抗体が標的を「再構築」する方法：抗CD20抗体の中には補体を必要とするものもあれば、直接殺すものもある理由

科学者たちは、治療用抗体（リツキシマブ、オビヌタズマブなど）がB細胞上のCD20受容体に結合したときに何が起こるのかを、正確に可視化しました。新バージョンのRESI超解像顕微鏡を用いて、研究者たちはこれを生細胞全体の個々のタンパク質レベルで観察し、ナノクラスターのパターンを薬物の作用機序の違いと結び付けました。その結果、「I型」抗体（リツキシマブ、オファツムマブなど）はCD20を長鎖および超構造に組み立て、これにより補体がよりよく「植え付けられる」ようになります。「II型」抗体（オビヌタズマブなど）は小さなオリゴマー（最大4量体）に限定され、エフェクター細胞を介したより強力な直接的な細胞傷害作用および殺傷作用をもたらします。この研究はNature Communicationsに掲載されました。

研究の背景

• なぜCD20なのか？抗CD20抗体は、B細胞リンパ腫／白血病、そして一部の自己免疫疾患の治療において中心的な役割を担っています。市場には複数の薬剤が存在しますが、細胞内での挙動はそれぞれ異なり、臨床プロファイルも異なります。
• 2つのメカニズムの陣営。従来、抗体にはI型（リツキシマブ、オファツムマブ）とII型（オビヌタズマブなど）がある。前者は補体（CDC）を包摂する可能性が高く、後者はエフェクター細胞（ADCC/ADCP）を介して直接的な細胞死や殺傷作用をもたらすことが多い。これは生化学や機能試験から古くから知られていたが、ナノメートルレベルでなぜそうなるのかは不明であった。
• 以前の方法には何が欠けていたのか。
  • 古典的な免疫蛍光法や多くの超解像アプローチでさえ、ターゲットが密集して動的である場合、生体膜内の「単一分子」を見ることはできません。
  • クライオ電子顕微鏡（クライオ電子顕微鏡）は驚くほど詳細な情報を提供しますが、通常は生細胞全体のコンテキストからは外れて
    います。そのため、抗体下のCD20の「形状」（クラスター、鎖、サイズ）は、間接的なデータから推測するしかありませんでした。
• なぜ形状が重要なのか？補体はC1qが正しい位置にあるFcドメインを同時に捕捉すると「活性化」します。これは文字通り、距離と角度の問題です。同様に、ADCC/ADCPの効率は、抗体がエフェクター細胞受容体に対してFcドメインをどのように露出させるかに依存します。つまり、CD20+抗体のナノ構造が機能の鍵となるのです。
• 著者らの目標は何だったのでしょうか？それは、生きた細胞全体（in situ）において、様々な抗CD20抗体がCD20に対して具体的にどのような作用をするのか、つまり、どのようなオリゴマーや超構造が生じるのか、それが補体の取り込みや殺傷にどのように関係するのか、そして抗体の設計（結合角度、ヒンジ、価数、二重特異性）によってそのメカニズムを制御できるかどうかを明らかにすることです。
• 実際にはなぜこれが必要なのでしょうか?
  • 次世代設計: 特定の臨床タスクまたは腫瘍の状況に適した作用メカニズムを得るために、構造の「ハンドルを微調整する」ことを学習します。
  • 意味のある組み合わせ: 「補完的な」薬がより適切な場合と、「直接的なキラー」がより適切な場合を理解します。
  • 品質管理/バイオシミラー: 同等性のバイオマーカーとして正しいクラスタリングに関する物理的な「指紋」を持ちます。

つまり、治療用抗体は「メカニズムの処方箋に従って」作用するだけでなく、標的が細胞膜に与える形状にも従って作用するということです。この研究以前は、生細胞におけるこの形状を個々の分子の精度で観察できるツールはありませんでした。著者らはまさにこの疑問を解消しようとしています。

なぜこれが必要だったのでしょうか?

抗CD20抗体は、B細胞リンパ腫および白血病の治療の基盤であり、一部の自己免疫疾患においてB細胞を「オフにする」手段でもあります。「I型」と「II型」は異なる作用（補体活性と直接的な殺傷作用）を持つことは知られていましたが、細胞膜のナノメートルレベルでこの違いがどのように見えるかは不明でした。生細胞における従来の手法（クライオ電子顕微鏡、STORM、PALM）では、高密度で動的な複合体において「1つのタンパク質」を正確に捉える解像度には達していませんでした。RESIはこれを実現します。

彼らは何をしましたか?

• マルチターゲット3D-RESI（Resolution Enhancement by Sequential Imaging）とDNA-PAINT標識を用いて、細胞膜全体におけるCD20とその関連抗体を同時に検出しました。解像度とは、in situにおける個々の分子レベルのことです。
• 我々はタイプ I (リツキシマブ、オファツムマブなど) とタイプ II (オビヌタズマブ、クローン H299) を比較し、それらがどのような CD20 オリゴマー (二量体、三量体、四量体、およびそれ以上) を形成するかを定量的に分析しました。
• 私たちは「パターン」と機能の関係性を検証しました。補体結合、直接的な細胞傷害活性、そしてエフェクター細胞を介した細胞死滅を測定しました。また、抗体の形状（例えば、CD20×CD3 T細胞エンゲージャーにおけるFabアームの反転）を変化させ、ヒンジの柔軟性／配向がI型とII型の間でどのように機能を変化させるかを理解しました。

主な調査結果を簡潔にまとめると

• I型はCD20の鎖と「プラットフォーム」を形成します。少なくとも6量体以上の長さです。これはC1qにとって都合の良い構造であるため、補体を含む方が適しています。例：リツキシマブ、オファツムマブ。
• タイプIIは小規模なアセンブリ（通常はテトラマーまで）に限定されますが、直接的な細胞毒性がより強く、エフェクター細胞を介した殺傷力もより強力です。例：オビヌタズマブ。
• 形状は重要です。CD20xCD3二重特異性抗体のFabアームの柔軟性／配向を変えると、その挙動は「タイプII」から「タイプI」へと変化します。CD20のクラスター化は増加し、直接的な細胞傷害性は減少します。これは明確な構造と機能の関係です。

なぜこれが治療にとって重要なのでしょうか?

• 次世代設計: 結合角度、ヒンジ、価数を調整して望ましい CD20 ナノアーキテクチャを実現することで、望ましいメカニズム (より多くの補体またはより直接的な殺傷) に特化した抗体を設計することが可能になりました。
• 個別化と併用療法。特定の腫瘍において「補体」経路がより効果的である場合は、「タイプI」（または長いCD20鎖を形成する抗体／二重特異性抗体）を選択する価値があります。直接的な死滅がより重要である場合は、「タイプII」を選択し、エフェクター経路で強化します。
• 品質管理とバイオシミラー。RESIは効果的な形状試験を提供します。モデルをトレーニングすることで、正しいCD20オリゴマーの「シグネチャー」を認識でき、バイオシミラー開発における生体物理学的コントロールとして使用できます。

ちょっとしたメカニズム（興味のある人向け）

• クライオ電子顕微鏡（クライオEM）と新たな画像によると、タイプI（例：リツキシマブ）はCD20に浅い角度で結合し、CD20二量体を架橋してC1qのプラットフォームとなる鎖を形成します。オファツムマブも同様の働きをしますが、鎖のステップが小さく、より安定的に相補鎖を「植え付け」ます。タイプII（オビヌタズマブ）はより急な角度で結合し、異なる化学量論（Fab 1個に対してCD20 2個）を持つため、三量体-四量体領域に留まります。

限界と今後の展望

• これらは厳密に管理された条件を備えた細胞モデルです。次のステップは、原発腫瘍サンプルにおける主要なCD20クラスターパターンを確認し、臨床反応との相関関係を明らかにすることです。
• RESI は複雑な技術だが、研究チームはその汎用性を強調している。つまり、EGFR/HER2 から PD-L1 まで、あらゆる膜ターゲットとその抗体をマッピングでき、ナノ構造を機能にリンクさせることもできるのだ。

結論

抗体は「メカニズムの処方箋に従って」作用するだけでなく、膜内の受容体に与える形状にも従って作用します。この形状を観察することが可能になり、これにより、ナノメートルレベルで所望の臨床効果を設定できる、より精密な免疫製剤の設計への道が開かれました。

研究出典：Pachmayr I. et al. 「RESIを用いたがん免疫療法における治療用抗体機能の構造基盤の解明」 Nature Communications、2025年7月23日。doi.org/10.1038 /s41467-025-61893-w