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Structure-guided design of ultrapotent disruptive IgE inhibitors to rapidly terminate acute allergic reactions - 05/10/21

Doi : 10.1016/j.jaci.2021.03.050 
Luke F. Pennington, PhD a, b, c, Pascal Gasser, PhD d, e, Daniel Brigger, PhD d, e, Pascal Guntern, MSc d, e, Alexander Eggel, PhD d, e, , Theodore S. Jardetzky, PhD a, b, c,
a Department of Structural Biology, Stanford University School of Medicine, Stanford, Calif 
b Program in Immunology, Stanford University School of Medicine, Stanford, Calif 
c Sean N. Parker Center for Allergy Research at Stanford University, Stanford, Calif 
d Department of Rheumatology and Immunology, Bern University Hospital, Bern, Switzerland 
e Department of BioMedical Research, University of Bern, Bern, Switzerland 

Corresponding author: Alexander Eggel, PhD, Department of BioMedical Research, University of Bern, Sahlihaus 2, Room 108, 3010 Bern, Switzerland.Department of BioMedical Research, University of BernSahlihaus 2, Room 108BernSwitzerland3010∗∗Theodore S. Jardetzky, PhD, Department of Structural Biology, Stanford University School of Medicine, Fairchild Building, Room 309, Stanford, CA 94305.Department of Structural BiologyStanford University School of MedicineFairchild BuildingRoom 309StanfordCA94305

Abstract

Background

Anaphylaxis represents one of the most severe and fatal forms of allergic reactions. Like most other allergies, it is caused by activation of basophils and mast cells by allergen-mediated cross-linking of IgE bound to its high-affinity receptor, FcεRI, on the cell surface. The systemic release of soluble mediators induces an inflammatory cascade, rapidly causing symptoms with peak severity in minutes to hours after allergen exposure. Primary treatment for anaphylaxis consists of immediate intramuscular administration of adrenaline.

Objective

While adrenaline alleviates life-threatening symptoms of an anaphylactic reaction, there are currently no disease-modifying interventions available. We sought to develop potent and fast-acting IgE inhibitors with the potential to rapidly terminate acute allergic reactions.

Methods

Using affinity maturation by yeast display and structure-guided molecular engineering, we generated 3 optimized disruptive IgE inhibitors based on designed ankyrin repeat proteins and assessed their ability to actively remove IgE from allergic effector cells in vitro as well as in vivo in mice.

Results

The engineered IgE inhibitors rapidly dissociate preformed IgE:FcεRI complexes, terminate IgE-mediated signaling in preactivated human blood basophils in vitro, and shut down preinitiated allergic reactions and anaphylaxis in mice in vivo.

Conclusions

Fast-acting disruptive IgE inhibitors demonstrate the feasibility of developing kinetically optimized inhibitors for the treatment of anaphylaxis and the rapid desensitization of allergic individuals.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract




Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : Active desensitization, affinity maturation, allergies, anaphylaxis, DARPins, disruptive IgE inhibitors, Fc fusion, IgE, knobs in holes, yeast display

Abbreviations used : bIgE-Fc2-4, BMMC, BMMCtg, DARPin, DC50, FcγRIIb, FcεRI, JW8-IgE, KIH, NIP-BSA, OVA, PBS, SPR


Plan


 The first 2 authors contributed equally to this article, and both should be considered first author. The last 2 authors contributed equally to this article, and both should be considered senior author.
 Supported by a grant from the Fondation Acteria (to A.E.), the Research Fund of the Swiss Lung Association, Bern, and the Uniscientia Foundation (to A.E.), and National Institutes of Health grants AI115469 (to T.S.J.) and HL141493 (to T.S.J. and A.E.).
 Disclosure of potential conflict of interest: L. F. Pennington, A. Eggel, and T. S. Jardetzky are cofounders and shareholders of Excellergy, a company developing new therapeutic modalities in various diseases. The rest of the authors declare that they have no relevant conflicts of interest.


© 2021  American Academy of Allergy, Asthma & Immunology. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 148 - N° 4

P. 1049-1060 - octobre 2021 Retour au numéro
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