Bagaimana antibodi “membangun kembali” targetnya: mengapa beberapa anti-CD20 menggunakan komplemen, sementara yang lain membunuh secara langsung

Para ilmuwan telah memvisualisasikan apa yang sebenarnya terjadi pada reseptor CD20 pada sel B ketika antibodi terapeutik (rituximab, obinutazumab, dll.) menempel padanya. Menggunakan versi baru mikroskop super-resolusi RESI, mereka mengamati hal ini pada sel hidup utuh pada tingkat protein individu dan menghubungkan pola nanokluster dengan berbagai mekanisme kerja obat. Hasilnya: antibodi "tipe I" (misalnya, rituximab, ofatumumab) menyusun CD20 menjadi rantai panjang dan superstruktur — hal ini "menanam" komplemen dengan lebih baik. Antibodi "tipe II" (misalnya, obinutazumab) terbatas pada oligomer kecil (hingga tetramer) dan memberikan sitotoksisitas langsung dan pembunuhan yang lebih kuat melalui sel efektor. Penelitian ini dipublikasikan di Nature Communications.

Latar Belakang Penelitian

• Mengapa CD20? Antibodi anti-CD20 merupakan kunci utama dalam pengobatan limfoma/leukemia sel B dan beberapa penyakit autoimun. Ada beberapa obat di pasaran, tetapi masing-masing obat bekerja secara berbeda di dalam sel dan menghasilkan profil klinis yang berbeda pula.
• Dua kubu mekanistik. Secara konvensional, terdapat antibodi tipe I (rituximab, ofatumumab) dan tipe II (obinutazumab, dll.). Tipe I lebih mungkin mengandung komplemen (CDC), sedangkan tipe II lebih sering menyebabkan kematian sel secara langsung dan pembunuhan melalui sel efektor (ADCC/ADCP). Hal ini telah lama diketahui dari biokimia dan uji fungsional - tetapi mengapa hal ini terjadi pada tingkat nanometer masih belum jelas.
• Apa yang hilang dari metode sebelumnya.
  • Imunofluoresensi klasik dan bahkan banyak pendekatan super-resolusi tidak melihat “molekul tunggal” dalam membran hidup ketika targetnya padat dan dinamis.
  • Cryo-EM memberikan detail yang menakjubkan, tetapi biasanya di luar konteks sel hidup secara keseluruhan.
    Akibatnya, "geometri" CD20 di bawah antibodi (yang berupa gugus, rantai, dan ukuran) harus ditebak dari data tidak langsung.
• Mengapa Geometri Penting. Komplemen "diaktifkan" ketika C1q secara bersamaan menangkap domain Fc yang diposisikan dengan benar—ini benar-benar soal jarak dan sudut. Demikian pula, efisiensi ADCC/ADCP bergantung pada bagaimana antibodi memaparkan Fc-nya ke reseptor sel efektor. Jadi, nano-arsitektur antibodi CD20+ = kunci fungsinya.
• Apa tujuan para penulis? Untuk menunjukkan pada sel hidup utuh (in situ) apa saja yang dilakukan anti-CD20 terhadap CD20: oligomer dan superstruktur apa yang muncul, bagaimana hal ini berkaitan dengan penggabungan dan penghancuran komplemen, dan apakah mekanismenya dapat dikontrol melalui desain antibodi (sudut pengikatan, engsel, valensi, bispesifik).
• Mengapa hal ini diperlukan dalam praktik?
  • Desain generasi berikutnya: belajar untuk “menyesuaikan pegangan” suatu struktur untuk mendapatkan mekanisme aksi yang diinginkan untuk tugas klinis tertentu atau konteks tumor.
  • Kombinasi yang bermakna: pahami di mana obat “pelengkap” lebih tepat, dan di mana obat “pembunuh langsung” lebih tepat.
  • Kontrol kualitas/biosimilar: memiliki “sidik jari” fisik pengelompokan yang benar sebagai biomarker kesetaraan.

Singkatnya: antibodi terapeutik bekerja tidak hanya "sesuai resep mekanismenya", tetapi juga sesuai geometri yang diterapkan target pada membran. Sebelum penelitian ini, kami tidak memiliki alat untuk mengamati geometri ini dalam sel hidup dengan akurasi molekul individual—kesenjangan inilah yang ingin diatasi oleh para penulis.

Mengapa hal ini diperlukan?

Antibodi anti-CD20 merupakan dasar terapi untuk limfoma sel B dan leukemia, serta merupakan cara untuk "mematikan" sel B pada beberapa penyakit autoimun. Kita telah mengetahui bahwa "tipe I" dan "tipe II" bekerja secara berbeda (melengkapi versus membunuh secara langsung), tetapi seperti apa perbedaan ini pada tingkat nanometer di membran sel masih belum jelas. Metode klasik (cryo-EM, STORM, PALM) pada sel hidup tidak mencapai resolusi "satu protein" secara tepat untuk kompleks padat dan dinamis. RESI melakukan hal ini.

Apa yang mereka lakukan?

• Kami menggunakan pelabelan multi-target 3D-RESI (Peningkatan Resolusi melalui Pencitraan Sekuensial) dan DNA-PAINT untuk secara bersamaan menyoroti CD20 dan antibodi terkaitnya dalam membran sel utuh. Resolusi adalah tingkat molekul individual dalam konteks in situ.
• Kami membandingkan tipe I (rituximab, ofatumumab, dll.) dan tipe II (obinutazumab; serta klon H299) dan menganalisis secara kuantitatif oligomer CD20 yang mereka bentuk - dimer, trimer, tetramer, dan yang lebih tinggi.
• Kami menguji hubungan antara "pola" dan fungsinya: kami mengukur pengikatan komplemen, sitotoksisitas langsung, dan pembunuhan melalui sel efektor. Kami juga bereksperimen dengan geometri antibodi (contoh: membalik lengan Fab pada pengikat sel T CD20×CD3) untuk memahami bagaimana fleksibilitas/orientasi engsel menggeser fungsi antara tipe I dan II.

Temuan utama dalam kata-kata sederhana

• Tipe I membentuk rantai dan "platform" CD20 — setidaknya heksamer dan lebih panjang; geometri ini cocok untuk C1q, sehingga komplemen sebaiknya disertakan. Contoh: rituximab, ofatumumab.
• Tipe II terbatas pada perakitan kecil (biasanya hingga tetramer), tetapi memiliki sitotoksisitas langsung yang lebih tinggi dan daya bunuh yang lebih kuat melalui sel efektor. Contoh: obinutazumab.
• Geometri itu penting. Ubah fleksibilitas/orientasi lengan Fab antibodi bispesifik CD20xCD3 dan perilakunya akan bergeser dari "tipe II" menjadi "tipe I": pengelompokan CD20 ↑ dan sitotoksisitas langsung ↓ – hubungan struktur-fungsi yang jelas.

Mengapa ini penting untuk terapi?

• Desain generasi berikutnya: Sekarang memungkinkan untuk merancang antibodi secara khusus untuk mekanisme yang diinginkan (lebih banyak komplemen atau pembunuhan yang lebih langsung) dengan menyesuaikan sudut pengikatan, engsel, dan valensi untuk mencapai arsitektur nano CD20 yang diinginkan.
• Personalisasi dan kombinasi. Jika jalur "komplemen" bekerja lebih baik pada tumor tertentu, sebaiknya gunakan "tipe I" (atau antibodi/bi-spesifik yang membentuk rantai CD20 panjang). Jika kematian langsung lebih penting, pilih "tipe II" dan tingkatkan dengan jalur efektor.
• Kontrol kualitas dan biosimilar. RESI secara efektif menyediakan uji geometri: sebuah model dapat dilatih untuk mengenali "tanda" oligomer CD20 yang tepat dan digunakan sebagai kontrol biofisika dalam pengembangan biosimilar.

Sedikit mekanisme (bagi yang tertarik)

• Berdasarkan cryo-EM dan gambar terbaru, tipe I (misalnya, rituximab) berikatan dengan CD20 pada sudut yang dangkal, menjembatani dimer CD20, menghasilkan rantai dengan platform untuk C1q; ofatumumab melakukan hal serupa, tetapi dengan langkah yang lebih kecil dalam rantai dan komplemen "tanaman" bahkan lebih stabil. Tipe II (obinutazumab) memiliki sudut yang lebih curam dan stoikiometri yang berbeda (1 Fab hingga 2 CD20), sehingga tetap berada di zona trimer-tetramer.

Keterbatasan dan langkah selanjutnya

• Ini adalah model sel dengan kondisi yang dikontrol secara cermat. Langkah selanjutnya adalah mengonfirmasi pola klaster CD20 utama dalam sampel tumor primer dan mengkorelasikannya dengan respons klinis.
• RESI adalah teknik yang rumit, tetapi tim menekankan keserbagunaannya: teknik ini dapat memetakan target membran dan antibodi apa pun—dari EGFR/HER2 hingga PD-L1—dan juga menghubungkan arsitektur nano dengan fungsi.

Kesimpulan

Antibodi bekerja tidak hanya "sesuai resep mekanismenya", tetapi juga sesuai geometri yang diterapkannya pada reseptor di membran. Geometri ini kini dapat dilihat—dan ini membuka jalan bagi desain imunopreparasi yang lebih presisi, di mana efek klinis yang diinginkan ditetapkan pada tingkat nanometer.

Sumber penelitian: Pachmayr I. dkk. Menyelesaikan dasar struktural fungsi antibodi terapeutik dalam imunoterapi kanker dengan RESI. Nature Communications, 23 Juli 2025. doi.org/10.1038/s41467-025-61893-w