Genetically controlled variation of "acid" beta-galactosidase detected in Rattus norvegicus by isoelectric focusing.

Two genetically variant forms of rat "acid" beta-galactosidase were found to differ in isoelectric point and pH dependence, but not in thermostability or sensitivity to inhibition by p-mercuribenzoate (PMB). The results of two backcrosses and an intercross indicated that the isoelectric focusing phenotypes are controlled by two codominant alleles at a single autosomal locus, for which we propose the name Glb-1. No significant linkage between Glb-1 and albino (LG I), brown (LG II), or hooded (LG VI) was observed. Strain-specific differences in total levels of kidney beta-galactosidase were detected, but it is not yet known whether the variation is controlled by genes linked to Glb-1. Experiments in which organ homogenates were incubated with neuraminidase indicated that the genetically variant forms do not result from differences in sialylation, though sialylation does appear to be largely responsible for the presence of multiple bands within each phenotype and for differences in the banding patterns of beta-galactosidases derived from different organs. The beta-galactosidase present in the bands used for Glb-1 typing resembles human GM1 gangliosidase (GLB1) with respect to pH optimum, substrate specificity, and susceptibility to inhibition by PMB. It also appears that Glb-1 is homologous with the Bgl-e locus of the mouse. In rats as in mice the genetically variant bands of beta-galactosidase are active at acid pH and have relatively high isoelectric points. In both species these bands are readily detectable in kidney homogenates, and can be revealed in homogenates of liver or spleen following treatment with neuraminidase. The presence of the same beta-galactosidase bands in homogenates of rat kidney and small intestine as well as in neuraminidase-treated homogenates of liver and spleen suggests that the Glb-1 variants differ by one or more point mutations in the structural gene for "acid" beta-galactosidase.

Different IVIG glycoforms affect in vitro inhibition of anti-ganglioside antibody-mediated complement deposition

Intravenous immunoglobulin (IVIG) is the first line treatment for Guillain–Barré syndrome and multifocal motor neuropathy, which are caused by anti-ganglioside antibody-mediated complement-dependent cytotoxicity. IVIG has many potential mechanisms of action, and sialylation of the IgG Fc portion reportedly has an anti-inflammatory effect in antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity models. We investigated the effects of different IVIG glycoforms on the inhibition of antibody-mediated complement-dependent cytotoxicity. Deglycosylated, degalactosylated, galactosylated and sialylated IgG were prepared from IVIG following treatment with glycosidases and glycosyltransferases. Sera from patients with Guillain–Barré syndrome, Miller Fisher syndrome and multifocal motor neuropathy associated with anti-ganglioside antibodies were used. Inhibition of complement deposition subsequent to IgG or IgM autoantibody binding to ganglioside, GM1 or GQ1b was assessed on microtiter plates. Sialylated and galactosylated IVIGs more effectively inhibited C3 deposition than original IVIG or enzyme-treated IVIGs (agalactosylated and deglycosylated IVIGs). Therefore, sialylated and galactosylated IVIGs may be more effective than conventional IVIG in the treatment of complement-dependent autoimmune diseases.

Masking and unmasking of the sialic acid-binding lectin activity of CD22 (Siglec-2) on B lymphocytes

CD22 is a B cell-restricted glycoprotein involved in signal transduction and modulation of cellular activation. It is also an I-type lectin (now designated Siglec-2), whose extracellular domain can specifically recognize α2–6-linked sialic acid (Sia) residues. This activity is postulated to mediate intercellular adhesion and/or to act as a coreceptor in antigen-induced B cell activation. However, studies with recombinant CD22 indicate that the lectin function can be inactivated by expression of α2–6-linked Sia residues on the same cell surface. To explore whether this masking phenomenon affects native CD22 on B cells, we first developed a probe to detect the lectin activity of recombinant CD22 expressed on Chinese hamster ovary cells (which have no endogenous α2–6-linked Sia residues). This probe is inactive against CD22-positive B lymphoma cells and Epstein–Barr virus-transformed lymphoblasts which express high levels of α2–6-linked Sia residues. Enzymatic desialylation unmasks the CD22 lectin activity, indicating that endogenous Sia residues block the CD22 lectin-binding site. Truncation of the side chains of cell surface Sia residues by mild periodate oxidation (known to abrogate Sia recognition by CD22) also had this unmasking effect, indicating that the effects of desialylation are not due to a loss of negative charge. Normal resting B cells from human peripheral blood gave similar findings. However, the lectin is partially unmasked during in vitro activation of these cells. Thus, the lectin activity of CD22 is restricted by endogenous sialylation in resting B cells and may be transiently unmasked during in vivo activation, perhaps to modulate intercellular or intracellular interactions at this critical stage in the humoral response.

Expression cloning of the Golgi CMP-sialic acid transporter.

Translocation of nucleotide sugars across the membrane of the Golgi apparatus is a prerequisite for the synthesis of complex carbohydrate structures. While specific transport systems for different nucleotide sugars have been identified biochemically in isolated microsomes and Golgi vesicles, none of these transport proteins has been characterized at the molecular level. Chinese hamster ovary (CHO) mutants of the complementation group Lec2 exhibit a strong reduction in sialylation of glycoproteins and glycolipids due to a defect in the CMP-sialic acid transport system. By complementation cloning in the mutant 6B2, belonging to the Lec2 complementation group, we were able to isolate a cDNA encoding the putative murine Golgi CMP-sialic acid transporter. The cloned cDNA encodes a highly hydrophobic, multiple membrane spanning protein of 36.4 kDa, with structural similarity to the recently cloned ammonium transporters. Transfection of a hemagglutinin-tagged fusion protein into the mutant 6B2 led to Golgi localization of the hemagglutinin epitope. Our results, together with the observation that the cloned gene shares structural similarities to other recently cloned transporter proteins, strongly suggest that the isolated cDNA encodes the CMP-sialic acid transporter.

Subunit-specific functions of N-linked oligosaccharides in human thyrotropin: role of terminal residues of alpha- and beta-subunit oligosaccharides in metabolic clearance and bioactivity.

The recombinant human thyroid stimulating hormone (rhTSH) containing oligosaccharides terminated with NeuAc(alpha 2-3)Gal(beta 1-4)GlcNAc beta 1 showed higher in vivo activity and lower metabolic clearance rate (MCR) than pituitary human TSH (phTSH), which contains oligosaccharides terminating predominantly in SO(4)4GalNAc(beta 1-4)GlcNAc beta 1. To elucidate the relative contribution of the sulfated and sialylated carbohydrate chains of each subunit in the MCR and bioactivity of the hormone, the alpha and beta subunits of phTSH, rhTSH, and enzymatically desialylated rhTSH (asialo-rhTSH; asrhTSH) were isolated, their oligosaccharides were analyzed, and the respective subunits were dimerized in various combinations. The hybrids containing alpha subunit from phTSH or asrhTSH showed higher in vitro activity than those with alpha subunit from rhTSH, indicating that sialylation of alpha but not beta subunit attenuates the intrinsic activity of TSH. In contrast, hybrids with beta subunit from rhTSH displayed lower MCR compared to those with beta subunit from phTSH. The phTSH alpha-rhTSH beta hybrid had the highest in vivo bioactivity followed by rhTSH alpha-rhTSH beta, rhTSH alpha-phTSH beta, phTSH alpha-phTSH beta, and asrhTSH dimers. These differences indicated that hybrids with beta subunit from rhTSH displayed the highest in vivo activity and relatively low MCR, probably due to higher sialylation, more multiantennary structure, and/or the unique location of the beta-subunit oligosaccharide chain in the molecule. Thus, the N-linked oligosaccharides of the beta subunit of glycoprotein hormones have a more pronounced role than those from the alpha subunit in the metabolic clearance and thereby in the in vivo bioactivity. In contrast, the terminal residues of alpha-subunit oligosaccharides have a major impact on TSH intrinsic potency.

Production d'IgG sialylées en CHO et impact sur leurs fonctions effectrices

La sialylation des N-glycanes du fragment Fc des immunogobulines G (IgG) est une modification peu fréquente des IgG humaines. Pourtant, elle est l’objet de beaucoup d’attention depuis que deux articles fondateurs ont été publiés, qui montrent l’un que la sialylation des IgG diminue leur capacité à déclencher la cytotoxicité cellulaire dépendant de l’anticorps (ADCC), et l’autre que les IgG sialylées en α2,6 seraient la fraction efficace des IgG intraveineuses (IgIV) anti-inflammatoires. Les anticorps monoclonaux thérapeutiques, qui sont le plus souvent des IgG recombinantes produites en culture de cellules de mammifère, connaissent depuis la fin des années 90 un succès et une croissance phénoménaux sur le marché pharmaceutique. La maîtrise de la N-glycosylation du Fc des IgG est une clé de l’efficacité des anticorps monoclonaux. Si les IgG sialylées sont des molécules peu fréquentes in vivo, elles sont très rares en culture cellulaire. Dans cette étude, nous avons développé une méthode de production d’IgG avec une sialylation de type humain en cellules CHO. Nous avons travaillé principalement sur la mise au point d’une stratégie de production d’IgG sialylées par co-expression transitoire d’une IgG1 avec la β1,4-galactosyltransférase I (β4GTI) et la β-galactoside-α2,6-sialyltransférase I (ST6GalI). Nous avons montré que cette méthode permettait d’enrichir l’IgG1 en glycane fucosylé di-galactosylé mono-α2,6-sialylé G2FS(6)1, qui est le glycane sialylé présent sur les IgG humaines. Nous avons ensuite adapté cette méthode à la production d’IgG présentant des profils de glycosylation riches en acides sialiques, riches en galactose terminal, et/ou appauvris en fucosylation. L’analyse des profils de glycosylation obtenus par la co-expression de diverses combinaisons enzymatiques avec l’IgG1 native ou une version mutante de l’IgG1 (F243A), a permis de discuter des influences respectives de la sous-galactosylation des IgG1 en CHO et des contraintes structurales du Fc dans la limitation de la sialylation des IgG en CHO. Nous avons ensuite utilisé les IgG1 produites avec différents profils de glycosylation afin d’évaluer l’impact de la sialylation α2,6 sur l’interaction de l’IgG avec le récepteur FcγRIIIa, principal récepteur impliqué dans la réponse ADCC. Nous avons montré que la sialylation α2,6 augmentait la stabilité du complexe formé par l’IgG avec le FcγRIIIa, mais que ce bénéfice n’était pas directement traduit par une augmentation de l’efficacité ADCC de l’anticorps. Enfin, nous avons débuté le développement d’une plateforme d’expression stable d’IgG sialylées compatible avec une production à l’échelle industrielle. Nous avons obtenu une lignée capable de produire des IgG enrichies en G2FS(6)1 à hauteur de 400 mg/L. Cette étude a contribué à une meilleure compréhension de l’impact de la sialylation sur les fonctions effectrices des IgG, et a permis d’augmenter la maîtrise des techniques de modulation du profil de glycosylation des IgG en culture cellulaire.

Production d'IgG sialylées en CHO et impact sur leurs fonctions effectrices

La sialylation des N-glycanes du fragment Fc des immunogobulines G (IgG) est une modification peu fréquente des IgG humaines. Pourtant, elle est l’objet de beaucoup d’attention depuis que deux articles fondateurs ont été publiés, qui montrent l’un que la sialylation des IgG diminue leur capacité à déclencher la cytotoxicité cellulaire dépendant de l’anticorps (ADCC), et l’autre que les IgG sialylées en α2,6 seraient la fraction efficace des IgG intraveineuses (IgIV) anti-inflammatoires. Les anticorps monoclonaux thérapeutiques, qui sont le plus souvent des IgG recombinantes produites en culture de cellules de mammifère, connaissent depuis la fin des années 90 un succès et une croissance phénoménaux sur le marché pharmaceutique. La maîtrise de la N-glycosylation du Fc des IgG est une clé de l’efficacité des anticorps monoclonaux. Si les IgG sialylées sont des molécules peu fréquentes in vivo, elles sont très rares en culture cellulaire. Dans cette étude, nous avons développé une méthode de production d’IgG avec une sialylation de type humain en cellules CHO. Nous avons travaillé principalement sur la mise au point d’une stratégie de production d’IgG sialylées par co-expression transitoire d’une IgG1 avec la β1,4-galactosyltransférase I (β4GTI) et la β-galactoside-α2,6-sialyltransférase I (ST6GalI). Nous avons montré que cette méthode permettait d’enrichir l’IgG1 en glycane fucosylé di-galactosylé mono-α2,6-sialylé G2FS(6)1, qui est le glycane sialylé présent sur les IgG humaines. Nous avons ensuite adapté cette méthode à la production d’IgG présentant des profils de glycosylation riches en acides sialiques, riches en galactose terminal, et/ou appauvris en fucosylation. L’analyse des profils de glycosylation obtenus par la co-expression de diverses combinaisons enzymatiques avec l’IgG1 native ou une version mutante de l’IgG1 (F243A), a permis de discuter des influences respectives de la sous-galactosylation des IgG1 en CHO et des contraintes structurales du Fc dans la limitation de la sialylation des IgG en CHO. Nous avons ensuite utilisé les IgG1 produites avec différents profils de glycosylation afin d’évaluer l’impact de la sialylation α2,6 sur l’interaction de l’IgG avec le récepteur FcγRIIIa, principal récepteur impliqué dans la réponse ADCC. Nous avons montré que la sialylation α2,6 augmentait la stabilité du complexe formé par l’IgG avec le FcγRIIIa, mais que ce bénéfice n’était pas directement traduit par une augmentation de l’efficacité ADCC de l’anticorps. Enfin, nous avons débuté le développement d’une plateforme d’expression stable d’IgG sialylées compatible avec une production à l’échelle industrielle. Nous avons obtenu une lignée capable de produire des IgG enrichies en G2FS(6)1 à hauteur de 400 mg/L. Cette étude a contribué à une meilleure compréhension de l’impact de la sialylation sur les fonctions effectrices des IgG, et a permis d’augmenter la maîtrise des techniques de modulation du profil de glycosylation des IgG en culture cellulaire.