Как антитело “перестраивает” мишень: почему одни анти-CD20 зовут комплемент, а другие — убивают напрямую

Учёные визуализировали, что именно происходит с рецептором CD20 на В-клетках, когда к нему присоединяются терапевтические антитела (ритуксимаб, обинутазумаб и др.). C помощью новой версии сверхразрешающей микроскопии RESI они увидели это в целых живых клетках на уровне отдельных белков и связали рисунок нанокластеров с разными механизмами действия препаратов. Итог: антитела “типа I” (например, ритуксимаб, офатумумаб) собирают CD20 в длинные цепочки и надструктуры — это лучше “подсаживает” комплемент. Антитела “типа II” (например, обинутазумаб) ограничиваются малыми олигомерами (до тетрамеров) и сильнее дают прямую цитотоксичность и киллинг через клетки-эффекторы. Работа вышла в Nature Communications. 

Фон исследования

• Почему именно CD20. Антитела к CD20 — «рабочая лошадка» в лечении В-клеточных лимфом/лейкозов и некоторых аутоиммунных болезней. На рынке есть несколько препаратов, но они ведут себя по-разному в клетке и дают разный клинический профиль.
• Два механистических лагеря. Условно есть антитела типа I (ритуксимаб, офатумумаб) и типа II (обинутазумаб и др.). Первые сильнее включают комплемент (CDC), вторые — чаще дают прямую гибель клетки и киллинг через эффекторные клетки (ADCC/ADCP). Из биохимии и функциональных тестов это известно давно — но почему именно так на уровне нанометров было неясно.
• Чего не хватало прежним методам.
  • Классическая иммунфлуоресценция и даже многие суперразрешающие подходы не видят “одну молекулу” в живой мембране, когда мишени плотно упакованы и динамичны.
  • Крио-ЭМ даёт поразительные детали, но обычно вне контекста целой живой клетки.
    В итоге «геометрию» CD20 под антителом (какие кластеры, цепочки, размеры) приходилось догадываться по косвенным данным.
• Почему геометрия важна. Комплемент «заводится», когда C1q одновременно захватывает правильно разложенные Fc-домены — это буквально вопрос расстояний и углов. Точно так же эффективность ADCC/ADCP зависит от того, как антитело выставляет Fc для рецепторов эффекторных клеток. Значит, нано-архитектура CD20+антитело = ключ к функции.
• Какая была цель у авторов. Показать в целых живых клетках (in situ), что именно делают разные анти-CD20 с CD20: какие олигомеры и надструктуры возникают, как это связано с включением комплемента и киллингом, и можно ли управлять механикой через дизайн антител (углы связывания, шарниры, валентность, биспецифики).
• Зачем это практике.
  • Дизайн следующего поколения: научиться «крутить ручки» структуры, чтобы получать нужный механизм действия под конкретную клиническую задачу или опухолевый контекст.
  • Осмысленные комбинации: понимать, где уместнее «комплементный» препарат, а где — «прямой киллер».
  • Контроль качества/биосимиляры: иметь физический «отпечаток» правильной кластеризации как биомаркер эквивалентности.

Если коротко: терапевтические антитела работают не только «по рецепту механизма», а ещё и по геометрии, которую навязывают мишени в мембране. До этой работы у нас не было инструмента увидеть эту геометрию в живой клетке с точностью до отдельных молекул — именно эту дыру авторы и закрывают.

Зачем это было нужно

Антитела против CD20 — основа терапии В-клеточных лимфом и лейкозов, а также средство “выключить” В-клетки при некоторых аутоиммунных болезнях. Мы знали, что «тип I» и «тип II» действуют по-разному (комплемент против прямого киллинга), но как выглядит эта разница на уровне нанометров в мембране клетки — было туманно. Классические методы (крио-ЭМ, STORM, PALM) в живых клетках не дотягивали до разрешения “один белок” именно для плотных, динамических комплексов. RESI это делает. 

Что сделали

• Применили мультицелевую 3D-RESI (Resolution Enhancement by Sequential Imaging) и DNA-PAINT-маркировки, чтобы одновременно «подсветить» CD20 и связанные с ним антитела в мембране целых клеток. Разрешение — уровень отдельных молекул в in situ-контексте.
• Сравнили тип I (ритуксимаб, офатумумаб и др.) и тип II (обинутазумаб; а также клон H299) и количественно разобрали, какие олигомеры CD20 они формируют — димеры, тримеры, тетрамеры и выше. 
• Проверили связь «рисунка» с функцией: измеряли комплемент-связывание, прямую цитотоксичность и киллинг через эффекторные клетки. Дополнительно поиграли геометрией антител (пример: переворот рукавов-Fab в CD20×CD3 T-cell engager), чтобы понять, как гибкость/ориентация шарнира сдвигает функцию между типом I и II.

Главные находки простыми словами

• Тип I делает цепочки и “платформы” из CD20 — минимум гексамеры и длиннее; это геометрия, удобная для C1q, поэтому комплемент включается лучше. Пример: ритуксимаб, офатумумаб. 
• Тип II ограничивается маленькими сборками (чаще до тетрамеров), зато у него выше прямая цитотоксичность и мощнее киллинг через клетки-эффекторы. Пример: обинутазумаб. 
• Геометрия имеет значение. Стоило изменить гибкость/ориентацию Fab-рукавов у биспецифического CD20×CD3-антитела, и его поведение съехало от «типа II» в сторону «типа I»: клстеризация CD20 ↑, а прямая цитотоксичность ↓ — чёткая структура-функция связь. 

Почему это важно для терапии

• Дизайн «следующего поколения». Теперь можно целенаправленно проектировать антитела под нужный механизм (больше комплемента или больше прямого киллинга), подбирая углы связывания, шарниры и валентность, чтобы получить желаемую нано-архитектуру CD20. 
• Персонализация и комбинации. Если в конкретной опухоли лучше работает «комплементный» маршрут, стоит тянуться к «типу I» (или к антителам/би-спецификам, которые строят длинные цепочки CD20). Если важнее прямая гибель — выбирать «тип II» и усиливать его эффекторными путями. 
• Контроль качества и биосимиляры. RESI фактически даёт тест геометрии: модель можно обучить распознавать «подпись» правильных олигомеров CD20 и использовать это как биофизический контроль при разработке биосимиляров. 

Немного механики (для интересующихся)

• По данным крио-ЭМ и новым картинкам тип I (напр., ритуксимаб) связывается с CD20 под пологим углом, мостит димеры CD20, давая цепочки с платформами для C1q; офатумумаб делает похожее, но с меньшим шагом в цепочке и ещё устойчивее «сажает» комплемент. Тип II (обинутазумаб) имеет более крутой угол и другую стехиометрию (1 Fab на 2 CD20), потому и остаётся в зоне тримеров-тетрамеров. 

Ограничения и что дальше

• Это клеточные модели с тщательно контролируемыми условиями. Следующий шаг — подтвердить ключевые «узоры» CD20-кластеров в первичных опухолевых образцах и сопоставить с клиническим ответом.
• RESI — сложная техника, но команда подчёркивает её универсальность: так можно картировать любой мембранный таргет и его антитела — от EGFR/HER2 до PD-L1 — и тоже связать нано-архитектуру с функцией. 

Вывод

Антитела работают не только «по рецептуре механизма», но и по геометрии, которую они навязывают рецептору в мембране. Увидеть эту геометрию стало возможно — и это открывает путь к более точному дизайну иммунопрепаратов, где нужный клинический эффект задаётся уже на уровне нанометров. 

Источник исследования: Pachmayr I. и соавт. Resolving the structural basis of therapeutic antibody function in cancer immunotherapy with RESI. Nature Communications, 23 июля 2025. doi.org/10.1038/s41467-025-61893-w