 预测结果分析​

  • Viscosity：预测结果为984.29，表示粘度适宜。

  • Clearance Risk：预测结果为low，表示抗体清除率低风险。

  • Molar Extinction Coefficient_(VH/VL)：反映了抗体的重链/轻链的摩尔消光系数分别为32555和16055。

  • Isoelectric Point_(VH/VL)：表明抗体的重链/轻链的等电点分别为5.18和9.43。

  • Aggregation：预测结果为0.27，表示不存在聚集效应导致的溶解度差问题。

  • Decomposition：可展示抗体可变区中各个残基对聚集性的贡献。

  • TAP预测结果中，Distribution中，待测抗体的这四个性质的值分布于统计区间内，表明待测抗体的性质合理。


2.3.1 参数说明​

  • Viscosity：表示抗体粘度

    • 750 ~ 1800：抗体粘度适宜；

    • 530 ~ 750及800 ~ 2200：抗体粘度可接受；

    • 小于530或大于2200：抗体粘度不可接受，需要改造。

  • Clearance Risk：表示抗体清除率，由Fv_charge和Hydrophobicity_index综合确定。

    • Clearance Risk可分为低风险、中风险和高风险。高风险时抗体需改造，中风险时建议抗体改造。

    • Fv_charge：pH = 5.5时，抗体可变区（Fv）的净电荷，Fv_charge在0~6.2之间时适宜。

    • Hydrophobicity_index：pH = 5.5时，抗体LC1+LC3+HC3的疏水性指数≤4时适宜。

  • Molar Extinction Coefficient_(VH/VL)：重链/轻链的摩尔消光系数

  • Isoelectric Point_(VH/VL)：重链/轻链的等电点

  • Aggregation：表示抗体聚集性

    • -1.03 ~ 0.95 时，不存在聚集效应导致的溶解度差问题；

    • -1.81 ~ -1.03 及 0.95 ~ 2.08 时，可能存在一定聚集效应导致的溶解度问题，但不严重；

    • 大于 2.08 及小于 -1.81 时，聚集效应导致的溶解度问题可能比较严重，建议改造。

    • 注：通过右侧Operation下的Decomposition可展示抗体可变区中各个残基对聚集性的贡献。


  • TAP由四个指标组成，记录着抗体药物数据库中抗体的这些指标的统计量分布，一般来说，当待测抗体的这四个性质的值分布于统计区间内，则认为待测抗体的性质合理，可通过右侧Operation下的Distribution操作更直观地展示抗体在这四个性质下的分布；

    • PSH Score：CDR附近的表面疏水性指标；

    • PPC Score：CDR附近的正电荷指标；

    • PNC Score：CDR附近的负电荷指标；

    • FvCSP Score：抗体可变区结构的电荷对称参数。

    • 注：该功能支持多条抗体性质预测


3. 参考文献​

[1] Cooke H A, Arndt J, Quan C, Shapiro R I, Wen D, Foley S, Vecchi M M, Preyer M. EFab domain substitution as a solution to the light-chain pairing problem of bispecific antibodies [J]. mAbs, 2018, 10: 1248-1259.