Obtaining and characterizing rhodamine B immunoconjugates

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Monoclonal antibody (mAb)–drug immunoconjugates are a promising option in cancer immunotherapy. However, developing effective techniques of their synthesis remains relevant, especially when a small molecule has no mAb binding sites.

AIM: The work aimed to synthesize immunoconjugates based on two modified rhodamine B molecules and four mAbs, and to examine their molecular and functional properties.

METHODS: mAbs were conjugated to Rod-SMCC via reduced disulfide groups of immunoglobulin G (IgG). Rod-piperazine was added to oxidized IgG oligosaccharides. The synthesis was assessed using spectrophotometry. The activity of the resulting conjugates was assessed using enzyme-linked immunosorbent assay. The molecular heterogeneity of the resulting conjugates was assessed using high-performance chromatography.

RESULTS: Rod-SMCC produced conjugates with all examined antibodies via thiol groups, with maximum saturation for each antibody. The maximum incorporation rate of approximately 10.96 ± 1.3 mol Rod per 1 mol IgG was observed for ICO 204, with approximately 5.19 ± 1.75 for trastuzumab. These Rod incorporation rates decreased after additional fractionation of the resulting immunoconjugates on a separating gel, amounting to 7.94 ± 1.8 for ICO 204 and 3.32 ± 1.2 for trastuzumab. The antigen-binding activity of ICO 204 immunoconjugates was comparable to that of native antibodies. The incorporation of Rod in immunoconjugates depended on the mAb fractionation technique. Acid elution during mAb fractionation on protein G decreased the incorporation of Rod in immunoconjugates. Rod-piperazine produced immunoconjugates with ICO 204 and trastuzumab via oxidized carbohydrate residues of antibodies. The maximum incorporation rate of rhodamine B in ICO 204 was 2.3 ± 0.3 mol per 1 mol IgG, with 0.2 ± 0.12 for trastuzumab.

CONCLUSION: Chemical synthesis was used to produce two derivatives of Rod, which initially had no IgG binding sites. These compounds were used to synthesize model immunoconjugates with high Rod incorporation rates while maintaining antigen-binding activity. This work demonstrated that immunoconjugates can be produced using pharmaceutical substances with carboxyl groups that are unsuitable for such synthesis. Furthermore, it was shown that immunoconjugates can be synthesized through carboxyl group modification of pharmaceutical substances using piperazine and SMCC.

About the authors

Anatoliy S. Grinevich

Blokhin National Medical Research Center of Oncology

Author for correspondence.
Email: a.grinevich@ronc.ru
ORCID iD: 0000-0002-4570-2124
SPIN-code: 2535-9741
Russian Federation, Moscow

Yana O. Sadovskaya

Blokhin National Medical Research Center of Oncology

Email: ja.sadovskaja@ronc.ru
ORCID iD: 0009-0009-7115-7797
SPIN-code: 8572-7717
Russian Federation, Moscow

Anastasia O. Karimova

Blokhin National Medical Research Center of Oncology; National Research University Higher School of Economics

Email: a.karimova@ronc.ru
ORCID iD: 0009-0000-0317-9948
SPIN-code: 8054-2753
Russian Federation, Moscow; Moscow

Mikhail A. Ryzhikov

Blokhin National Medical Research Center of Oncology; National Research University Higher School of Economics

Email: m.ryzhikov@ronc.ru
ORCID iD: 0009-0000-2292-8537
Russian Federation, Moscow; Moscow

Margarita G. Khotuleva

Blokhin National Medical Research Center of Oncology

Email: m.khotuleva@ronc.ru
ORCID iD: 0009-0008-6104-5233
Russian Federation, Moscow

Olga N. Solopova

Blokhin National Medical Research Center of Oncology; National Research University Higher School of Economics

Email: o.solopova@ronc.ru
ORCID iD: 0000-0002-5465-6094
SPIN-code: 2807-7709

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Moscow; Moscow

Elizaveta V. Guseva

Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds

Email: lizon.00@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3852-6676
SPIN-code: 5020-4002

Cand. Sci. (Chemistry)

Russian Federation, Moscow

Andrey L. Sigan

Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds

Email: asigan@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3627-1673

Cand. Sci. (Chemistry)

Russian Federation, Moscow

Dmitriy V. Gusev

Blokhin National Medical Research Center of Oncology

Email: d.gusev@ronc.ru
ORCID iD: 0000-0003-0218-8265
SPIN-code: 4613-3230
Russian Federation, Moscow

References

  1. Lu J, Ding J, Liu Z, et al. Retrospective analysis of the preparation and application of immunotherapy in cancer treatment (Review). International journal of oncology. 2022;60(2):12–35. doi: 10.3892/ijo.2022.5302
  2. Hafeez U, Parakh S, Gan HK, et al. Antibody–Drug Conjugates for Cancer Therapy. Molecules. 2020;25(20):4764–4797. doi: 10.3390/molecules25204764
  3. Schwach J, Abdellatif M, Stengl A. More than toxins — current prospects in designing the next generation of antibody drug conjugates. Front Biosci (Landmark Ed). 2022;27(8):240–268. doi: 10.31083/j.fbl2708240
  4. Bruins WSC, Zweegman S, Mutis T, et al. Targeted therapy with Immunoconjugates for Multiple Myeloma. Front Immunol. 2020;19(11):1155–1176. doi: 10.3389/fimmu.2020.01155
  5. Liu H, May K. Disulfide bond structures of IgG molecules. MAbs. 2012;4(1):17–23. doi: 10.4161/mabs.4.1.18347
  6. Liu J, Huang X, Ding J. Identification of MSA-2: An oral antitumor non-nucleotide STING agonist. Signal Transduct Target Ther. 2021;6(1):18–19. doi: 10.1038/s41392-020-00459-2
  7. Kim S, Li L, Maliga Z, et al. Anticancer flavonoids are mouse-selective STING agonists. ACS Chem Biol. 2013;(7):1396–1401. doi: 10.1021/cb400264n
  8. Grodzki AC, Berenstein E. Antibody purification: affinity chromatography — protein A and protein G Sepharose. Methods Mol Biol. 2010;588:33–41. doi: 10.1007/978-1-59745-324-0_5.
  9. Golubtsova NV, Burova OS, Baryshnikov KA, et al. Monoclonal antibodies ICO-406 against the antigen CD117. Russian journal of biotherapy. 2015;14(2):99–104. EDN: UHVNPN
  10. Laemmli UK. Cleavage of Structural Proteins during the Assembly of the Head of Bacteriophage T4. Nature. 1970;227(5259):680–685. doi: 10.1038/227680a0
  11. Patent RUS № 2024135981/ 02.12.2024. Gusev DV, Grinevich AS, Solopova ON, et al. Method for producing immunoconjugate monoclonal antibodies ICO 204 using [6-(diethylamino)-9-[2-(piperazin-1-carbonyl)phenyl]xanthen-3-ylidene]-diethylazanium chloride. (In Russ.)
  12. Moritz B, Stracke JO. Assessment of disulfide and hinge modifications in monoclonal antibodies. Electrophoresis. 2017;38(6):769–785. doi: 10.1002/elps.201600425
  13. Liu H, Chumsae C, Gaza-Bulseco G, et al. Ranking the susceptibility of disulfide bonds in human IgG1 antibodies by reduction, differential alkylation, and LC-MS analysis. Anal Chem. 2010;82(12):5219–5226. doi: 10.1021/ac100575n
  14. Chen L, Wang L, Shion Yu, еt al. In-depth structural characterization of Kadcyla® (ado-trastuzumab emtansine) and its biosimilar candidate. MAbs. 2016;8(7):1210–1223. doi: 10.1080/19420862.2016.1204502
  15. Wypych J, Li M, Guo A, et al. Human IgG2 antibodies display disulfide-mediated structural isoforms. J Biol Chem. 2008;283(23):16194–16205. doi: 10.1074/jbc.M709987200
  16. Martinez T, Guo A, Allen MJ, et al. Disulfide connectivity of human immunoglobulin G2 structural isoforms. Biochemistry. 2008;47(28):7496–7508. doi: 10.1021/bi800576c
  17. Ejima D, Tsumoto K, Fukada H, et al. Effects of acid exposure on the conformation, stability, and aggregation of monoclonal antibodies. Proteins. 2007;66(4):954–962. doi: 10.1002/prot.21243
  18. Grinevich AS, Chinareva IV, Burova OS, Ivanov PK. Fluorescent modification of the monoclonal antibodies oligosaccharides by fluorescein-5-thiosemicarbazide. Russian journal of biotherapy. 2020;19(2):39–46. EDN: IQXALQ
  19. Cruz E, Sifniotis V, Sumer-Bayraktar Z, et al. Glycan Profile Analysis of Engineered Trastuzumab with Rationally Added Glycosylation Sequons Presents Significantly Increased Glycan Complexity. Pharmaceutics. 2021;13(11):1747–1753. doi: 10.3390/pharmaceutics13111747
  20. Lund J, Takahashi N, Popplewell A, et al. Expression and characterization of truncated forms of humanized L243 IgG1. Architectural features can influence synthesis of its oligosaccharide chains and affect superoxide production triggered through human Fcgamma receptor I. Eur J Biochem. 2000;267(24):7246–7257. doi: 10.1046/j.1432-1327.2000.01839.x
  21. Wada R, Matsui M, Kawasaki N. Influence of N-glycosylation on effector functions and thermal stability of glycoengineered IgG1 monoclonal antibody with homogeneous glycoforms. MAbs. 2019;11(2):350–372. doi: 10.1080/19420862.2018.1551044
  22. Robblee J, Collins BE, Kaundinya G, et al. Methods related to trastuzumab. Patent WO 2013181571A2; 2013. Available from: https://patents.google.com/patent/WO2013181571A2/en
  23. Singh SK, Lee KH. Characterization of Monoclonal Antibody Glycan Heterogeneity Using Hydrophilic Interaction Liquid Chromatography-Mass Spectrometry. Front Bioeng Biotechnol. 2022;9:805788–805800. doi: 10.3389/fbioe.2021.805788

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».