Meccanismo dell'anticorpo

Oct 15, 2023

Nature Communications volume 14, numero articolo: 1705 (2023) Citare questo articolo

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Gli agenti patogeni batterici hanno sviluppato meccanismi complessi per eludere il sistema immunitario umano, inclusa la produzione di enzimi immunomodulatori. I sierotipi di Streptococcus pyogenes secernono due endo-β-N-acetilglucosaminidasi multimodulari, EndoS ed EndoS2, che deglicosilano specificamente l'N-glicano conservato in Asn297 su IgG Fc, disabilitando le funzioni effettrici mediate dagli anticorpi. Tra migliaia di enzimi noti attivi nei carboidrati, EndoS ed EndoS2 rappresentano solo una manciata di enzimi specifici per la porzione proteica del substrato glicoproteico, non solo per la componente glicanica. Qui presentiamo la struttura cryoEM di EndoS in complesso con il frammento Fc IgG1. In combinazione con la diffusione di raggi X a piccolo angolo, la mutagenesi con scansione dell'alanina, le misurazioni dell'attività idrolitica, la cinetica enzimatica, la risonanza magnetica nucleare e le analisi di dinamica molecolare, stabiliamo i meccanismi di riconoscimento e deglicosilazione specifica degli anticorpi IgG da parte di EndoS ed EndoS2. I nostri risultati forniscono una base razionale da cui partire per progettare nuovi enzimi con selettività per anticorpi e glicani per applicazioni cliniche e biotecnologiche.

Lo Streptococcus pyogenes (streptococco del gruppo A; GAS) è un batterio patogeno Gram-positivo che causa condizioni potenzialmente letali e malattie immuno-correlate post-infezione, oltre a infezioni lievi della pelle e del tratto respiratorio superiore1. Per eludere il sistema immunitario e facilitare la colonizzazione dell’ospite, il GAS impiega un’ampia varietà di meccanismi, in particolare la secrezione di enzimi che inattivano selettivamente le molecole chiave del sistema immunitario, come gli anticorpi immunoglobuline G (IgG) (Fig. 1a)2. EndoS3 ed EndoS24 sono endo-β-N-acetilglucosaminidasi (ENGasi) prodotte da diversi sierotipi GAS che idrolizzano l'N-glicano legato ad Asn297 sulla regione cristallizzabile del frammento (Fc) degli anticorpi IgG. EndoS è secreto da diversi sierotipi GAS, incluso M1, mentre EndoS2 è secreto esclusivamente dal sierotipo M49 GAS4. Queste ENGasi sono i membri più importanti di una rara classe di enzimi attivi nei carboidrati che sono specifici per la componente proteica del substrato glicoproteico e non solo per la componente glicanica; non è stato ancora descritto alcun meccanismo di specificità proteica da parte di questa classe di enzimi. L'N-glicano legato ad Asn297 è necessario per il legame delle IgG ai recettori Fc γ (FcγR) e al complemento C1q, che attivano le funzioni effettrici mediate dagli anticorpi5,6,7,8. L'attività di questi enzimi abolisce quindi le funzioni effettrici mediate dalla regione Fc degli anticorpi IgG, aumentando la sopravvivenza e la virulenza dei batteri9. Di conseguenza, è stato dimostrato che le ENGasi specifiche per le IgG migliorano la malattia autoimmune in diversi modelli animali10,11,12,13. Inoltre, EndoS ed EndoS2 sono potenti strumenti per la sintesi chemioenzimatica di anticorpi con glicoforme omogenee14,15,16,17 e coniugati di farmaci18,19. Gli N-glicani della regione Fc degli anticorpi IgG nel siero sono composti da >33 glicoforme distinte20 e le loro strutture chimiche uniche modulano le funzioni effettrici alterando il legame dell'Fc agli FcγR, nonché la stabilità e l'emivita dell'anticorpo21. Le terapie basate su anticorpi, una delle classi di farmaci più importanti e in espansione utilizzate per il trattamento di diversi disturbi umani, tra cui cancro, autoimmunità e malattie infettive22, sono prodotte con glicoformi eterogenei che influiscono sulla loro sicurezza ed efficacia21. EndoS ed EndoS2 sono particolarmente utili per il rimodellamento dei glicani Fc grazie alla stretta specificità di entrambi gli enzimi per gli anticorpi IgG intatti e alla scoperta dei rispettivi mutanti della glicosintasi che sono in grado di trasferire un N-glicano omogeneo agli anticorpi IgG utilizzando un approccio chemoenzimatico23,24 ( Figura 1b). La generazione di anticorpi con glicoforme definite è fondamentale non solo per comprendere il ruolo di ciascuna glicoforma sulla funzione anticorpale ma anche per la produzione di anticorpi con proprietà terapeutiche, diagnostiche e farmacocinetiche definite25.