Generation of an antibody targeting B cell maturation antigen for the treatment of multiple myeloma and autoimmune diseases

Abstract

Multiple myeloma (MM) is an aggressive and incurable plasma cell malignancy, in which patients suffer from bone pain, fractures, anemia and renal dysfunction. The current treatment of MM includes high-dose anti-angiogenesis, immunosuppressant or proteasome inhibitor regimens often followed by haematological stem cell transplantation. However, there is only a median life expectancy of less than seven years after diagnosis. Although antibody-based therapies have demonstrated substantial clinical benefit for patients with hematological malignancies, there is still no approved antibody-based therapy available for MM. Therefore, the aim of this study was to generate an antibody directed against the B cell maturation antigen (BCMA). This receptor is important for the expression of anti-apoptotic genes and it is exclusively found on plasma cells and multiple myeloma cells. The anti-BCMA antibody was generated in mice using standard hybridoma technology with subsequent amplification and cloning of the variable regions at 5’ ends of the human IgG1 and kappa constant domains. This human-mouse chimeric antibody exhibits a high affinity towards BCMA and blocks the binding of the native ligands APRIL and BAFF. In addition, it activates NF-B signaling upon binding to BCMA. Although NF-B activation via BCMA is known to confer a survival advantage on the effected cells, the NF-B activation upon binding of the antibody to BCMA promotes apoptosis in MM cells in vitro. The findings regarding binding, blocking and NF-B activation are rationalized by the high resolution crystal structure of the F(ab) fragment in complex with the extracellular domain of BCMA. The efficacy of the anti-BCMA antibody against MM cells was demonstrated in luciferase-based cytotoxicity assays in vitro. Most importantly, the antibody also effectively depletes BCMA-positive cells in vivo and substantially prolongs tumor-free survival under therapeutic conditions in a xenograft mouse model. For all these reasons, the anti-BCMA antibody described herein is a promising option for the effective treatment of multiple myeloma. In addition, patients suffering from autoimmune diseases where auto-antibody secreting plasma cells are involved may benefit from such a therapeutic antibody approach.

Das Multiple Myelom (MM) ist eine aggressive, unheilbare Tumorerkrankung, verursacht durch maligne Plasmazellen. Sie wird heutzutage mit Angiogenese- Inhibitoren und Immunsuppression oder Proteasom-Inhibitoren behandelt, häufig gefolgt von einer hämatologischen Stammzelltransplantation. Dennoch liegt die mittlere Lebenserwartung betroffener Patienten bei weniger als sieben Jahren. Antikörperbasierte Therapien haben bereits bei hämatologischen Lymphomen und Leukämien einen klinischen Nutzen für Patienten gezeigt. Allerdings gibt es noch keine zugelassene Antikörpertherapie für die Behandlung von Multiplem Myelom. Deshalb wurde in dieser Arbeit das therapeutische Potential eines selbst generierten chimären human-maus Antikörpers untersucht, der das B cell maturation antigen (BCMA) bindet. Dieses Zielmolekül wird vor allem von Plasmazellen und Multiplen Myelomzellen exprimiert und spielt eine entscheidende Rolle für deren Überleben. Der Antikörper wurde in Mäusen mit Hilfe von Standard Hybridomtechnologie generiert und anschließend wurden die variablen Regionen der schweren und leichten Kette vor die humanen konstanten IgG1- bzw. -Ketten kloniert. Der hochaffine Antikörper blockiert die natürlichen BCMA-Liganden APRIL und BAFF und aktiviert den NF-B Signaltransduktionsweg. Diese Ergebnisse konnten mit Hilfe einer hochauflösenden Kristallstruktur des F(ab) Fragmentes im Komplex mit der extrazellulären Domäne von BCMA erklärt werden. Von größter Bedeutung ist jedoch die durch den Antikörper vermittelte, effektive Eliminierung von Multiple Myelom Zellen in vitro und in vivo und die damit einhergehende substantielle Verlängerung des Tumor-freien Überlebens von xenotransplantierten Mäusen selbst unter Therapie-ähnlichen experimentellen Bedingungen. Aus den beschriebenen Gründen stellt der Antikörper eine viel versprechende Option für eine neuartige effektive Behandlung von Multiplen Myelomen und Autoimmunerkrankungen in Aussicht.