TRIM21是一種已知的胞質Fc受體，在抗體介導的細胞內免疫中起著重要作用。之前的研究表明TRIM21與抗體的Fc區域結合，能夠中和已經進入細胞的病毒，并通過泛素-蛋白酶體系統將其靶向降解，但是具體的工作機制還不是非常清楚。

Roche研發人員最近的工作發現了TRIM21識別、結合并促進抗體包被病毒的蛋白酶體降解的能力，在很大程度上依賴于其與抗體Fc區域相互作用的親和力(Affinity)和功能親合力(Aidity)。 經過一些列測試后研究人員提出了一種新的結合機制，TRIM21與一個Fc位點的結合導致PRYSPRY從螺旋卷曲域上脫落，由于其柔性連接鏈增加了流動性，從而促進了Fc第二個位點的結合，這種雙價結合產生了功能親合力(Aidity)。

為了研究TRIM21與IgG的結合動態，研究人員首先采用兩種重組TRIM21構建體，同時構建了包含PRYSPRY和卷曲螺旋結構域的TRIM21-CC-PS的結構，來模擬TRIM21的天然二聚體狀態。然后通過SPR的方法測試TRIM21與一系列human IgG1 (mAb1)突變體的親和力。

Interaction analysis of human IgG1 (mAb1) Fc variants and TRIM21 PRYSPRY domain

 
實驗結果展示了抗體Fc端具有雙價態結合功能可以與兩個TRIM21結合，利用單分子質量光度系統不但可以確認SPR的測試結果，而且由于TRIM21天然形成同源二聚體具有比傳統1:1相互作用更為復雜的結合模式，質量光度系統具有更大的優勢來測定結合化學計量比。

大多數抗體構建體對PRYSPRY的親和力是相似的，但是結合界面的關鍵殘基上含有Fc突變的變體YTE（M252Y, S254T, T256E）、HH（T307H, N434H）和Y436A，對PRYSPRY結構域的親和力比野生型（WT）更低一些，結合強度順序如下：WT具有最強的親和力，其次是YTE，然后是HH，Y436A的親和力最弱。研究人員還發現Y436A與野生型相比親和力降低了180倍，SPR和單分子質量光度系統（MP）結果揭示了PRYSPRY-IgG的化學計量比為2:1，且沒有表現出任何結合協同性，沒有顯示Fab結合的額外貢獻。

Mass distribution of Fc WT / cytokine-Fc Fusion WT / cytokine-Fc Fusion WT-AAA

Mass distribution of cytokine-Fc Fusion WT / WT-AAA / Y436A

研究人員隨后進一步確定了TRIM21-CC-PS二聚體的狀態，二聚體結構的預期理論分子量是86千道爾頓。體積排阻色譜-多角光散射（SEC-MALS）顯示，94%的顆粒質量約為90千道爾頓。質量光度測量（MP）顯示99%的顆粒重量為82 ± 13千道爾頓。電子顯微鏡分析揭示，PRYSPRY結構域彼此相對，卷曲螺旋結構域在中間介導其二聚體化。

Dimer of TRIM21-CC-PS determined by MP and EM

為了深入研究TRIM21-CC-PS與抗體Fc的結合模式，研究人員進一步采用了單分子質量光度系統和EM兩種技術。在MP測量中，將不同濃度遞增的TRIM21-CC-PS與三種抗體Fc變體（mAb1 WT、mAb1 WT-AAA和mAb1 AAA）分別以不同的摩爾比例孵化。將TRIM21-CC-PS與mAb1混合后，出現了大約80 kDa和140 kDa的峰，分別代表未結合的TRIM21-CC-PS和mAb1。在大約230 kDa處出現了第三個峰，其分子量對應于由一個TRIM21-CC-PS和一個mAb1 WT組成的復合物。隨著TRIM21-CC-PS濃度的增加，平衡向結合物種轉移直到幾乎所有的抗體都被結合。在TRIM21-CC-PS的10倍摩爾過量下，24%的TRIM21-CC-PS和mAb1 WT結合，揭示了1:1的化學計量比，其中一個二聚體同時與兩個IgG重鏈結合。在低納摩爾濃度下檢測TRIM21-CC-PS與mAb1 WT的相互作用，也使研究人員洞察到了二聚體結合導致的強烈相互作用，進而實現功能親合力(Avidity)結合模式。
 
另外，mAb1 WT-AAA濃度顯示了很小一部分結合分數（約2%），而AAA變體則沒有形成復合物。有意思的是研究人員預期mAb1 WT-AAA變體會有結合，但是實驗中只觀察到兩個Fc重鏈中的一個結合導致了親和力變弱，而對稱的AAA突變完全取消了TRIM21的結合。值得注意的是，數據表明TRIM21可以通過與一個結合位點與A20抗體的兩個不同Fc區域的同時相互作用，從而最終誘導AAV顆粒聚集。

Investigate the TRIM21-CC-PS - Antibody Fc binding mode by MP

在低納摩爾濃度下檢測到TRIM21-CC-PS與mAb1野生型之間的相互作用，正如在AlphaFold模型（Uniprot ID P19474）中所觀察到的，PRYSPRY結構域通過一個柔性連接鏈附著在其螺旋上。這個連接鏈可能通過將PRYSPRY結構域彼此拉近，允許二聚體結合。

最后，研究人員探索了TRIM21與重組腺相關病毒載體(rAAVv)顆粒之間的相互作用，發現通過TRIM21的參與來介導目標結合（AAV）和效應功能實現功能親合力，展示了這些相互作用的多面性。

綜上所述Roche科研人員的這些發現揭示了TRIM21在抗病毒免疫中的雙重作用，既識別、引導病毒進行細胞內降解，也展示了其在細胞內中和的病毒感染治療中上的潛力。該研究推進了對細胞內免疫反應的理解，并為利用TRIM21獨特結合模式開發抗病毒策略和創新設計開辟了新途徑。
 
Reference:
Reusch J, et al. TRIM21 and Fc-engineered antibodies: decoding its complex antibody binding mode with implications for viral neutralization. Front Immunol. 2024 Jun 12;15:1401471.
 

歡迎關注進科馳安官方微信（微信公眾號：Bio-Gene）
回復：視頻，查看更多相關視頻
長按/掃描以下二維碼可識別關注公眾號

廣州進科馳安科技有限公司
Bio-Gene Technology Ltd.
熱線：176 2009 3784
www.bio-gene.com.cn
marketing@bio-gene.com.cn
香港 北京 上海 廣州 濟南