Avances en la Ingeniería de la Fracción Fc y Posibles Beneficios en la Inmunoterapia del Cáncer

• AUTOR : Kaneko E, Niwa R
• TITULO ORIGINAL : Optimizing Therapeutic Antibody Function: Progress With Fc Domain Engineering
• CITA : Biodrugs 25(1):1-11, 2011
• MICRO : Los autores revisaron los avances en la ingeniería de la fracción Fc para reforzar las funciones efectoras de los anticuerpos, algunos de los cuales están listos para ser evaluados en ensayos clínicos.

Introducción

Hasta la fecha de realización del presente estudio, se han aprobado más de 30 anticuerpos terapéuticos para el uso clínico. Los avances tecnológicos iniciales que impulsaron el desarrollo de este tipo de terapia fueron los que implicaban la reducción de la inmunogenicidad derivada de las secuencias de anticuerpos murinos: los anticuerpos quiméricos, los anticuerpos humanizados y los anticuerpos humanos derivados de sistemas de fagos o ratones diseñados genéticamente. Las ventajas de los fármacos con anticuerpos, en comparación con otras moléculas pequeñas convencionales, incluyen una menor posibilidad de efectos adversos debido a su especificidad antigénica estricta, una mayor vida media in vivo (2 a 3 semanas en seres humanos) y una capacidad de aprovechar las respuestas inmunes del hospedero, como la citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos (CCDA) y la citotoxicidad dependiente del complemento (CDC). En cambio, las desventajas son una producción de alto costo, una incapacidad de apuntar a moléculas intracelulares y una penetración reducida en los tejidos debido al alto peso molecular de estas sustancias. Con el objetivo de mejorar la eficacia, se han logrado avances extensos para modificar la CCDA y la CDC mediante la «ingeniería del Fc», sobre la base de que diversos anticuerpos «desnudos» antitumorales (por ejemplo, rituximab y trastuzumab) actúan por un mecanismo primario dependiente de la fracción Fc. Los autores revisaron los avances en la ingeniería del Fc para reforzar las funciones efectoras, algunas de las cuales están listas para ser evaluadas en ensayos clínicos. 

Estructura, funciones y mecanismo de acción de la IgG

La molécula del anticuerpo IgG está compuesta por dos cadenas pesadas y dos cadenas livianas unidas por puentes disulfuro. Puede dividirse en una región variable que interactúa con los antígenos y una región constante que actúa a través de varias funciones efectoras, tales como la CCDA, la CDC y la fagocitosis. Hay cinco clases (IgM, IgG, IgA, IgD e IgE) de acuerdo con las cadenas pesadas humanas y dos (kappa y lambda) según las cadenas livianas humanas. De estas, la IgG1 ha capturado cierta atención por sus potentes funciones efectoras.

Cada cadena de inmunoglobulina puede dividirse a su vez en dominios constantes, cada uno con capacidad para funcionar de forma independiente, y en dominios variables. Los dominios de la cadena pesada constante 1 (PC1) y de la cadena liviana constante (LC) forman uniones disulfuro entre las cadenas y también estabilizan las conformaciones de las cadenas pesada variable (PV) y la liviana variable (LV) mediante interacciones electrostáticas. La región bisagra, que contribuye a la flexibilidad de los dos brazos Fab y así facilita su avidez, también contribuye en parte con la unión de la IgG a los receptores gamma Fc (RGFc). El dominio PC2 funciona como un componente importante de unión de varios ligandos del Fc (RGFc y C1q).

Respecto del mecanismo de acción, la activación de los RGFc (RGFcI, RGFcIIa y RGFcIIIa) dispara la señalización en los leucocitos mediante la unión a los anticuerpos fijados a la superficie de las células blanco. Se ha reconocido ampliamente la relevancia de los RGFcIIIa por la relación significativa entre los desenlaces clínicos con diversos anticuerpos terapéuticos y el polimorfismo funcional del receptor, responsable de activar la CCDA mediada en forma primaria por las células natural killer (NK). La CDC es un cascada citolítica conocida como la «vía clásica» del complemento, disparada ante la unión del componente C1q a los complejos antígeno-anticuerpo. En el laboratorio se observa una reacción rápida y drástica que, a veces, es más intensa que la CCDA, aunque su relevancia clínica suele depender de datos indirectos, como el rápido consumo del complemento del suero de los sujetos tratados con rituximab. De todas formas, recientemente se vieron buenas respuestas en los pacientes con leucemia linfática crónica tratados con ofatumumab, un anticuerpo anti-CD20 de segunda generación con una capacidad potente para inducir la CDC.

Porciones Fc mutadas con mayor unión a los receptores gamma Fc

Los conceptos que aportaron los ensayos clínicos con rituximab y trastuzumab impulsaron los esfuerzos iniciales para descubrir las porciones Fc mutantes con mayor unión a los RGFcIIIa. Sin embargo, la porción Fc está compuesta por más de 200 aminoácidos, por lo cual el número de mutantes posibles es enorme. Los autores consideran que en esta área de investigación se debe reducir el repertorio de posibilidades mediante un enfoque estratégico y usar sistemas de expresión y evaluación de alta precisión. Por ejemplo, un estudio realizó un escaneo de alanina sobre los diversos aminoácidos expuestos en el dominio PC2. De todos los mutantes de IgG1, encontraron un triple mutante, Ser298Ala/Glu333Ala/Lys334Ala, que presentó una mayor unión al RGfcIIIa y una mayor CCDA.

Otro blanco posible de la ingeniería del Fc es la modificación de la afinidad de la unión al RGFcIIa, aunque el papel de la fagocitosis mediada por este receptor es más especulativo que el fortalecimiento de la CCDA mediada por el RGfcIIIa. Un problema posible radica en la alta homología entre las secuencias de aminoácidos de los dominios extracelulares del RGFcIIa y el RGFcIIb, ya que se sugiere que el RGFcIIb inhibe la eficacia de los anticuerpos antitumorales, según los modelos con ratones con el RGFcIIb anulado. Así, los esfuerzos se concentraron en generar mutantes del Fc con mayor afinidad por el RGFcIIa sin alterar la afinidad por el RGFcIIb. Un estudio encontró que una mutación Gly236Ala en el IgG1 humano presenta mayor afinidad de unión selectiva por el RGFcII, que se vio reflejado por una fagocitosis de las células tumorales por parte de los macrófagos.

Glicoingeniería

Una molécula de IgG tiene dos sitios de N-glicosilación en su región Fc, a nivel de Asn297 de las dos cadenas pesadas. Estas cadenas de oligosacáridos tienen características que aportan una heterogeneidad estructural en el ácido siálico terminal, la galactosa y las fracciones centrales de fucosa, que afecta las funciones efectoras del anticuerpo, según se ha informado. Un estudio previo demostró que el rituximab desgalactosado tiene menor CDC en comparación con el rituximab sin modificar y que el contenido de ácido siálico terminal podría afectar la unión del RGfcIIIa y la CCDA. Otros autores demostraron que la fijación de GlcNAc a la manosa central mediante la producción de IgG en células de ovario de hámster chino resulta en una CCDA 10 veces más potente.

Sin embargo, el cambio más drástico en las funciones de los anticuerpos mediante la variación de la composición glucídica podría ser la potenciación de la CCDA mediante la remoción de los residuos de fucosa. Al parecer, la eliminación de estos residuos del complejo de oligosacáridos fijado al Fc fomenta la unión al RGFcIIIa y aumenta 100 veces más la potencia de la CCDA.

Porciones Fc mutadas con mayor unión al C1q

Si bien la importancia del complemento está menos validado por la clínica que los mecanismos mediados por el RGFcIIIa, la mejora de la CDC mediante el aumento de la fijación del C1q podría ser un objetivo atractivo, ya que implica una reacción dinámica y rápida que no requiere de ningún componente celular como la CCDA; esto podría ser particularmente eficaz en las circunstancias en las que hay un escaso reclutamiento de las células efectoras (por ejemplo, los tumores sólidos voluminosos). Se ha reconocido que la CDC puede ser potenciada por fracciones Fc multivalentes, como lo ejemplifica la mayor avidez por el C1q de las moléculas diméricas de anticuerpos o los formatos pentaméricos y hexaméricos de IgM; sin embargo, estas moléculas presentan determinadas desventajas para el uso clínico en términos de su toxicidad y la estabilidad en su producción.

El grupo de autores del presente estudio demostró que las cadenas pesadas constantes diseñadas como mezclas de secuencias de IgG1 e IgG3 aporta una CDC potente. La fijación del C1q y la CDC a estas variantes alcanzó niveles que exceden a los observados en IgG1 o IgG3. Si bien los modelos murinos convencionales son mucho menos eficaces para evaluar los anticuerpos que activan la CDC debido a la baja citotoxicidad del complemento murino, se demostró la potenciación de una variante (Phe113) por la depleción del objetivo en modelos en monos y en ensayos ex vivo con sangre periférica humana, o que sugiere que la CDC potenciada puede funcionar in vivo. 

Direcciones futuras

Uno de los principales obstáculos a la hora de predecir la eficacia clínica de la ingeniería de los anticuerpos es la falta de modelos con animales adecuados. Por ejemplo, los modelos tumorales murinos más usados no tienen la capacidad de inducir CCDA o CDC, si bien los anticuerpos terapéuticos sí pueden mediar la actividad antineoplásica en los ratones mediante los RGFc murinos, así como en seres humanos. Se ha propuesto el RGFcIV, presente en los monocitos, los macrófagos y los neutrófilos de los roedores, como el principal receptor responsable del mecanismo antitumoral de los ratones, en lugar del RGFcIII de los humanos. Una solución posible podría ser el uso de modelos en monos; sin embargo, el uso de estos se limita a los anticuerpos que apuntan a los antígenos leucocitarios.

Para sortear las dificultades relacionadas con los mecanismos que presentan las células tumorales para evadir las funciones efectoras de los anticuerpos (como la atenuación de la función de los receptores de las células NK), algunos investigadores intentaron crear múltiples variantes de las secuencias del Fc, a través de la acumulación de varias mutaciones. A pesar de las demostraciones exitosas, en las cuales se pudo fomentar simultáneamente las afinidades del RGFcIIa y el RGFcIIIa mediante la combinación de tres a cuatro mutaciones puntuales en el dominio CH2, la declinación impredecible de la fijación del RGFcIII en las variantes diseñadas para lograr mayor unión al C1q demostró que el efecto de las combinaciones múltiples suele ser difícil de predecir. 

Conclusiones

Los autores consideran que, dado el alto grado de desarrollo de la ingeniería del Fc en los últimos años, los próximos objetivos deberían consistir en demostrar los conceptos investigados en los ensayos clínicos. Por ejemplo, diversas empresas farmacéuticas y de biotecnología han realizado varios esfuerzos para desarrollar anticuerpos de tercera generación anti-CD20, cada una con su propio diseño del Fc; cabe citar al ofatumumab (mayor CDC), ocrelizumab (mayor CCDA y menor CDC), AME-133 (mayor CCDA) y afutuzumab (mayor CCDA). De estos, el afutuzumab parece tener un perfil de acción único, ya que su epítope en la molécula CD20 se superpone, pero se distingue de la del rituximab, por lo que presenta mayor capacidad para inducir la apoptosis.

Además, dado que los Fc modificados pueden tener mutaciones acumuladas, la inmunogenicidad puede ser un problema cuando se administran a los pacientes. Si bien no se puede predecir de forma confiable la inmunogenicidad en el laboratorio, el uso de programas in silico que predicen los epítopes de las células helper tipo T con alta fidelidad podría ayudar a diseñar variantes del Fc no inmunogénicas.

En la actualidad, se cree que el fortalecimiento de las funciones citotóxicas mediante la ingeniería del Fc podría llevar a los investigadores en la dirección correcta, ya que esto podría resolver los principales problemas de la inmunoterapia actual: la eficacia insuficiente y el alto costo de producción. Además, algunos estudios se están enfocando en la mejora de la farmacocinética en modelos con animales. También existen esfuerzos que apuntan a desarrollar fracciones Fc completamente silentes y exentas de funciones efectoras, que podrían ser útiles para las enfermedades autoinmunes. Los autores plantean la importancia de que la elección de la función efectora por modificar debe ser cuidadosa y basada en el entendimiento de los mecanismos biológicos de los tumores y sus antígenos.

Especialidad: Bibliografía - Oncología