Engineering a high affine NMDAR-Fc “baitbody” fusion protein for autoantibody detection and elimination in NMDAR encephalitis
The most common form of autoimmune encephalitis is the N-methyl-D-aspartate receptor (NMDAR) encephalitis, which is characterized by a variety of complex neuropsychiatric symptoms.Patients develop an immune response against NMDA receptors in the brain caused by pathogenic autoantibodies that target the amino‑terminal domain (ATD) of the receptors. Since immunotherapy often provide delayed clinical improvement, thus novel therapeutic approaches to rapidly neutralize NMDAR autoantibodies are needed. In this project, NMDAR Fc-fusion constructs were created of a fragment crystallizable/constant (Fc) domain of immunoglobulin G and the amino-terminal domains (ATDs) of (1) glutamate ionotropic receptor NMDA type subunit 1 (GluN1), (2) glutamate ionotropic receptor NMDA type subunit 2A (GluN2A), (3) glutamate ionotropic receptor NMDA type subunit 2B (GluN2B), or (4) combinations of GluN1 with GluN2A or GluN2B. It has been shown that GluN1 and GluN2 subunits are both required to form accessible epitopes with high affinity to the pathogenic anti-NMDAR autoantibodies. The N1-N2B baitbody construct designed in this work efficiently prevented NMDAR binding of patient-derived monoclonal and polyclonal anti-NMDAR autoantibodies. In addition, the internalization of NMDARs in rodent dissociated neurons and in human induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived neurons was inhibited. The construct also showed a stabilizing effect of NMDAR mediated currents in rodent neurons and prevented memory defects in passive-transferred mouse models by intrahippocampal injections. These results indicate that the baitbody may offer a promising strategy for rapid and specific treatment of NMDAR encephalitis, thereby complementing immunotherapy. In addition, the baitbody can be used in rapid diagnostic ELISA assays, thereby supporting current NMDAR encephalitis diagnostics.
Die häufigste Form der Autoimmunenzephalitis ist die N-Methyl-D-Aspartat-Rezeptor (NMDAR)-Enzephalitis, die durch eine Vielzahl komplexer neuropsychiatrischer Symptome gekennzeichnet ist. Die Patienten entwickeln eine Immunreaktion gegen NMDA-Rezeptoren im Gehirn, die durch pathogene Autoantikörper verursacht wird, die sich gegen die aminoterminale Domäne (ATD) der Rezeptoren richten. Da eine Immuntherapie oft erst mit Verzögerung zu einer klinischen Besserung führt, werden neue therapeutische Ansätze zur schnellen Neutralisierung von NMDAR-Autoantikörpern benötigt. In diesem Projekt wurden NMDAR-Fc Fusionskonstrukte aus einem Fragment der kristallisierbaren/konstanten (Fc) Domäne des Immunglobulins G und den aminoterminalen Domänen (ATDs ) (1) der Untereinheit 1 des ionotropen Glutamat Rezeptors des NMDA-Typen (GluN1), (2) der Untereinheit 2A des ionotropen Glutamat Rezeptors des NMDA-Typen (GluN2A), (3) der Untereinheit 2B des ionotropen Glutamat Rezeptors des NMDA-Typen (GluN2B) oder (4) einer Kombinationen von GluN1 mit GluN2A oder GluN2B erzeugt. Es hat sich gezeigt, dass sowohl GluN1- als auch GluN2-Untereinheiten erforderlich sind, um zugängliche Epitope mit hoher Affinität zur Bindung der pathogenen Anti-NMDAR-Autoantikörper zu erzeugen. Das in dieser Arbeit entwickelte N1-N2B „baitbody“ Konstrukt verhinderte effizient die NMDAR-Bindung von monoklonalen und polyklonalen anti-NMDAR Patienten Autoantikörpern. Darüber hinaus hemmte es die Internalisierung von NMDARs in dissoziierten Nagetierneuronen und in aus menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) abgeleiteten Neuronen. Das Konstrukt zeigte auch eine stabilisierende Wirkung auf NMDAR-Ströme in Nagetierneuronen und verhinderte Gedächtnisdefekte in passiv übertragenen Mausmodellen durch intrahippocampale Injektionen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das baitbody Konzept eine vielversprechende Strategie für eine schnelle und spezifische Behandlung von NMDAR-Enzephalitis darstellen und damit die Immuntherapie ergänzen könnte. Darüber hinaus kann der Köderkörper in schnellen diagnostischen ELISA-Tests eingesetzt werden und so die derzeitige NMDAR-Enzephalitis-Diagnostik unterstützen.
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