単一ドメイン抗体

単一ドメイン抗体は、ヒトコブラクダ、ラクダ、ラマ、アルパカ、またはサメに目的の抗原を免疫し、その後、重鎖抗体の可変領域（V _NARおよび V _{H H）をコードする}mRNAを単離することによって得ることができる。大規模なファージディスプレイ V _NARおよび V _H H 単一ドメインライブラリーは、ネコザメ^{[ 17 ]}およびヒトコブラクダ^{[ 9 ] [ 18 ]}から確立された。ファージディスプレイやリボソームディスプレイなどのスクリーニング技術は、抗原に結合するクローンの特定に役立つ。^{[ 19 ] [ 17 ] [ 20 ] [ 9 ] [ 21 ] [ 8 ] [ 18 ]} _{V NAR}を含む単一ドメイン抗体は、臨床応用のためにヒト化することができる。^{[ 22 ]}

あるいは、単一ドメイン抗体は、一般的なマウス^{[ 23 ]}、ウサギ^{[ 24 ]}、またはヒトIgG ^{[ 25 ]から4本の鎖で作製することができる[ 26 ]}。プロセスは類似しており、免疫されたドナーまたはナイーブなドナーからの遺伝子ライブラリーと、最も特異的な抗原を識別するための表示技術から構成される。このアプローチの問題点は、一般的なIgGの結合領域が2つのドメイン（V _HとV _L）から構成されており、これらは親油性のため二量体化または凝集する傾向があることである。単量体化は通常、親油性アミノ酸を親水性アミノ酸に置き換えることによって達成されるが、多くの場合、抗原に対する親和性の喪失につながる^{[ 27 ] 。}親和性を維持できる場合、単一ドメイン抗体は同様に大腸菌[ ^{24 ] [ 25 ] [ 28 ]} 、 S. cerevisiae、または他の生物で生産することができる。

ヒトは、軽鎖にストップコドンがランダムに生成されることによって、時折シングルドメイン抗体を産生する。メソテリン^{[ 28 ]} 、 GPC2 ^{[ 29 ]}、GPC3 ^{[ 25 ] [ 30 ]}など、さまざまな腫瘍抗原を標的とするヒトシングルドメイン抗体は、ファージディスプレイによって単離された。HN3ヒトシングルドメイン抗体は、肝臓がんの治療のための免疫毒素^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]}およびキメラ抗原受容体（CAR）T細胞^{[ 33 ]}の作成に使用されている。HN3ヒトシングルドメイン抗体によるGPC3のWnt結合ドメインのブロックは、肝臓がん細胞におけるWnt活性化を阻害する。^{[ 34 ]}

蛍光タンパク質とナノボディの融合により、いわゆるクロモボディが生成されます。クロモボディは、生細胞のさまざまな区画でターゲットを認識して追跡するために使用できます。したがって、生細胞顕微鏡の可能性を高め、新しい機能研究を可能にします。^{[ 37 ]}抗GFPナノボディをGFPナノトラップと呼ばれる一価マトリックスに結合させることで、GFP融合タンパク質とその相互作用パートナーを分離して、さらに生化学的分析を行うことができます。^{[ 38 ]}超解像イメージング技術による単一分子の局在化には、蛍光色素をターゲットタンパク質のすぐ近くに特異的に送達する必要があります。有機色素に結合した抗体はサイズが大きいため、蛍光色素とターゲットタンパク質の間の距離のために誤ったシグナルにつながることがよくあります。GFPタグ付きタンパク質を標的とする抗GFPナノボディに有機色素を融合させることで、サイズが小さく親和性が高いため、ナノメートル空間分解能と最小限の結合エラーが可能になります。^{[ 39 ]}ナノボディのサイズの利点は、相関光電子顕微鏡研究にも役立ちます。透過化剤なしで、化学的に固定された細胞の細胞質は、蛍光標識ナノボディに容易にアクセスできます。その小さなサイズにより、通常の抗体よりも体積サンプルのより深いところまで浸透できます。蛍光顕微鏡と電子顕微鏡で画像化された組織では、高い超微細構造品質が維持されます。これは、分子標識と電子顕微鏡画像の両方を必要とする神経科学研究に特に役立ちます。^{[ 40 ]}

診断用バイオセンサーアプリケーションでは、ナノボディは将来的にツールとして使用される可能性がある。ナノボディはサイズが小さいため、バイオセンサー表面に高密度に結合させることができる。アクセスしにくいエピトープを標的とする利点に加えて、その構造的安定性により、表面再生条件に対する耐性も高くなる。ヒト前立腺特異抗原（hPSA）を検出するセンサー表面に単一ドメイン抗体を固定化した後、テストを行った。ナノボディは、臨床的に重要な濃度のhPSAを検出する上で、従来の抗体よりも優れた性能を示した。^{[ 41 ]}

標的分子の結晶化確率を高めるために、ナノボディは結晶化シャペロンとして使用できます。補助タンパク質として、ナノボディはコンフォメーション状態のサブセットのみに結合して安定化することで、コンフォメーションの不均一性を低減できます。また、結晶化を妨げる表面を覆い隠し、結晶接触を形成する領域を拡張することもできます。^{[ 42 ] [ 36 ]}

単一ドメイン抗体は、複数の標的に対する新しい治療ツールとして試験されてきた。インフルエンザAウイルスH5N1亜型に感染したマウスでは、ヘマグルチニンに対するナノボディがH5N1ウイルスの生体内での複製を抑制し、罹患率と死亡率を低下させた。^{[ 43 ]}クロストリジオイデス・ディフィシルの毒性因子である毒素Aと毒素Bの細胞受容体結合ドメインを標的とするナノボディは、線維芽細胞における細胞変性効果を試験管内で中和することが示された。^{[ 44 ]抗原提示細胞を認識するナノボディ複合体は、腫瘍検出[ 45 ]や強力な免疫応答を生成するための標的抗原送達[ 46 ]}に成功裏に使用されている。

子豚の大腸菌誘発性下痢に対する経口投与可能な単一ドメイン抗体が開発され、試験に成功した。^{[ 14 ]}炎症性腸疾患や大腸がんなどの消化管の他の疾患も、経口投与可能な単一ドメイン抗体の標的となる可能性がある。^{[ 47 ]}

マラセチア・フルフルの表面タンパク質を標的とする洗剤耐性種が、抗フケシャンプーへの使用を目的として開発されている。^{[ 10 ]}

光熱療法のアプローチとして、乳がんおよび卵巣がん細胞で過剰発現しているHER2抗原に結合するナノボディを分岐金ナノ粒子に結合させた（図参照）。試験環境下でレーザーを用いて腫瘍細胞を光熱的に破壊した。^{[ 48 ]}

フォン・ヴィルブランド因子を標的とする単一ドメイン抗体であるカプラシズマブは、急性冠症候群患者の血栓症予防のための臨床試験中です。 ^{[ 49 ]}高リスク経皮的冠動脈インターベンションにおけるALX-0081を検討する第II相試験は、2009年9月に開始されました。^{[ 50 ]}

Ablynx社は、同社のナノボディが血液脳関門を通過して、抗体全体よりも容易に大きな固形腫瘍に浸透する可能性があり、それによって脳腫瘍に対する薬剤の開発が可能になると期待している。^{[ 47 ]}

ベータコロナウイルス（ COVID-19を引き起こすSARS-CoV-2を含む）のスパイクタンパク質のRBDドメインに強く結合し、スパイクと細胞受容体ACE2との相互作用を阻害するナノボディが最近同定された^{[ 51 ] [ 9 ]。}

様々な高病原性ヒトコロナウイルス（HPhCoV）による感染の予防と治療のための様々な単一ドメイン抗体の応用が報告されている。SARS-CoV-2および類似ウイルスに結合して中和するためのナノボディの展開の見通し、有効性、および課題が最近注目されている。^{[ 52 ]}

ナガナの最も一般的な原因の1つであるTrypanosoma brucei bruceiは、sdAbsの標的となり得る。Stijlemansらは2004年に、ファージを用いて脊椎動物の免疫系に可変表面糖タンパク質抗原を提示することにより、ウサギとラクダから効果的なsdAbsを誘導することに成功した。将来的には、これらの治療法は、天然抗体のサイズが大きいために現在到達できない場所に到達することで、天然抗体を凌駕するだろう。^{[ 53 ]}