Die Behandlung von verschiedenen Krebsformen gewann in der biotechnologischen Industrie immer mehr an Bedeutung und entwickelte sich zu einem der Hauptziele in deren Forschung. Es gibt verschiede Ansätze und Versuche, um die Formen der Therapiemöglichkeiten zu optimieren, wobei es mittlerweile effiziente monoklonale Antikörper gibt, die von der Food and Drug Administration zugelassen wurden.
Jedoch besteht immer noch ein großer Bedarf an Pharmazeutika, die noch effektiver und verträglicher sind, nicht nur, um die Produktionskosten zu reduzieren, sondern auch um die Applikationsmöglichkeiten und Darreichungsformen der Medikamente zu erleichtern und um mehreren Patienten die Möglichkeit zu einer gezielten Behandlung ihrer Erkrankung zu gewähren. Weiterhin könnte durch Optimierung der Pharmazeutika die zu verabreichende Dosis des Arzneimittels minimiert werden, so dass dadurch eine bessere Verträglichkeit und geringere Nebenwirkungen resultieren.
Aus diesem Grund wurde für diese Arbeit ein monoklonaler Antikörper (nachfolgend antiB2 genannt) zur Behandlung von Non-Hodgkin-Lymphomen herangezogen, um aufzuzeigen, dass eine Optimierung und ein Engineering des Therapeutikums zu einer Erhöhung der biologischen Aktivität und dadurch zu einer Verbesserung der Eliminierung von Krebszellen führt.
Das Hauptaugenmerk wurde hier auf das Glykoengineering gesetzt. Die Glykosylierung von Antikörpern hat einen großen Einfluss auf verschiedenste Funktionen und es wurde schon bestätigt, dass die N-Glykosylierung der schweren Kette des IgG Moleküls die biologische Aktivität, die Pharmakokinetik, die Effektivität der Verteilung des Proteins im menschlichen Körper, die Löslichkeit und die Stabilität des Antikörpers beeinflusst.
Ein Ansatz, die Glykosylierungsstruktur im Hinblick auf die biologische Aktivität zu verbessern, beinhaltete die Expression des monoklonalen Antikörpers antiB2 in dem Moosstamm Physcomitrella patens, und nicht wie üblich in Chinese hamster ovary cells (CHO). Die Wahl der Expressionszelllinie ist ausschlaggebend für die Produktion des therapeutischen Antikörpers. Abhängig von der Expressionszelllinie, ergeben sich verschiedene Glykosylierungsmuster, die schließlich zu verschiedenen Eigenschaften des therapeutischen Proteins führen.
Es ist bekannt, dass therapeutische Proteine, die in Physcomitrella patens exprimiert wurden, eine defucosylierte Form und dadurch eine erhöhte Aktivität aufweisen. Der Wildtyp von Physcomitrella patens ist nicht in der Lage alpha1,6-verknüpfte Fucosereste an das Protein anzuhängen, zeigt jedoch alpha1,3-verknüpfte Fucose und beta1,2-verknüpfte Xylose Reste, von denen gezeigt wurde, dass sie für den menschlichen Körper immunogen sind. Daher wurde für die Expression von antiB2 ein Mossstamm verwendet, der defizient ist im Hinblick auf die Expression der pflanzenspezifischen Zuckerreste.
Nach erfolgreicher Expression des therapeutischen Proteins folgte die Charakterisierung von antiB2, im Hinblick auf dessen Glykosylierungsstruktur, dessen Affinität zu FcgammaRs und dessen Fähigkeit Effektormechanismen zur Beseitigung von Krebszellen zu induzieren.
Außerdem wurden weitere Änderungen in der Glykosylierungsstruktur in vitro durchgeführt, um aufzuzeigen, ob der Effekt der Defucosylierung des Antikörpers durch Expression in Physcomitrella patens noch weiter verbessert werden kann. Dadurch wurde festgestellt, dass nicht die defucosylierte Variante des antiB2 Antikörpers die effektivste darstellt, sondern dass es noch weitere Änderungen in der Glykosylierung der schweren Kette gibt, die zu einer Erhöhung und Verbesserung der biologischen Aktivität führen.

The treatment of different cancer forms has become one the main focus of the biotechnology industry. There are several approaches for optimizing the mechanisms of therapy possibilities and there are already efficient monoclonal antibodies approved by the Food and Drug Administration. But there is still a need for even more effective and compatible drugs, not only to reduce the costs for production but also to facilitate the application for more patients as until now. Furthermore, the application dose of optimized therapeutics could be diminished thus leading to a higher tolerance and less adverse effects.
Therefore in this study a monoclonal antibody (in the following named antiB2) for the treatment of non-Hodgkin s lymphoma was chosen to show that an engineering of this therapeutic can lead to an enhancement of the biological activity and thereby improve the effect on the elimination of cancerous cells.
The main focus was set on the glycoengineering of the antibody, because it is already known, that glycosylation has a great impact on several functions. The N-glycosylation of the IgG heavy chain is known to affect biological activity, pharmacokinetics, pharmacodistribution, solubility and stability.
The first approach to optimize the glycosylation structure in favour of the biological activity was made by expressing the monoclonal antibody antiB2 not in Chinese hamster ovary cells (CHO) as usual, but in the moss strain Physcomitrella patens. The choice of the expression cell line is crutial for the production of therapeutic antibodies. Depending on the expression cell line, different glycosylation pattern arise, leading to different characteristics of the therapeutic protein.
It is described that therapeutic proteins, expressed in Physcomitrella patens show a defucosylated form and thus an enhanced activity. Yet the wild type Physcomitrella patens strain indeed lacks the addition of alpha1,6-linked fucose but shows alpha1,3-linked fucose and beta1,2-linked xylose residues, which are shown to be immunogenic for humans. Therefore a moss strain lacking these plant specific sugar residues was used for the expression of antiB2.
After expression of the therapeutic protein, antiB2 was characterized regarding its glycosylation structure, its affinities to FcgammaRs, and its ability to induce effector mechanisms to remove cancerous cells.
Furthermore the glycosylation structure of the expressed and defucosylated antibody was changed, resulting in different glycosylation patten, to allow the question whether the effect of defucosylation of an antibody could be enhanced even more. Thereby it was observed that the defucosylated form of the antiB2 antibody is not the most effective, but that there are further possibilities of glycosylation modifications of the heavy chain, leading to a more enhanced biological activity.