Antibody is Y-shaped glycoprotein composed of several immunoglobulin domains and plays a critical role in humoral immune response to identify and neutralize foreign antigens. The ability of antibody to bind highly specific is useful in various fields, not only therapeutic but also bioengineering. To overcome drawbacks of antibody, researchers developed antibody variants including Fab, Fv and diabody and discovered new antibodies from other species such as camelid. In spite of their efforts, there still have been limitations. We studied to overcome the limitations and improve their advantages. To enhance utility of diabody, we determined 10 crystal structures of diabodies and revealed that diabody had flexible interface between Fv domains and introduction of disulfide bond made the interface rigid. Furthermore, to increase valence over 2 for enhancing functional affinity, we constructed multivalent scaffold and confirmed that increase of valence enhance functional affinity and multivalent scaffold could distinguish between fibril and monomer by ELISA. These engineered antibodies may have broad applications in numerous fields including the construction of protein nano-assemblies, protein crystallization, the single particle analysis of protein cryo-EM, and the diagnosis for amyloid fibril.
항체는 외부로부터 들어온 항원을 인식하여 면역반응에서 중요한 역할을 하는 당단백질이다. 항체의 특이적 결합 능력은 치료 목적뿐만 아니라 생명공학분야에서도 사용가능하다. 항체가 지닌 단점들을 극복하기 위해 다양한 재조합 항체 조각들이 만들어졌고, 다른 종에서만 나타나는 새로운 형태의 항체를 발견하기도 하였다. 그런 노력에도 불구하고 아직까지도 많은 단점들이 존재하였고, 우리는 항체의 특성을 개선하고 향상시키는 연구를 진행하였다. 다이아바디를 개선하기 위해 우리는 10개의 결정 구조를 확인하였다. 그를 통해 다이아바디는 상당이 휘기 쉽고 다양한 연결부위를 갖고 있으며, 그 연결부위에 이황화 결합을 추가하여 구조를 단단하고 예측가능하게 만들 수 있음을 보여주었다. 추가적으로 2개의 항원과 결합하는 항체의 이가적인 특성을 뛰어넘는 다가적 지지체를 개발하여, 기능적 결합력이 향상되는 것과 더 나아가서 아밀로이드 피브릴과 단위체를 구별할 수 있음을 확인하였다. 이러한 변형된 항체들은 단백질의 나노 결합체 연구, 단백질 결정화 연구, 극저온 전자현미경 연구, 아밀로이드 피브릴의 진단 연구 등 다양한 분야에서 응용될 것으로 기대된다.
