Identifizierung neuer Antikörper durch die Kombination von Phagen-Display und Next-Generation-Sequencing

Therapeutische Antikörper sind heute ein wichtiger Bestandteil der Behandlung von Krebserkrankungen. Voraussetzung für die Wirkung therapeutischer Antikörper ist die spezifische Bindung an Antigene auf Tumorzellen, die eine zielgerichtete und effektive Therapie erlaubt. Da nicht alle Patienten von einer Antikörpertherapie profitieren, besteht weiterhin hoher Bedarf an neuen Antikörpern und neuen Zielstrukturen. Eine Methode zur Identifikation neuer Antikörper stellt das Phagen-Display dar, mit dem auch Antikörper gegen noch unbekannte oder strukturell veränderte Antigene auf der Oberfläche von Tumorzellen aus Antikörperbanken isoliert werden können, was mit heutigen Genomics-, Transcriptomics- oder Proteomics- Methoden nicht unbedingt möglich ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine subtraktive, zelluläre Panning-Strategie etabliert, mit der Antikörper gegen Membranproteine auf Zellen angereichert und vereinzelt werden können. Zudem wurde eine Next-Generation-Sequencing (NGS)-basierte Strategie etabliert, die es erlaubt, die Qualität der generierten Antikörperbanken zu überprüfen und die Anreicherung von Antikörpern auf Sequenzebene zu verfolgen. Mit Hilfe dieser Methoden konnten verschiedene Antikörper gegen den Fc- Rezeptor CD64 identifiziert werden. CD64 stellt sowohl eine Zielstruktur auf Tumorzellen als auch einen aktivierenden Rezeptor auf einigen Immunzellen dar, der zur Rekrutierung von Effektorzellen z.B. mit bispezifischen Antikörpern genutzt werden kann. Die neuen CD64-Antikörper, die verschiedene Epitope erkennen und entweder die Fc-CD64-Interaktion blockieren oder unbeeinflusst lassen, zeigen Eigenschaften, die sowohl für die Entwicklung als auch für die Erforschung neuer Immuntherapeutika von großem Interesse sind. Des Weiteren ist es durch die subtraktive, zelluläre Panning-Strategie in Kombination mit NGS-Analysen gelungen, neue Antikörper gegen die malignen Plasmazellen des Multiplen Myeloms zu isolieren. Dazu zählen zwei Antikörper gegen die bereits bekannten Myelom-Antigene CD38 und CD54 sowie sechs weitere Antikörper, die bislang unbekannte Antigene binden, die relativ selektiv auf den Tumorzellen des Multiplen Myleoms exprimiert zu werden scheinen. Der neue CD38-Antikörper, der im Rahmen dieser Arbeit als chimärer IgG1 rekombinant hergestellt und charakterisiert wurde, besitzt potente Effektorfunktionen, die dem klinisch sehr erfolgreichen CD38-Antikörper Daratumumab ähneln. Dies zeigt, dass durch die im Rahmen dieser Doktorarbeit etablierte Methode Antikörper identifiziert werden konnten, die eine interessante Basis für neue, potente Immuntherapeutika darstellen.

Today therapeutic antibodies are an important part of cancer therapy. Specific binding to an antigen on the surface of the tumor cell is an important precondition to allow a precise and effective treatment. Since not all patients benefit from antibody therapies, new antibodies and target structures are needed. Phage display is one method for the identification of new antibodies. Furthermore, it can be used to isolate new antibodies from antibody libraries that bind unknown or structurally altered antigens on the surface of tumor cells that cannot necessarily be found by current genomics, transcriptomics or proteomics approaches. As part of this project, a subtractive, cellular panning strategy was established to enrich and select antibodies targeting membrane proteins. In addition, a next-generation sequencing strategy was established to estimate the quality of our generated antibody libraries and to monitor the enrichment of antibodies by panning on sequence level. By using these methods, antibodies against the Fc receptor CD64 were identified. CD64 can be used both as tumor cell target and activating receptor on several immune cells for the recruitment of effctor cells by e.g. bispecific antibodies. Our new CD64 antibodies detect different epitopes and either block the Fc-CD64 interaction or keep it untouched. They show interesting properties that can be used to develop and study new immune therapeutics. Furthermore, the combination of subtractive, cellular panning and NGS analysis was used to isolate new antibodies against the malignant plasma cells of multiple myeloma. Two antibodies were identified targeting the antigens CD38 and CD54 as well as six antibodies binding so far unknown antigens that seem to be preferentially expressed on the tumor cells of multiple myeloma. The new CD38 antibody was produced recombinantly as chimeric IgG1 and subsequently characterized. It has potent effector functions similar to the CD38 antibody Daratumumab that is successfully used in clinic. These results indicate that by the method established in this project new antibodies were identified that have potential for new and potent immune therapeutics.

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