CTLA-4Ig is regarded as an inhibitory agent of the T cell proliferation via blocking the costimulatory signal which is essential for full T cell activation. To improve applicability, we developed the CTLA-4Ig-CTKC in which the c-terminal lysine had been replaced by cysteine through single amino acid change. The single amino acid mutation of c-terminus of CTLA-4Ig was performed by PCR and was checked by in vitro transcription and translation. DNA construct of mutant form was transfected to Chinese hamster ovary (CHO) cells by electroporation. The purified proteins were confirmed by Western blot and B7-1 binding assay for their binding ability. The suppressive capacity of CTLA-4Ig-CTKC was evaluated by the mixed lymphocyte reaction (MLR) and in the allogeneic pancreatic islet transplantation model. CTLA-4Ig-CTKC maintained binding ability to B7-1 molecule and effectively inhibits T cell proliferation in MLR. In the murine allogeneic pancreatic islet transplantation, short-term treatment of CTLA-4Ig-CTKC prolonged the graft survival over 100 days. CTLA-4Ig-CTKC effectively inhibits immune response both in MLR and in allogeneic islet transplantation model, indicating that single amino acid mutation does not affect the inhibitory function of CTLA-4Ig. CTLA-4Ig-CTKC can be used in vehicle-mediated drug delivery system such as liposome conjugation.
Background: CTLA4 (CD152), which is expressed on the surface of T cells following activation, has a much higher affinity for B7 molecules comparing to CD28, and is a negative regulator of T cell activation. In contrast to stimulating and agonistic capabilities of monoclonal antibodies specific to CTLA-4, CTLA4Ig fusion protein appears to act as CD28 antagonist and inhibits in vitro and in vivo T cell priming in variety of immunological conditions. We've set out to confirm whether inhibition of the CD28-B7 costimulatory response using a soluble form of human CTLA4Ig fusion protein would lead to persistent inhibition of alloreactive T cell activation. Methods: We have used CHO-$dhfr^-$ cell-line to produce CTLA4Ig fusion protein. After serum free culture of transfected cell line we purified this recombinant molecule by using protein A column. To confirm characterization of fusion protein, we carried out a series of Western blot, SDS-PAGE and silver staining analyses. We have also investigated the efficacy of CTLA4Ig in vitro such as mixed lymphocyte reaction (MLR) & cytotoxic T lymphocyte (CTL) response and in vivo such as experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), graft versus host disease (GVHD) and skin-graft whether this fusion protein could inhibit alloreactive T cell activation and lead to immunosuppression of activated T cell. Results: In vitro assay, CTLA4Ig fusion protein inhibited immune response in T cell-specific manner: 1) Human CTLA4Ig inhibited allogeneic stimulation in murine MLR; 2) CTLA4Ig prevented the specific killing activity of CTL. In vivo assay, human CTLA4Ig revealed the capacities to induce alloantigen-specific hyporesponsiveness in mouse model: 1) GVHD was efficiently blocked by dose-dependent manner; 2) Clinical score of EAE was significantly decreased compared to nomal control; 3) The time of skin-graft rejection was not different between CTLA4Ig treated and control group. Conclusion: Human CTLA4Ig suppress the T cell-mediated immune response and efficiently inhibit the EAE, GVHD in mouse model. The mechanism of T cell suppression by human CTLA4Ig fusion protein may be originated from the suppression of activity of cytotoxic T cell. Human CTLA4Ig could not suppress the rejection in mouse skin-graft, this finding suggests that other mechanism except the suppression of cytotoxic T cell may exist on the suppression of graft rejection.
Rice cells were transformed to express human cytotoxic T-lymphocyte antigen 4-immunoglobulin (hCTLA4Ig) using RAmy3D promoter. hCTLA4Ig was produced and secreted into culture media inducibly when sugar was depleted. The obstacles of this system are the cell death and release of proteases by sugar starvation. These problems resulted in the losses of stability and productivity of hCTLA4Ig. Therefore, the effects of proline as an inhibitor of cell death were investigated. When 4 mM proline was added in sugar-free media, the cell death and release of proteases were reduced. As a consequence, the production of hCTLA4Ig was enhanced. In addition, the effects of protein stabilizers such as gelling agents were studied. It was found that the application of 0.01 g/L gelatin led to an increase in hCTLA4Ig production. This increase might be originated from the stabilization of hCTLA4Ig. In conclusion, the production of hCTLA4Ig could be enhanced by the additions of proline and gelatin in transgenic rice cell cultures.
In this system, rice cells were genetically modified to express human cytotoxic T-lymphocyte antigen 4-immunoglobulin (hCTLA4Ig) using RAmy3D promoter induced by sugar depletion. Even though the target protein fused with signal sequence peptide, plant cell wall can be a barrier against secretion of recombinant proteins. Therefore, hCTLA4Ig can be trapped inside cell wall or remained in intracellular space. In this study, to enhance the secretion of hCTLA4Ig from cytoplasm and cell walls into the medium, permeabilizing agents, such as dimethyl sulfoxide (DMSO), Triton X-100 and Tween 20, were applied in transgenic rice cell cultures. When 0.5% (v/v) of DMSO was added in sugar-free medium, intracellullar hCTLA4Ig was increased, on the other hand, the secreted extracellular hCTLA4Ig was lower than that of control. DMSO did not give permeable effects on transgenic rice cell cultures. And Triton X-100 was toxic to rice cells and also did not give enhancing permeability of cells. When 0.05% (v/v) Tween 20 was added in rice cell cultures, however, intracellular hCTLA4Ig was lower than that of control cultures. And the maximum 44.76 mg/L hCTLA4Ig was produced for 10 days after induction, which was 1.4-fold increase compared to that of control cultures. Especially, Tween 20 at 0.05% (v/v) showed the positive effect on the secretion of hCTLA4Ig though the decrease of intracellular hCTLA4Ig. Also, Tween 20 as a non-toxic surfactant did not affect the cell growth, cell viability and protease activity. In conclusion, secretion of hCTLA4Ig could be increased by enhancing permeability of cells regardless of the cell growth, cell viability and protease activity.
Piao, Yongwei;Yun, So Yoon;Kim, Hee Soo;Park, Bo Kyung;Ha, Hae Chan;Fu, Zhicheng;Jang, Ji Min;Back, Moon Jung;Shin, In Chul;Won, Jong Hoon;Kim, Dae Kyong
Biomolecules & Therapeutics
/
v.30
no.6
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pp.529-539
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2022
Rheumatoid arthritis (RA) is a multifactorial immune-mediated disease, the pathogenesis of which involves different cell types. T-cell activation plays an important role in RA. Therefore, inhibiting T-cell activation is one of the current therapeutic strategies. Cytotoxic T-lymphocyte antigen 4-immunoglobulin (CTLA4-Ig), also known as abatacept, reduces cytokine secretion by inhibiting T-cell activation. To achieve a homeostatic therapeutic effect, CTLA4-Ig has to be administered repeatedly over several weeks, which limits its applicability in RA treatment. To overcome this limitation, we increased the number of sialic acid-capped antennas by genetically engineering the CTLA4 region to increase the therapeutic effect of CTLA4-Ig. N-acetylglucosaminyltransferase (GnT) and α2,6-sialyltransferase (α2,6-ST) were co-overexpressed in Chinese hamster ovary (CHO) cells to generate a highly sialylated CTLA4-Ig fusion protein, named ST6. The therapeutic and immunogenic effects of ST6 and CTLA4-Ig were compared. ST6 dose-dependently decreased paw edema in a mouse model of collagen-induced arthritis and reduced cytokine levels in a co-culture cell assay in a similar manner to CTLA4-Ig. ST6- and CTLA4-Ig-induced T cell-derived cytokines were examined in CD4 T cells isolated from peripheral blood mononuclear cells after cell killing through irradiation followed by flow- and magnetic-bead-assisted separation. Interestingly, compared to CTLA4-Ig, ST6 was substantially less immunogenic and more stable and durable. Our data suggest that ST6 can serve as a novel, less immunogenic therapeutic strategy for patients with RA.
In this research, recombinant human cytotoxic T-lymphocyte antigen 4-immunoglobulin (hCTLA4Ig) was produced by transgenic rice cells. RAmy3D promoter was used for overcome the limitation of low expression level in transgenic plant cells, and the secretion of target protein was accomplished by signal peptide. However, the RAmy3D promoter system which can be induced only by sugar starvation causes the decrease of cell viability. As a result, cell death promotes the release of protease which degrades the target proteins. The protein stability and productivity can be significantly influenced by proteolysis activity. Therefore, development of new strategies are necessary for the in situ recovery of target proteins from cell culture media. In this study, in situ recovery was performed by various strategies. Direct addition of Protein A resin with nylon bag leads to cell death by increased shear stress and decrease in production of hCTLA4Ig by protease. Medium exchange through modified flask could recover hCTLA4Ig with high cell viability and low protease activity, on the other hand, the productivity was lower than that of control. When in situ recovery was conducted at day 7 after induction in air-lift bioreactor, 1.94-fold of hCTLA4Ig could be recovered compared to control culture without in situ recovery. Consequently, in situ recovery of hCTLA4Ig from transgenic rice cell culture could enhance productivity significantly and prevent degradation of target proteins effectively.
Human cytotoxic T-lymphocyte antigen 4-immunoglobulin (hCTLA4Ig), an immunosuppressive agent, was expressed in transgenic rice cells using RAmy3D promoter and RAmy1A signal peptide for the inducible production and secretion into culture media by sugar depletion. In this study, sodium butyrate was used as a small molecular enhancer (SME) to enhance the production of hCTLA4Ig in transgenic rice cell suspension cultures. When 1 mM sodium butyrate was added in sugar-free media, relative viability was not reduced, while the productivity was improved 1.3-fold. In addition, by supplementing 87 mM sodium pyruvate as an alternative energy source during the production phase, death rate of the cells was decreased. When sodium pyruvate was not added, most cells became dead at day 6. However, by adding sodium pyruvate, 18% of viability can be maintained until day 10 and the production of hCTLA4Ig was enhanced 1.4-fold. When the combination of sodium pyruvate and sodium butyrate at optimum concentrations was added, the highest viability and hCTLA4Ig production could be obtained. The highest level of hCTLA4Ig reached up to 35 mg/L at day 10.
An immunosuppressive agent, human cytotoxic T lymphocyte antigen 4 (hCTLA4), is used for the prevention of graft rejection and treatment of autoimmune diseases. hCTLA4-Ig, a CTLA4-immunoglobulin fusion protein, was produced and secreted from transgenic rice cell suspension cultures using rice a-amylase (RAmy3D) expression system. In this system, hCTLA4-Ig expression was regulated metabolically by sugar starvation. For the purpose of improving hCTLA4-Ig production, the effects of osmotic pressure was investigated in suspension cultures of transgenic rice cells. The highest production level was achieved at 40 mM sorbitol $(140\;mOsm{\cdot}kg^{-1}\;H_2O)$. Using the medium with 8 mM glucose, the level of hCTLA4-Ig in the medium reached 45.3 mg/L. By adjusting the osmotic pressure of induction medium, it was found that the hCTLA4-Ig production could be increased up to 2.1-fold compared with that in batch culture.
Silkworm hemolymph (SH), prepared from fifth-instar larvae of Bombyx mori and heat-treated at $60^{\circ}C$ for 30 min, was used to improve cell viability and the production of human cytotoxic T-lymphocyte antigen 4-immunoglobulin (hCTLA4Ig) in transgenic Oryza sativa L. cell suspension cultures. Even though SH could not elevate cell viability at the concentrations up to 3% (v/v), addition of 0.3% (v/v) SH to a culture medium enhanced the production of hCTLA4Ig by 36.8% over an SH-free medium. Moreover, the production period of hCTLA4Ig could be shortened in a 0.3% (v/v) SH-added medium compared with that in an SH-free culture. As a result, addition of 0.3% (v/v) SH improved the productivity of hCTLA4Ig significantly in transgenic rice cell cultures.
Previous observations demonstrated that various immunosuppressive agents and their combination therapies can increase allograft survival rates. However, these treatments may have serious side effects and cannot substantially improve or prolong graft survival in acute graft-versus-host disease (GVHD). To improve the therapeutic potency of divalent immunoadhesins, we have constructed and produced several tetravalent forms of immunoadhesins comprising each of cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen-4 (CTLA4), CD2, and lymphocyte activation gene-3 (LAG3). Flow cytometric and T cell proliferation analyses displayed that tetravalent immunoadhesins have a higher binding affinity and more potent efficacy than divalent immunoadhesins. Although all tetravalent immunoadhesins possess better efficacies, tetravalent forms of CTLA4-Ig and LAG3-Ig revealed higher inhibitory effects on T cell proliferation than tetravalent forms of TNFR2-Ig and CD2-Ig. In vitro mixed lymphocytes reaction (MLR) showed that combined treatment with tetravalent CTLA4-Ig and tetravalent LAG3-Ig was highly effective for inhibiting T cell proliferation in both human and murine allogeneic stimulation. In addition, both single tetravalent-form and combination treatments can prevent the lethality of murine acute GVHD. The results of this study demonstrated that co-blockade of the major histocompatibility complex class (MHC)II:T cell receptor (TCR) and CD28:B7 pathways by using tetravalent human LAG3-Ig and CTLA4-Ig synergistically prevented murine acute GVHD.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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