Engineering bispecific T-cell engagers to deplete eosinophils for the treatment of severe eosinophilic asthma

Abstract

Severe eosinophilic asthma (SEA) is characterized by elevated eosinophil counts in the blood a-nd airway mucosa. While monoclonal antibody therapies targeting interleukin-5 (IL-5) and its re-ceptor (IL-5Rα) have improved treatment, some patients remain unresponsive. I propose an alte-rnative approach to eliminate eosinophils using T cells by engineering IL-5Rα×CD3 bispecific T- cell engagers (bsTCEs) that target both IL-5Rα on eosinophils and CD3 on T cells. I designed dif-ferent formats of IL-5Rα×CD3 bsTCEs, incorporating variations in valency, geometry, and affinit-y for the target antigen binding. Iidentified the single-chain variable fragment (scFv)-Fc format with the highest affinity towards the membrane-proximal domain of IL-5Rα in the IL-5Rα-binding arm showed the most potent cytotoxicity against IL-5Rα-expressing peripheral eosinophils by activating autologous primary T cells from healthy donors. This study proposes IL-5Rα×CD3 bs-TCEs as potential alternatives for SEA treatment. Importantly, it demonstrates the first applicati-on of bsT-CEs in eliminating disease-associated cells, including eosinophils, beyond cancer cell-s.|호산구성 중증 천식(SEA)은 혈액 및 기도 점막에서 증가된 호산구 수치로 특징 지어진다. 일부 환자들은 인터루킨-5 (IL-5) 및 그 수용체 (IL-5Rα)를 표적으로 하는 단일클론 항체 치료법에 불응하는 경우가 있다. 본 논문에서는 T 세포를 이용하여 호산구를 제거하는 대안적인 방법을 제안한다. 이는 IL-5Rα×CD3 T- 세포 관여 이중 특이 항체 (IL-5Rα×CD3 bsTCEs)를 엔지니어링함으로써 이루어진다. 이 bsTCEs는 호산구의 IL-5Rα와 T 세포의 CD3를 동시에 표적으로 한다. 본 연구에서는 다양한 포맷의 IL-5Rα×CD3 bsTCEs를 설계했으며, 대상 항원 결합을 위한 결합가수 (Binding valency), 기하학적인 결합 구조 (geometry) 및 포맷 변화에 따른 결합 친화도 (Binding affinity) 차이를 보였다. 나는 항-IL-5Rα 단일 클론 항체인 5R65.7을 이용한 4 가지의 bsTCE 포맷 중에서 T 세포를 가장 강하게 활성화시킴으로써 자가 유래 호산구에 대한 가장 강력한 세포 독성을 나타내는 단일 체인 가변 조각(scFv)-Fc 포맷의 bsTCE (IL-5Rα×CD3 scFv-Fc)를 발굴하였다. IL_x0002_5Rα×CD3 bsTCE는 호산구성 중증 천식 치료를 위한 IL-5Rα 및 IL-5 표적 단일 클론 항체에 대해 불응성인 환자들에게 그 대안이 될 수 있다. 본 연구의 또 다른 의의는 이 연구가 종양 세포 외에도 호산구를 포함한 질병과 관련된 세포를 제거하는 bsTCEs의 첫 응용 사례인 것이다.