Molekulare Struktur als Voraussetzung für adäquate biologische Funktion

Apogenix hat eine proprietäre Technologieplattform für die Konstruktion von neuartigen hexavalenten TNF-Superfamilie- Rezeptor-Agonisten (HERA-Liganden) entwickelt. Die single-chain TNFSF (Tumornekrosefaktor-Superfamilie)-Technologie von Apogenix ist anderen Proteinwirkstoffen wie z.B. Antikörpern, die TNFSF-Signalwege adressieren, überlegen.

Antikörper können nur zwei TNFSF-Rezeptoren in einer räumlich nicht definierten Weise binden. Zudem benötigen Antikörper eine sekundäre Quervernetzung über Fcγ-Rezeptoren zur Erzielung einer biologischen Aktivität. 

Im Gegensatz dazu führen die hexavalenten Wirkstoffe von Apogenix zu einer räumlich definierten Ansammlung von Rezeptoren, ohne dafür eine weitere Quervernetzung zu benötigen. Dies führt zu einer ausreichenden Stärke des richtigen Signals, welches in die Zielzelle gesendet wird. Agonistische Antikörper erreichen diese Signalstärke hingegen nicht.

Gegenwärtig nutzt Apogenix seine HERA-Liganden-Plattform vor allem für die präklinische Entwicklung von CD40- und CD27-Agonisten. Darüber hinaus befinden sich HERA-Liganden mit Bindedomänen für HVEM, OX40, GITR oder 4-1BB in der Pipeline.

Apogenix ist offen für Kooperationen, die der Erforschung sowie der weiteren präklinischen und klinischen Entwicklung dieser Moleküle dienen. Für die Weiterentwicklung der TRAIL-Rezeptor-Agonisten hat Apogenix eine Lizenzvereinbarung mit AbbVie abgeschlossen.

Präklinische Daten zur Wirksamkeit von Apogenix' HERA-CD27L sowie HERA-CD40L wurden im Jahr 2018 veröffentlicht:

A Single-Chain-Based Hexavalent CD27 Agonist Enhances T Cell Activation and Induces Anti-Tumor Immunity (Frontiers in Oncology)

The Hexavalent CD40 Agonist HERA-CD40L Induces T-Cell-mediated Antitumor Immune Response Through Activation of Antigen-presenting Cells (Journal of Immunotherapy)
 

Molekulare Struktur von TNFSF-Proteinen

TNFSF-Proteine existieren in ihrer natürlichen Form als Homotrimere. Homotrimere bestehen generell aus drei individuellen, gleichzeitig jedoch identischen Polypeptidketten, die eine strukturelle Einheit bilden. Daher weisen TNFSF-Proteine nur eine biologische Aktivität auf, wenn ihre drei Polypeptidketten eine korrekt zusammengesetzte Rezeptor-Bindedomäne bilden. Diese bindet wiederum drei Rezeptoren.

 


Die TNFSF-Proteinstruktur

 

 

Sämtliche Mitglieder der TNFSF sind Transmembranproteine. Sie alle haben vier funktionelle Einheiten gemeinsam:

  • eine intrazelluläre Region
  • eine Transmembrandomäne
  • die sogenannte 'Stalk'-Region
  • die Rezeptor-Bindedomäne (RBD)

Die Rezeptor-Bindedomäne ist extrazellulär zu finden. Sie besteht aus drei identischen Polypeptidketten und stellt die Rezeptor-Bindestellen bereit. Daher ist die TNFSF-Rezeptor-Bindedomäne (TNFSF-RBD) gleichzeitig ein Homotrimer und trivalent. Das N-terminale Ende aller drei Polypeptidketten ist im Inneren der Zelle lokalisiert, wohingegen der C-Terminus außerhalb der Zelle zu finden ist. Dabei befinden sich die drei extrazellulären Enden in enger Nachbarschaft.

 

Räumlich definierte Rezeptor-Ansammlung für ein ausreichendes Signal


Jede trivalente TNFSF-RBD (1) kann drei Rezeptoren (2) binden. Diese Bindung findet in der Regel zwischen Zellen statt und führt zu einer definierten, parallelen Orientierung der Rezeptoren im räumlichen Bezug zur RBD. Da der Abstand zwischen den Bindestellen sehr gering ist, kommen die gebundenen Rezeptoren in enge Nachbarschaft. Diese laterale Anordnung von Rezeptoren ist essenziell für die Initiierung eines Signals im Inneren der Zielzelle.


Die Versammlung der Rezeptoren außerhalb der Zelle führt zu einer engen Nachbarschaft ihrer jeweiligen intrazellulären Domänen (3). Diese räumliche Anordnung ermöglicht die Rekrutierung von Signalproteinen (4), welche ihrerseits eine Reaktion der Zielzelle auslösen (5). Daher basiert sowohl die Qualität als auch die Stärke des ausgelösten Signals auf der räumlich eindeutig definierten Versammlung von Rezeptoren auf der Oberfläche der Zielzelle.

Vom Trimer zum hexavalenten Molekül – die Single-Chain TNFSF-RBD

Die single-chain TNFSF (scTNFSF)-Technologie von Apogenix ist auf eine Art und Weise entwickelt worden, welche die natürlich vorkommende TNFSF-Rezeptor-Bindedomäne (TNFSF-RBD) nachbildet. Dies wird durch gezielte Depletion der intrazellulären und der ‚Stalk‘-Domäne vom natürlichen TNFSF-Polypeptid erreicht. Die übrige, RBD-definierende Sequenz des TNFSF-Proteins wird weiter verwendet, um auf gentechnischem Weg eine einzige Polypeptidkette mit drei repetitiven RBD-Sequenzmodulen zu generieren, die über zwei kurze Peptidlinker verbunden sind. Dieses artifizielle TNFSF-RBD-Modul ist sowohl monomerisch (eine Polypeptidkette) als auch trivalent, wenn man es als gefaltetes Protein betrachtet.

 

Durch Fusion der Fc-Domäne des humanen IgG1 an das C-terminale Ende der scTNFSF-RBD entsteht ein zwar homodimeres, jedoch hexavalentes Wirkstoffmolekül.

 

 

Erhöhte TNFSF-Rezeptor-Ansammlung durch die Single-Chain TNFSF-RBD

Der molekulare Aufbau der scTNFSF-RBD-Fc führt zu der charakteristischen, räumlich definierten Ansammlung von Rezeptoren, die natürlicherweise durch TNFSF-Proteine erwirkt wird. Dies resultiert in einem ausreichenden und adäquaten Signal, das in die Zielzelle gesendet wird. Dies steht anderen Proteinwirkstoffen wie agonistischen Antikörpern entgegen, die ebenfalls TNFSF-Signalwege adressieren, da diese nur zwei Rezeptoren pro Wirkstoffmolekül in einer räumlich nicht definierten Art und Weise binden können.

Modulares Proteindesign ermöglicht die Entwicklung einer Vielzahl individueller Biologika

Das den Apogenix-Substanzen zugrundeliegende Proteindesign ermöglicht die Konstruktion einer Vielzahl von auf die Behandlung von Tumoren abgestimmten Biologika. Dazu gehören trivalente und hexavalente Proteinformate, die sich in ihren grundsätzlichen pharmakodynamischen und pharmakokinetischen Eigenschaften unterscheiden (1-3).

Aufgrund des einzelkettigen Aufbaus der agonistischen scTNFSF-RBD lassen sich ebenso tumorspezifische, bifunktionelle Proteinformate realisieren (4-5). Hier wird durch die N-terminale Addition von Fab-Antikörperfragmenten, die hochselektiv Tumorantigene erkennen, eine zielgerichtete Immobilisierung des tri- oder hexavalenten TNFRSF-Agonisten auf den Tumorzellen erzielt.