Wereldreumadag 12 oktober 2015

Sanquin staat op 12 oktober stil bij Wereldreumadag. Omdat we al tientallen jaren onderzoek doen aan deze auto-immuunziekte.

Er is nog veel onduidelijk over het ontstaan van reuma. We zijn wel steeds beter in staat om reuma vast te stellen of te voorspellen of iemand met pijnklachten in de toekomst reuma zal krijgen. Daarvoor doen we bij Sanquin onderzoek aan biomarkers, moleculen in het bloed die in verband kunnen staan met de ziekte. En ontwikkelen we nieuwe testen om die bij patiënten te kunnen meten. Zodat reumatologen met de juiste behandeling de ziekte tot staan kunnen brengen om zo blijvende gewrichtsschade te voorkomen. Sanquin werkt daarvoor samen met diverse ziekenhuizen en reumakliniek Reade.

Biologicals

Veel reumapatiënten hebben baat bij een behandeling met biologicals, medicijnen gebaseerd op natuurlijke eiwitten. Sanquin ondersteunt biologicalstherapie met testen waarmee de bloedspiegels van biologicals gemeten kunnen worden. Hierdoor kunnen patiënten makkelijker op een optimale dosering worden ingesteld. “Nu krijgt nog elke patiënt de zelfde hoeveelheid geneesmiddel toegediend, je wil toe naar een situatie waarin elke patiënt dezelfde medicijnconcentratie in het bloed heeft”, vertelt reumatoloog Gertjan Wolbink, verbonden aan Sanquin, in Medisch Contact. Bij Sanquin werken de divisies Research, Diagnostiek en Reagents nauw samen bij de ontwikkeling van nieuwe testen voor biologicals, testen die wereldwijd beschikbaar zijn. Hiermee draagt Sanquin bij aan een steeds beter perspectief voor reumapatiënten.

http://www.sanquin.nl/actueel/bloedonderzoek/wereld-reumadag/

Theo Rispens: “I try to envisage how molecules interact with each other”

February 12, 2015

Theo Rispens

Theo Rispens is group leader at the department of Immunopathology Research. His research topics cover all aspects of antibodies, from structure-function analysis of IVIg to regulation of antibody production. This includes immunogenicity of biologicals.

You have studied ‘hard-core’ chemistry, what brought you here at Sanquin?
“My PHD project involved research in the field of physical chemistry. Although the science was interesting, I missed a connection with society. At Sanquin I got the opportunity to combine basic chemistry with translational, patient-directed research. I started with a project that was fairly physical-chemical in nature, studying the stability of therapeutic immunoglobulin preparations and developing methods to do so. Within Sanquins bio-medical work field, my background in chemistry helps me to perceive biological processes from a molecular point of view. I try to imagine how fast individual molecules move about and how they interact with each other. An immune response is all about recognition of dangerous pathogens, which ultimately involves interaction and binding of molecules, like antibodies to antigens.

What is so fascinating about antibodies?
“Antibodies are molecules that show endless structural variations. But what they all have in common is their bridging capacity. Antibodies span bridges between pathogens and a variety of immune cells and thereby one way or another activate our immune system. What intrigues me most is how B-cells randomly combine a set of gene fragments to produce this enormous diversity of antibodies that can fulfill a variety of functions. The immune system is able to generate antibodies against virtually any thinkable antigen. Depending on their classes or subclasses or glycosylation, antibodies are even capable to dampen the immune reaction, like for instance IgG4 does. Sometimes we produce harmful antibodies, as we see in autoimmune diseases. In the clinic antibody-based therapy has become established these days. In various medical fields a wide variety of therapeutic antibodies is being used, all with their own unique features.

What makes IgG4 so special?
Antibodies have two identical Fab arms that bind antigen. However, “IgG4 exchanges half-molecules in the body, and that way obtains two different Fab arms. Therefore, unlike IgG1, IgG4 binds to its target with only one Fab-arm, cannot crosslink and therefore cannot form large immune complexes. That’s one reason why IgG4 is a poor trigger of any effector function. It is less effective in activating the rest of the immune system. You could see IgG4 as a mild antibody. IgG4 can block the antigen, but not trigger further action. When we are exposed to an antigen for a long time, for instance to a food antigen, the immune system often switches to IgG4 production, which may dampen the immune response and prevent overacting by the immune system. This is another form of regulation of the immune response.
However, sometimes IgG4 is associated with disease, like in IgG4 related disease. This disease has only been known for 10-15 years. Many organs can be affected, including the pancreas; this type of pancreatitis is often mistaken for a tumor. The pancreas is full of IgG4-producing plasma cells, and serum IgG4 titers are often extremely high. Treatment usually consists of corticosteroids. I’d like to know whether IgG4 is the cause or the result of this disease. What is the mechanism behind this disease? Why is the body making so much IgG4, is there a particular antigen?”

How does glycosylation affect the functioning of antibodies?
“All antibodies have a glycosylation site in the Fc-part of the molecule, the tail that is involved in effector functions such as complement activation and binding to Fc-receptors on immune cells. Together with other departments of Sanquin we try to find out how various glycans affect effector functions. How and when does glycosylation of antibodies take place in our bodies? Can we design antibodies with more potent effector functions? This could be of interest for development of therapeutic antibodies. Besides Fc-glycosylation, some antibodies have glycosylation sites on the Fab–arm, depending on the amino acid composition. We know very little about this Fab glycosylation. It is feasible that Fab glycosylation could affect the binding to the antigen. We’d like to find out whether this glycosylation varies in the course of the immune response and whether it contributes to regulating this response, or may contribute to affinity maturation.”

Why do some patients make antibodies to biologicals and others don’t?
“I would like to turn the question around. Why do not all patients make antibodies to their therapeutics? A growing number of patients is treated with therapeutic antibodies and derivative molecules, for a variety of diseases. Depending on the test we use we are able to detect antibodies to some of these drugs in a majority of patients. Regardless how “human” a therapeutic antibody may be, it will always include a foreign epitope, the antigen-binding site, the idiotype, which could elicit an immune response. We think genetic components may determine whether patients produce only sub-clinical amounts of antibody, or develop a full-blown immune response, completely inhibiting their biological. It is impossible to predict immunogenicity at this moment. What we can do is optimize dosage and dosing schedule to overcome immunogenicity. Co-medication of immune suppressiva is also important in reducing the immune response.
An anti-idiotype response itself is not unheard of. All the time we generate new antibodies that our immune system hasn’t seen before. Niels Jerne won the Nobel prize in part for his antibody-network theory. He claimed that our body makes antibodies to our own antibodies. And subsequently antibodies to those antibodies. And so on. With as final result antibody responses that are regulated by (auto-)antibody responses. Because therapeutic antibodies are directed to a human target protein, the antibody response to a biological can also be interpreted as an attempt of the immune system to neutralize these autoantibodies.

How would you develop a biological that is not immunogenic?
“It is not necessary to completely eliminate immunogenicity, as long as it remains low and doesn’t affect therapy. I think a good approach would be to remove dominant T-cell epitopes from therapeutic antibodies. Though prediction of those epitopes is not flawless, we would already make a lot of progress if the worst cases would be eliminated. T-cell reactivity is something that you can test in a lab, by exposing peptides to panels of cells of various people. Furthermore, choosing antibody clones with high stability will minimize aggregation of the biological, which is a known cause of immunogenicity. If the function of a therapeutic antibody is to block a target, IgG4 would be a good choice. In theory, such an antibody might be less immunogenic than its IgG1 counterpart, because it has less options to interact with the immune system. However, this has not yet been proven.

This interview has been published before at http://sanquintalks.org/theo-rispens/

Cloning of human monoclonal antibodies to adalimumab

Sanquin’s Biologicals group cloned specific antibodies against the TNF-inhibitor adalimumab from single B-cells. The cells were derived from two rheumatoid arthritis patients, treated with the biological. The Journal of Biological Chemistry rewarded this work as paper of the week. Theo Rispens and his team found that  all anti-adalimumab antibodies compete for binding to TNF. The response is clonally diverse and involves multiple epitopes on the therapeutic antibody. These results are important for understanding the relationship between self and non-self or idiotypic determinants on therapeutic antibodies and their potential immunogenicity.

Antistoffen tegen reumamedicijn adalimumab uit bloed van patiënten nagemaakt

De Biologicalsgroep van de afdeling Immunopathologie kloneerde antistoffen tegen het reumamedicijn adalimumab uit immuuncellen van patiënten. De onderzoekers ontdekten dat al die antistoffen verschillend zijn. De Journal of Biological Chemistry riep hun artikel uit tot Paper of the Week.

De onderzoekers gingen aan de slag met bloed van twee reumapatiënten die behandeld werden met adalimumab, en daar antistoffen tegen maakten. “Om de eigenschappen van de afzonderlijke antistoffen die patiënten tegen adalimumab maken te bestuderen, wilden we die antistoffen kloneren”, vertelt groepsleider Theo Rispens. “Daarvoor moesten we de juiste antistof-producerende witte bloedcellen te pakken krijgen. We haalden RNA uit die cellen en zetten dat om in DNA. Vervolgens stopten we dat in kweekcellen en lieten die de patiëntenantistoffen namaken”.

Verschillende sleutels die allemaal passen

Eerdere proeven wezen uit dat alle antistoffen die patiënten tegen adalimumab maken, de werking van het geneesmiddel teniet deden. De antistoffen blokkeerden de binding van adalimumab aan het ontstekingseiwit TNF. Rispens en zijn groep vroegen zich af of die antistoffen in het bloed van patiënten allemaal hetzelfde waren. Uit het bloed van de twee patiënten kloneerden de onderzoekers in totaal zestien antistoffen. Deze bleken allemaal een heel verschillende structuur te hebben: “De patiëntenantistoffen en adalimumab passen als een sleutel en een slot op elkaar”, legt Rispens uit. “Uit de DNA-volgorde van de zestien antistoffen konden we aflezen dat al die antistoffen een verschillende genetische basis hebben. Alsof verschillende sleutelfabrieken totaal verschillende sleutels maken met hun eigen combinatie van tandjes, die toch allemaal op het slot passen, namelijk op die plek waar adalimumab aan TNF bindt.”

Hot Spot

“We wilden daarnaast weten of we binnen dat stukje op adalimumab dat aan TNF bindt een “Hot Spot” konden aanwijzen, een superopvallend stukje op het molecuul dat het immuunsysteem alarmeert, en waar alle patiëntenantistoffen aan binden”, gaat Rispens verder. “Dan zou het wellicht mogelijk zijn om een adalimumab-achtig molecuul te ontwerpen dat in geen enkele patiënt afweer opwekt. Daarvoor zijn we aan het slot gaan rommelen, we hebben kleine veranderingen aangebracht aan adalimumab”. De wetenschappers maakten een hele set varianten, allemaal met een kleine wijziging in de aminozuursamenstelling van het eiwit. Die veranderingen waren heel subtiel, zonder de werkzaamheid, de binding aan TNF te verstoren.

“Wat bleek nu,” zegt Rispens, “al die verschillende patiëntenantistoffen binden weliswaar heel dicht bij elkaar, maar toch net anders aan adalimumab. Waarbij ze wel allemaal de binding aan TNF verstoren. Die ene Hot Spot bestaat dus niet. Binnen het stukje van adalimumab dat aan TNF bindt zijn diverse Hot Spots, die deels zelfs met elkaar overlappen. Om in de toekomst een therapeutische antistof te ontwerpen zonder Hot Spot, is dus geen eenvoudige klus.”

Therapeutische antistoffen: biologische medicijnen, toch een tikje vreemd

Reumapatiënten hebben veel baat bij therapeutische antistoffen. Dat zijn geneesmiddelen die bestaan uit natuurlijke eiwitten. Helaas blijken die biologische geneesmiddelen bij sommige patiënten een antistofreactie op te wekken. Sanquin-onderzoekers ontdekten waar het hem in zit.

Ze vonden dat de patiëntenantistoffen bij al die medicijnen precies aan het werkzame deel binden. De medicijnen verliezen daardoor hun werking. De onderzoekers vergeleken de afweerreactie tegen vier van die veelgebruikte medicijnen, allen remmers van het ontstekingseiwit TNF.

TNF

Promovendus Karin van Schie: “TNF is een eiwit dat de ontstekingsreactie in de gewrichten bij reumapatiënten aanjaagt. Veel van deze patiënten krijgen daarom medicijnen die TNF remmen. Deze biologische medicijnen worden soms als lichaamsvreemd door het immuunsysteem opgepikt: de patiënt krijgt een afweerreactie en maakt antistoffen aan.” Van Schie onderzocht de afweerreactie tegen vier therapeutische antistoffen of daarvan afgeleide moleculen. “We hebben gekeken op welke plekken van de verschillende therapeutische antistoffen die patiëntenantistoffen binden, en we vonden dat ze vrijwel allemaal binden aan dat deel dat de werking van TNF zou moeten belemmeren. Dat verklaart waarom de medicijnen niet meer werken.”

Opvallende structuur

Een van de therapeutische antistoffen, infliximab (Remicade®), is een eiwit waarin stukjes van muizen-origine voorkomen. “Oorspronkelijk is deze antistof in muizen opgewekt. In het molecuul zijn echter grote delen van de muizenantistof vervangen door mensenantistof,” legt groepsleider Theo Rispens uit. "We hadden verwacht dat als patiënten antistoffen tegen  dit medicijn zouden maken, dat die tegen die muizenstukjes gericht zouden zijn, die zijn immers lichaamsvreemd. Dit bleek niet zo te zijn, ook bij infliximab zien we dat meer dan 90% van de antistoffen de TNF-remming blokkeert, we vinden geen reactie tegen de muizendelen. Kennelijk is er iets opvallends met de structuur van het TNF-bindende deel van de therapeutische antistoffen, waardoor het immuunsysteem gealarmeerd raakt.”

Verder onderzoek moet uitwijzen of de immuunreactie tegen het werkzame deel ook voorkomt bij andere therapeutische antistoffen dan de TNF-remmers. Dat is heel belangrijk voor de ontwikkeling van nieuwe biologische medicijnen, een klasse van geneesmiddelen die enorm in opkomst is. Wellicht kunnen toekomstige therapeutische antistoffen met een voor het immuunsysteem minder opvallend werkzaam deel ontwikkeld worden.

Personalized medicine

Sanquin test al jaren de bloedspiegels van patiënten op de aanwezigheid van therapeutische antistoffen en daaraan verwante medicijnen. Door regelmatig de bloedspiegels te controleren kan de patiënt ingesteld worden op het medicijn dat het beste voor hem werkt met een optimale dosering. Onnodige behandeling met een niet-werkzaam medicijn kan zo worden voorkomen. Omdat dit soort medicijnen duur zijn, kan hiermee ook veel geld worden bespaard.

Dit onderzoek is gepubliceerd in de Annals of Rheumatic Diseases. 

Zie ook: http://www.sanquin.nl/actueel/bloedonderzoek/therapeutische-antistoffen-biologische-medicijnen-toch-een-tikje-vreemd/