scbmtБИОМЕДИЦИНАJournal Biomed2074-59822713-0428Scientific center of biomedical technologies of Federal Medical and Biological Agency10.33647/2074-5982-21-2-37-48scbmt-1714Research ArticleБИОТЕХНОЛОГИИ В БИОМЕДИЦИНЕBIOTECHNOLOGIES IN BIOMEDICINEИзменение гликозилирования рекомбинантного иммуноглобулина человека подкласса IgG1 за счет подбора условий культивирования продуцентов и добавокAltered Glycosylation of Subclass IgG1 Recombinant Human Immunoglobulin by Selecting Culture Conditions for Producers and AdditivesТимоноваС. С.TimonovaS. S.

Тимонова Софья Сергеевна, к.б.н. 

601125, Владимирская обл., Петушинский р-н, п. Вольгинский, ул. Владимирская, 14

Sofia S. Timonova, Cand. Sci. (Biol.) 

601125, Vladimir Region, Petushinsky District, Volginsky Settlement, Vladimirskaya Str., 14

Timonova@generium.ruПолупановаА. А.PolupanovaA. A.

Полупанова Анна Алексеевна 

601125, Владимирская обл., Петушинский р-н, п. Вольгинский, ул. Владимирская, 14

Anna A. Polupanova 

601125, Vladimir Region, Petushinsky District, Volginsky Settlement, Vladimirskaya Str., 14

Aapolupanova@generium.ruКирикИ. А.KirikI. A.

Кирик Инесса Анатольевна, к.б.н. 

601125, Владимирская обл., Петушинский р-н, п. Вольгинский, ул. Владимирская, 14

Inessa A. Kirik, Cand. Sci. (Biol.) 

601125, Vladimir Region, Petushinsky District, Volginsky Settlement, Vladimirskaya Str., 14

Kirik@generium.ruКарпунинаО. А.KarpuninaO. A.

Карпунина Ольга Александровна 

601125, Владимирская обл., Петушинский р-н, п. Вольгинский, ул. Владимирская, 14

Olga A. Karpunina 

601125, Vladimir Region, Petushinsky District, Volginsky Settlement, Vladimirskaya Str., 14

karpunina.olga@generium.ruФедоровА. А.FedorovA. A.

Федоров Александр Андреевич

601125, Владимирская обл., Петушинский р-н, п. Вольгинский, ул. Владимирская, 14

Alexander A. Fedorov 

601125, Vladimir Region, Petushinsky District, Volginsky Settlement, Vladimirskaya Str., 14

sashaf19956@gmail.comЗубареваЕ. В.ZubarevaE. V.

Зубарева Екатерина Валерьевна 

601125, Владимирская обл., Петушинский р-н, п. Вольгинский, ул. Владимирская, 14

Ekaterina V. Zubareva 

601125, Vladimir Region, Petushinsky District, Volginsky Settlement, Vladimirskaya Str., 14

zubareva@generium.ruМягковаВ. В.MyagkovaV. V.

Мягкова Вера Витальевна, к.б.н. 

Цзянсу, Промышленный парк Сучжоу, ул. Сантянь, 218, 3F, 24 

Vera V. Myagkova 

Jiangsu, Suzhou Industrial Park, Sangtian Str., 218, 3F, 24 

Vera.Myagkova@eminencebio.comПискуновА. А.PiskunovA. A.

Пискунов Александр Александрович, к.б.н. 

601125, Владимирская обл., Петушинский р-н, п. Вольгинский, ул. Владимирская, 14

Alexander A. Piskunov, Cand. Sci. (Biol.) 

601125, Vladimir Region, Petushinsky District, Volginsky Settlement, Vladimirskaya Str., 14

a.piskunov@pharmasyntez.comХамитовР. А.KhamitovR. A.

Хамитов Равиль Авгатович, д.м.н. 

601125, Владимирская обл., Петушинский р-н, п. Вольгинский, ул. Владимирская, 14

Ravil A. Khamitov, Dr. Sci. (Med.)

601125, Vladimir Region, Petushinsky District, Volginsky Settlement, Vladimirskaya Str., 14

Khamitov@generium.ruАО «ГЕНЕРИУМ»РоссияGENERIUMRussian FederationEminence Scientific (Suzhou) Co., Ltd.КитайEminence Scientific (Suzhou) Co., Ltd.China2025040720252123748Copyright © Тимонова С.С., Полупанова А.А., Кирик И.А., Карпунина О.А., Федоров А.А., Зубарева Е.В., Мягкова В.В., Пискунов А.А., Хамитов Р.А., 20252025Тимонова С.С., Полупанова А.А., Кирик И.А., Карпунина О.А., Федоров А.А., Зубарева Е.В., Мягкова В.В., Пискунов А.А., Хамитов Р.А.Timonova S.S., Polupanova A.A., Kirik I.A., Karpunina O.A., Fedorov A.A., Zubareva E.V., Myagkova V.V., Piskunov A.A., Khamitov R.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.scbmt.ru/jour/article/view/1714

Возможность изменения профиля гликозилирования — важная опция при разработке технологии получения терапевтических рекомбинантных иммуноглобулинов. Гликаны обеспечивают влияние на различные эффекторные функции антитела, такие как антителозависимая клеточно-опосредованная цитотоксичность (ADCC), комплементзависимая цитотоксичность (CDC) и период полувыведения препарата. Способность достигнуть необходимого гликопрофиля терапевтического антитела за счет оптимизации условий культивирования будет способствовать как получению более эффективных препаратов, так и ускоренной разработке биоаналогов. По результатам проведенной работы установлено, что увеличение длительности культивирования приводит к снижению содержания галактоз; добавление регулятора афукоз EM-N-glycan regulator-2 (“Eminence”, Китай) приводит к снижению афукозилированных гликанов; коэкспресссия фермента Fut8 приводит к увеличению маннозных остатков. Также были апробированы различные подходы, обеспечивающие регуляцию содержания фукоз, манноз и галактоз в ходе процесса биосинтеза терапевтического антитела IgG1.

The possibility to alter the glycosylation profile is an important prerequisite for the development of production technologies of therapeutic recombinant immunoglobulins. Glycans affect various effector functions of the antibody, such as antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity (ADCC), complement-dependent cytotoxicity (CDC), and the drug half-life. The possibility to achieve the required glycosylation profile of a therapeutic antibody by optimizing cultivation conditions will facilitate both the creation of more effective drugs and accelerated development of biosimilars. The conducted study found that an increase in the cultivation duration leads to a decrease in the galactose content. The addition of the EM-N-glycan regulator-2 afucose regulator (Eminence, China) led to an decrease in the content of afucosylated glycans. The co-expression of the Fut8 enzyme led to an increase in mannose residues. Various approaches to regulation of fucose, mannose, and galactose contents during biosynthesis of IgG1 therapeutic antibody were tested.

культура клеток СНОпрофиль гликозилированиярекомбинантные белкитерапевтические антителаCHO cell cultureglycosylation profilerecombinant proteinstherapeutic antibodiesработы финансированы АО «ГЕНЕРИУМ»the work was funded by GENERIUM.ReferencesГузов Е.А., Цирулева М.А., Исеркапов А.В., Тюкова А.П., Казин В.Н., Колышкин В.М., Игнатьев В.Г. Влияние глюкозамина и ионов меди на формирование профиля гликозилирования моноклональных антител в клетках СНО. Биотехнология. 2023;39(2):3–9. DOI: 10.56304/S0234275823020035.Guzov E.A., Ciruleva M.A., Iserkapov A.V., Tyukova A.P., Kazin V.N., Kolyshkin V.M., Ignat'ev V.G. Vliyanie glyukozamina i ionov medi na formirovanie profilya glikozilirovaniya monoklonal'nyh antitel v kletkah CHO [The effect of glucosamine and copper ions on the formation of the glycosylation profile of monoclonal antibodies in CHO cells]. Biotechnology. 2023;39(2):3–9. (In Russian). DOI: 10.56304/S0234275823020035.Дорохов Ю.Л., Шешукова Е.В., Кособокова Е.Н., Шиндяпина А.В., Косоруков В.С., Комарова Т.В. Роль углеводных остатков в функционировании иммуноглобулина G человека и терапевтических моноклональных антител. Биохимия. 2016;81(8):1069–1090.Dorohov Yu.L., Sheshukova E.V., Kosobokova E.N., Shindyapina A.V., Kosorukov V.S., Komarova T.V. Rol' uglevodnyh ostatkov v funkcionirovanii immunoglobulina G cheloveka i terapevticheskih monoklonal'nyh antitel [Role of carbohydrate residues in the function of human immunoglobulin G and therapeutic monoclonal antibodies]. Biochemy. 2016;81(8):1069–1090. (In Russian).Тимонова С.С., Смолова К.А., Зарипова Д.Т., Пантюшенко М.С., Королева М.А., Анисимов Р.Л., Хамитов Р.А., Пискунов А.А., Бадэ В.Н. Увеличение продуктивности клеточной линии-продуцента арилсульфатазы B за счет коэкспрессии формилглицин генерирующего фермента. БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2022;22(1): 80–93. DOI: 10.56304/S0234275824010113.Timonova S.S., Smolova K.A., Zaripova D.T., Pantyushenko M.S., Koroleva M.A., Anisimov R.L., Hamitov R.A., Piskunov A.A., Bade V.N. Uvelichenie produktivnosti kletochnoj linii-producenta arilsul'fatazy B za schet koekspressii formilglicin generiruyushchego fermenta] [Increased productivity of the aryl sulfatase B producing cell line due to co-expression of the formylglycine-generating enzyme]. Biological products. Prevention, diagnosis, treatment. 2022;22(1):80–93. (In Russian). DOI: 10.56304/S0234275824010113.Abès R., Teillaud J.L. Impact of Glycosylation on Effector Functions of Therapeutic IgG. Pharmaceuticals (Basel). 2010;3(1):146–157.Abès R., Teillaud J.L. Impact of Glycosylation on Effector Functions of Therapeutic IgG. Pharmaceuticals (Basel). 2010;3(1):146–157.Aoyama M., Hashii N., Tsukimura W., Osumi K., Harazono A., Tada M., Kiyoshi M., Matsuda A., Ishii-Watabe A. Effects of terminal galactose residues in mannose α1–6 arm of Fc-glycan on the effector functions of therapeutic monoclonal antibodies. MAbs. 2019;11(5):826–836.Aoyama M., Hashii N., Tsukimura W., Osumi K., Harazono A., Tada M., Kiyoshi M., Matsuda A., IshiiWatabe A. Effects of terminal galactose residues in mannose α1–6 arm of Fc-glycan on the effector functions of therapeutic monoclonal antibodies. MAbs. 2019;11(5):826–836.Barolo L., Abbriano R.M., Commault A.S., George J., Kahlke T., Fabris M., Padula M.P., Lopez A., Ralph P.J., Pernice M. Perspectives for Glyco-Engineering of Recombinant Biopharmaceuticals from Microalgae. Cells. 2020;9(3):633.Barolo L., Abbriano R.M., Commault A.S., George J., Kahlke T., Fabris M., Padula M.P., Lopez A., Ralph P.J., Pernice M. Perspectives for Glyco-Engineering of Recombinant Biopharmaceuticals from Microalgae. Cells. 2020;9(3):633.Ehret J., Zimmermann M., Eichhorn T., Zimmer A. Impact of cell culture media additives on IgG glycosylation produced in Chinese hamster ovary cells. Biotechnol Bioeng. 2019;116(4):816–830.Ehret J., Zimmermann M., Eichhorn T., Zimmer A. Impact of cell culture media additives on IgG glycosylation produced in Chinese hamster ovary cells. Biotechnol Bioeng. 2019;116(4):816–830.Goetze A.M., Liu Y.D., Zhang Z., Shah B., Lee E., Bondarenko P.V., Flynn G.C. High-mannose glycans on the Fc region of therapeutic IgG antibodies increase serum clearance in humans. Glycobiology. 2011;21(7):949–959.Goetze A.M., Liu Y.D., Zhang Z., Shah B., Lee E., Bondarenko P.V., Flynn G.C. High-mannose glycans on the Fc region of therapeutic IgG antibodies increase serum clearance in humans. Glycobiology. 2011;21(7):949–959.Higel F., Seidl A., Sörgel F., Friess W. N-glycosylation heterogeneity and the influence on structure, function and pharmacokinetics of monoclonal antibodies and Fc fusion proteins. Eur. J. Pharm. Biopharm. 2016;100:94–100.Higel F., Seidl A., Sörgel F., Friess W. N-glycosylation heterogeneity and the influence on structure, function and pharmacokinetics of monoclonal antibodies and Fc fusion proteins. Eur. J. Pharm. Biopharm. 2016;100:94–100.Hossler P., Khattak S.F., Li Z.J. Optimal and consistent protein glycosylation in mammalian cell culture. Glycobiology. 2009;19(9):936–949.Hossler P., Khattak S.F., Li Z.J. Optimal and consistent protein glycosylation in mammalian cell culture. Glycobiology. 2009;19(9):936–949.Loebrich S., Clark E., Ladd K., Takahashi S., Brousseau A., Kitchener S., Herbst R., Ryll T. Comprehensive manipulation of glycosylation profiles across development scales. MAbs. 2019;11(2):335–349.Loebrich S., Clark E., Ladd K., Takahashi S., BrousseauA., Kitchener S., Herbst R., Ryll T. Comprehensive manipulation of glycosylation profiles across development scales. MAbs. 2019;11(2):335–349.Peipp M., Lammerts van Bueren J.J., Schneider-Merck T., Bleeker W.W., Dechant M., Beyer T., Repp R., van Berkel P.H., Vink T., van de Winkel J.G., Parren P.W., Valerius T. Antibody fucosylation differentially impacts cytotoxicity mediated by NK and PMN effector cells. Blood. 2008;112(6):2390–2399.Peipp M., Lammerts van Bueren J.J., SchneiderMerck T., Bleeker W.W., Dechant M., Beyer T., Repp R., van Berkel P.H., Vink T., van de Winkel J.G., Parren P.W., Valerius T. Antibody fucosylation differentially impacts cytotoxicity mediated by NK and PMN effector cells. Blood. 2008;112(6):2390–2399.Process for manipulating the level of glycan content of a glycoprotein. Leiske D.R., Trentalange M.T. Patent US 10,167,492 B2, 01.01.2019. Application No.: 15/529,950 from 01.12.2015.Process for manipulating the level of glycan content of a glycoprotein. Leiske D.R., Trentalange M.T. Patent US 10,167,492 B2, 01.01.2019. Application No.: 15/529,950 from 01.12.2015.Process of obtaining glycoprotein composition with increased afucosylation content. Makkapati S., Nikam V.S., Subrahmanyam S. Patent WO 2013/114165 A1, 08.08.2013. International Application No.: PСT/ IB2012/057091 from 08.12.2012.Process of obtaining glycoprotein composition with increased afucosylation content. Makkapati S., Nikam V.S., Subrahmanyam S. Patent WO 2013/114165 A1, 08.08.2013. International Application No.: PСT/ IB2012/057091 from 08.12.2012.Reusch D., Tejada M.L. Fc glycans of therapeutic antibodies as critical quality attributes. Glycobiology. 2015;25(12):1325–1334.Reusch D., Tejada M.L. Fc glycans of therapeutic antibodies as critical quality attributes. Glycobiology. 2015;25(12):1325–1334.Ryman J.T., Meibohm B. Pharmacokinetics of Monoclonal Antibodies. CPT Pharmacometrics Syst. Pharmacol. 2017;6(9):576–588.Ryman J.T., Meibohm B. Pharmacokinetics of Monoclonal Antibodies. CPT Pharmacometrics Syst. Pharmacol. 2017;6(9):576–588.Schjoldager K.T., Narimatsu Y., Joshi H.J., Clausen H. Global view of human protein glycosylation pathways and functions. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2020;21(12):729–749.Schjoldager K.T., Narimatsu Y., Joshi H.J., Clausen H. Global view of human protein glycosylation pathways and functions. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2020;21(12):729–749.Shalel L.S., Aharonovitz O., Maor-Shoshani A., Abraham G., Kenett D., Aloni Y. An efficient method to control high mannose and core fucose levels in glycosylated antibody production using deoxymannojirimycin. Journal of Biotechnology. 2018;276-277:54–62.Shalel L.S., Aharonovitz O., Maor-Shoshani A., Abraham G., Kenett D., Aloni Y. An efficient method to control high mannose and core fucose levels in glycosylated antibody production using deoxymannojirimycin. Journal of Biotechnology. 2018;276-277:54–62.Vlasak J., Ionescu R. Heterogeneity of Monoclonal Antibodies Revealed by Charge-Sensitive Methods. Current Pharmaceutical Biotechnology. 2008;9(6):468–481.Vlasak J., Ionescu R. Heterogeneity of Monoclonal Antibodies Revealed by Charge-Sensitive Methods. Current Pharmaceutical Biotechnology. 2008;9(6):468–481.Yang G., Wang Q., Chen L., Betenbaugh M.J., Zhang H. Glycoproteomic Characterization of FUT8 Knock-Out CHO Cells Reveals Roles of FUT8 in the Glycosylation. Frontiers in Chemistry. 2021;9:755238.Yang G., Wang Q., Chen L., Betenbaugh M.J., Zhang H. Glycoproteomic Characterization of FUT8 Knock-Out CHO Cells Reveals Roles of FUT8 in the Glycosylation. Frontiers in Chemistry. 2021;9:755238.Zhang L., Luo S., Zhang B. Glycan analysis of therapeutic glycoproteins. MAbs. 2016;8(2):205–215.Zhang L., Luo S., Zhang B. Glycan analysis of therapeutic glycoproteins. MAbs. 2016;8(2):205–215.Zinc supplementation for decreasing galactosylation of recombinant glycoproteins. Gadgil M.C., Prabhu A.J., Gadre, R.V. Patent WO 2019/077628 A1, 25.04.2019. International Application No.: PСT/IN2018/050665 from 16.10.2028.Zinc supplementation for decreasing galactosylation of recombinant glycoproteins. Gadgil M.C., Prabhu A.J., Gadre, R.V. Patent WO 2019/077628 A1, 25.04.2019. International Application No.: PСT/IN2018/050665 from 16.10.2028.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.