5.6 DNA-Mimicking Peptides Bound by Anti-dsDNA Antibodies
Het ontwikkelen van specifieke remmers van pathogene anti-dsDNA antilichamen is een uitdaging gebleken. Niettemin, aangezien peptiden de antigeniciteit van DNA kunnen nabootsen, is het denkbaar dat zij de binding van anti-dsDNA antilichamen aan zelfantigenen blokkeren door met DNA te concurreren voor bindingsplaatsen. Daarom zouden peptide DNA-imitaties de afzetting van anti-dsDNA-antilichamen in de nieren (en/of andere organen) en de daaruit voortvloeiende weefselschade kunnen voorkomen. Van verschillende peptiden is aangetoond dat zij dergelijke eigenschappen bezitten.
De hypothese dat peptide-epitopen een DNA-structuur kunnen nabootsen werd voor het eerst aangetoond door in vitro-experimenten. R4A is een muizen anti-dsDNA antilichaam van het IgG2b isotype dat zich in nierglomeruli afzet en na in vivo toediening histologisch letsel induceert.80 Met behulp van peptide-display faagbibliotheken werden verschillende peptiden geïdentificeerd die specifiek met R4A reageerden.81 Deze peptiden bonden zich bij voorkeur aan R4A in vergelijking met twee nauw verwante antilichamen (95 en 52b3) die door gerichte mutagenese waren gegenereerd, maar die qua nefritogeen potentieel toch aanzienlijk verschilden van het R4A van de ouder.80 Verdere ondersteuning dat een peptide kan dienen als een moleculaire DNA mimic kan worden gevonden in studies waarin toediening van de D-vorm van het R4A-specifieke peptide (DWEYS) muizen beschermde tegen de nierafzetting van het R4A-antilichaam.80
Als peptiden geïsoleerd via faagbibliotheek-technologie mimotoop-activiteit kunnen vertonen (d.w.z. de epitoop-structuur nabootsen), dan zouden ze een antilichaam-respons uitlokken die vergelijkbaar is met die gestimuleerd door het oorspronkelijke epitoop. Om te bepalen of peptide DNA surrogaten antinucleaire autoimmuunreacties kunnen opwekken, werden BALB/c muizen geïmmuniseerd met het DWEYSVWLSN peptide in een gemultimeriseerde vorm. Verrassend genoeg begon deze van oorsprong niet-autoimmune muizenstam ongeveer 3 weken na de eerste immunisatie hoge titers IgG anti-dsDNA antilichamen te ontwikkelen.84 Geïmmuniseerde muizen produceerden ook antilichamen tegen andere auto-antigenen en vertoonden renale IgG-depositie. Inderdaad, deze peptide-geïnduceerde anti-dsDNA antilichamen waren structureel vergelijkbaar met spontaan optredende auto-antilichamen in lupus-gevoelige muizen.82 Daarom kan immunisatie met faag-display geïsoleerde peptide een pathogene lupus-achtige anti-dsDNA respons stimuleren in niet-autoimmune muizen. In een soortgelijk experiment werden drie monoklonale IgG2a anti-dsDNA antilichamen afgeleid van lupus-gevoelige muizen van de NZB × NZW F1 stam.83 Peptiden geselecteerd door deze antilichamen konden binden aan serum antilichamen van menselijke patiënten met SLE. Bovendien vertoonden BALB/c muizen die met deze peptiden waren geïmmuniseerd verhoogde IgG3 anti-dsDNA antilichamen in het serum.83 Vandaar dat deze peptide-geïnduceerde auto-immuniteitsmodellen niet alleen bijdragen aan ons begrip van de epitoopverspreiding die bij lupus optreedt, maar ook kunnen helpen bij het identificeren van potentiële blokkerende antigenen die therapeutisch zouden kunnen zijn. Peptide-gebaseerde passieve immunotherapieën, op grond van hun focus op het blokkeren van antilichaam binding aan doelorganen en dus het voorkomen van latere schade (in plaats van door niet-specifieke immunosuppressie die ook interfereert met beschermende immuniteit), kunnen opkomen als een nieuwe therapeutische benadering in de behandeling van lupus.
Gelijkaardige experimenten werden gedaan met menselijke lupus autoantilichamen.87 Er werd ontdekt dat affiniteit-gezuiverde polyklonale menselijke anti-dsDNA IgG’s specifiek een 15-mer peptide, ASPVTARVLWKASHV, binden. ASPVTARVLWKASHV bond aan anti-dsDNA-antilichamen in ELISA- en dot blot-tests en remde de binding van anti-dsDNA-antilichamen.87
Zoals eerder vermeld, is ALW een 12-mer peptide, geselecteerd door een panel van muriene anti-DNA IgG’s (PL9-11 IgG1, IgG2a, IgG2b, en IgG3) die identieke variabele regio’s delen.41 De binding van PL9-11 IgG’s aan antigenen waaronder DNA, laminine, niercellen, en rat glomeruli werd significant verminderd na de preïncubatie met ALW. Bovendien bevestigden wij door alaninescanning dat de binding van ALW aan anti-DNA antilichamen aminozuursequentiespecifiek was. Interessant is dat de binding van lupus sera van zowel muismodellen als humane patiënten aan dsDNA en, belangrijk, aan glomerulaire antigenen, significant werd geremd door het ALW peptide. De eerder gerapporteerde DNA-imiterende peptiden werden geselecteerd door een enkel isotype of lupus sera, terwijl het ALW peptide bindt aan alle vier IgG isotypen en zou dan breder de pathogene polyklonale anti-DNA antilichaam reacties in vivo moeten remmen.41 ALW is een kleine molecule die gemakkelijk oplost in H2O of een standaard buffer (PBS) en ook gemakkelijk via een ader kan worden toegediend. Bovendien is het ALW peptide waarschijnlijk fysiologisch stabiel; ALW ontbeert methionine, cysteïne en glutamine residuen in zijn sequentie, die verantwoordelijk worden geacht voor respectievelijk oxidatie, cyclisatie en degradatie van peptiden.84 Bovendien heeft ALW een relatief neutrale pI waarde (7.38), wat kan leiden tot minder niet-specifieke en ongewenste interacties met andere moleculen.41 Daarom zijn ALW peptide en zijn analogen potentiële kandidaten voor het ontwikkelen van nieuwe therapeutische benaderingen voor de behandeling van SLE. Bovendien is onze werkhypothese dat een combinatie van verschillende peptiden, geselecteerd door middel van verschillende benaderingen, noodzakelijk kan zijn, aangezien de pathogene auto-antilichamen die bij lupus aanwezig zijn zeer variabel en kruisreactief zijn.41 Tenslotte, in tegenstelling tot de eerder beschreven modellen van peptide-geïnduceerde autoimmuniteit waarbij het peptide in een immunogene setting wordt toegediend (subcutaan, in adjuvant), wordt in een therapeutische context verwacht dat peptiden die intraveneus zonder adjuvant worden toegediend niet zo immunogeen zullen zijn. Aangezien peptiden in het laatste scenario naar verwachting een lage toxiciteit hebben, zou een combinatiebenadering de werkzaamheid van de remming kunnen verhogen en het klinische resultaat kunnen verbeteren.
Het is duidelijk dat verschillende peptiden kunnen worden geïsoleerd door anti-dsDNA-antilichamen van verschillende oorsprong als “lokaas” te gebruiken. Hoewel er niet veel overeenkomst in structuur is tussen de reeds geïdentificeerde peptiden, is een interessant fenomeen dat tryptofaan residu op vergelijkbare posities voorkomt in zowel DWEYSVWLSN (muizen antilichaam geselecteerd) en ALW (menselijk antilichaam geselecteerd) peptiden. Een directe vergelijking van de relatieve blokkeringseffectiviteit van deze DNA-imiterende peptiden zou helaas niet veelzeggend zijn wegens grootteverschillen. Het feit dat in verschillende studies verschillende peptiden werden geïsoleerd, kan worden verklaard door het feit dat in het screeningproces verschillende anti-dsDNA-antilichamen werden gebruikt. Bijvoorbeeld, DWEYSVWLSN en ASPVTARVLWKASHV werden geselecteerd door een murine anti-dsDNA IgG2b monoklonaal antilichaam en anti-dsDNA antilichamen gezuiverd uit humane lupus sera, respectievelijk.80,87 Daarom kunnen deze anti-dsDNA antilichamen dan vertekend bindend potentieel en mogelijk verschillende DNA-imicking peptiden te selecteren. Bovendien kunnen het type en de complexiteit van de gebruikte specifieke faagbibliotheek ook van invloed zijn op de resultaten bij het screenen van peptiden.41 Niettemin kan elk van deze peptiden zich binden aan specifieke anti-DNA subsets, en het is mogelijk dat een betere therapeutische respons kan worden bereikt door verschillende peptiden in combinatie te gebruiken.