IgG 和 FcRn 之间二价 pH 依赖性相互作用的亲和力-亲和力关系的研究

该研究利用 switchSENSE 技术，可在一次实验中同时测量 FcRn 亲和力和avidity，捕获所有相关的动力学参数。这是通过检测 pH 值范围为 5.8 至 7.4 的 hsc-FcRn 和人 IgG1 (WT/YTE) 变体之间的相互作用实现的。该研究彻底探索了 FcRn 和 IgG 结合模式之间的关系，通过 pH 5.8 至 7.4 范围内的 pH 梯度评估结合表明，半衰期延长的 IgG1-YTE 在 pH 7.2 处具有亲和力拐点，与野生型相比，工程设计可改善 FcRn 结合。此外，IgG1-YTE 在 pH 6.2 时显示亲和力增强因子的 pH 转换，反映出与含 YTE 的 Fc 两侧的强受体结合，而亲和力在 pH 7.4 时消失。

在 switchSENSE 生物传感器芯片上对九种不同 pH 值溶液中固定的人 FcRn 和人 IgG1 (mAb1) Fc YTE 突变体进行动力学分析。mAb1 Fc YTE 以五种不同浓度以两倍稀释系列注射，最高浓度为 (a) pH 5.8 时 60 nM，(b) pH 6.0 时 60 nM，(c) pH 6.2 时 100 nM，(d) pH 6.4 时 150 nM，(e) pH 6.6 时 200 nM，(f) pH 6.8 时 300 nM，(g) pH 7.0 时 400 nM，(h) pH 7.2 时 800 nM 和 (i) pH 7.4 时 800 nM。每个传感图 (a – i) 都有不同的时间尺度。每个图 (a – i) 都以实线 (蓝色渐变) 显示测量的原始数据 (灰色) 和整体拟合分析。对于 (a – h)，解离阶段是双相的，其特征是两个不同的解离速率常数，反映了亲和力 (1:1) 和亲和力 (2:1) 结合模式。相互作用显示双相解离曲线，反映了亲和力和亲和力结合，其中一个或两个 hFcrn 与一个 mAb1 Fc YTE 结合。pH 7.4 (I) 下 mAb1 Fc YTE 和 hFcrn 的解离由单相拟合模型描述，该模型反映了亲和力结合模式 (1:1)，其中一个 hFcrn 与一个 mAb1 Fc YTE 结合。面板 (J) 显示了应用的 FcRn 示例性双相拟合模型，其中 mAb1 Fc YTE 突变体在 pH 6.0 下注射 300 nM。最小残差证实了拟合模型的充分性，表明没有显著偏差。结合阶段是单相的，而解离阶段是双相的。整体解离曲线是两个指数时间过程的叠加，即亲和力结合模式（快速解离）和avidity结合模式（慢速解离）。测量数据以蓝色显示，拟合以黑色实线显示，而两个解卷积指数时间过程以灰色虚线显示。快速和慢速解离对整体信号变化的贡献显示为幅度 A_fast 或 A_slow

该研究将switchSENSE结果与标准技术 SPR 进行了比较，switchSENSE技术表现出在单次测量中区分亲和力与avidity的卓越能力，增强了对 pH 依赖性 FcRn-IgG 结合的理解，有助于更广泛地了解 FcRn-IgG 生物学，并展示了 Fc 工程不仅影响 FcRn 亲和力，而且还显著增加了由于二价结合而产生的avidity。而这种相互作用的复杂性是传统的 SPR 检测无法检测到的。

二价分析物 (IgG) 与单价配体 (FcRn) 相互作用的示意图

状态 0 显示单价 FcRn（固定）和二价 IgG（溶液中）的游离状态。从状态 0 到状态 1 的转变说明二价分析物与 FcRn 上的一个结合位点 (kON1 和 kOFF1) 结合。在随后向状态 2 的转变中，IgG 同时通过其第二个结合位点与另一个靠近第一个结合位点的 FcRn 结合，从而形成二价复合物。亲和力根据转变 0 ↔ 1 和 1 ↔ 2 的个体结合率和解离率的绝对和相对贡献而发生。一到两个结合位点的动态解离和重新结合，即转变 2 ↔ 1 ↔ 2 (kONapp. 和 kOFFapp.)，对于有效解离率至关重要，因此对于亲和力也至关重要。通常，在测量信号中无法区分单键和双键状态。因此，只能测量自由态和任何类型的键合态之间的“可观察”动力学速率（kONobs. 和 kOFFobs.）。

利用 switchSENSE 技术通过短 DNA 纳米杠杆固定重组 FcRn，模拟受体的膜取向。结果揭示了亲和力与avidity的关系，还揭示了可变 Fab 臂对 FcRn 结合的潜在影响，而 SPR 在这方面存在局限性。该成果为如何研究 FcRn 结合特性以制定 IgG 工程策略提供了指导。