인간 말초 혈액 단핵 세포로부터 개별 항원 특이적 항체를 식별하고 회수하는 BSelex 방법은 유세포 측정과 단일 세포 PCR 및 복제를 결합합니다.
인간 항체 레퍼토리는 잠재적인 치료 항체 및 유용한 바이오마커의 크게 미개발 된 소스를 나타낸다. 차세대 염기서열 분석(NGS)과 같은 현재의 연산 방법은 서열 수준에서 항체 레퍼토리에 대한 방대한 데이터 세트를 산출하는 반면, 기능적 데이터는 특정 항원 또는 세트와 관련된 서열을 식별하는 데 필요합니다. 항. 여기서, 우리는 인간 혈액 공여자로부터 말초 혈액 단핵 세포(PBMC)로부터 개별 항원 특이적 항체를 식별하고 회수하는 방법을 기술한다. 이 방법은 성숙한 B 세포의 초기 농축을 이용하고 유세포 측정을 통해 IgG 기억 B 세포를 분리하기 위하여 현상형 세포 마커 및 형광 표지된 단백질의 조합을 요구합니다. 그런 다음 중쇄 및 경쇄 가변 영역을 복제하고 다시 스크리클합니다. 메모리 B 세포 구획에 국한되었지만, 이 방법은 유세포 측정을 활용하여 수백만 개의 B 세포를 심문하고 단일 셀에서 페어링된 중대 및 경체인 서열을 발현 및 특이성의 확인을 위한 형식으로 반환합니다. 이 방법으로 회수된 항체는 치료 전위를 고려할 수 있지만, 또한 개인 내의 B 세포 레퍼토리를 평가하기 위한 생물정보학 접근법과 특이성 및 기능을 연결할 수 있다.
항체는 치료 분자의 성장 부류이며, 임의의 인간에서 기존의 B 세포 레퍼토리는 그러한 항체의 잠재적인 공급원이다. 인간 공여자로부터 회수될 때, 그들은 다른 동물 시스템에서 생성된 항체에 필요한 적응 또는 “인간화”를 필요로 하지 않는다. B 세포 활성화 및 증식 1, EBV 형질전환2,3,하이브리도마 세포주 생성을 포함한 인간 항체의 식별 및 분리를 위한 여러 가지 방법이 존재한다4 ,5. 그러나, 이 방법의 전부는 항원 특정 항체를 가리고 복구하기 위하여 광대한 세포 문화를 요구합니다. 인간 항체 레퍼토리에 대한 정보는 차세대 염기서열 분석(NGS) 기술의 개발로 크게 확장되어 공여자 샘플에 존재하는 대량의 개별 서열을 식별할 수 있습니다. 그러나, NGS는 존재하는 모든 서열의 불가지론적 견해를 산출하기 때문에, 특히 희귀 또는 저주파 항체의 경우 항원 특이적 항체의 식별 및 절연을 허용하지 않는다.
“BSelex” 방법의 목적은 인간 공여자에서 말초 혈액 단핵 세포를 순환시키는 항원 특이적 항체를 식별하고, 추가 분석을 위해 이들 항체의 서열을 분리 및 회수하는 것이다. 이 방법은 유세포분석및 세포 선별을 활용하여 B세포 표면에서 발현된 B세포 수용체(BCR)를 활용한다. B 세포의 수백만 더 낮은 처리량 분자 생물학 방법이 시작되기 전에 유동 세포 측정을 통해 항원 특이성을 위해 가려질 수 있습니다. 셀 서열을 대량으로 분석하는 대부분의 NGS 방법에서는 쌍이 무거운 및 경체인 식별이 불가능합니다. 여기서 설명하는 방법에서, 세포는 개별적으로 분리되고, 무거운 및 경쇄 서열 둘 다의 쌍회수가 가능하여, 전체 IgG의 직접적인 복제 및 발현을 허용한다.
여기에 제시된 방법은 유세포 분석및 단세포 복제를 결합하고, 우리가 여기에서 설명하는 방법은 우리가 이전에 틸러와 동료11에의해 개발된 방법에 근거를 둔다. 그들의 일은 개별 적인 세포의 수준에 인간에 있는 B 세포 레퍼토리를 공부하기 위하여 단클론 항체의 회수 그리고 복제를 기술합니다. 우리는 다단계 증폭 프라이머 전략을 포함하여 메모리 B 세포의 집단으로부터 항원 특이적 단일클론 항체의 회복을 허용하도록 그들의 프로세스의 주요 성분을 적응시켰다. 주요 변형은 표지된 항원 “미끼”의 첨가이다. 복제 벡터 백본을 단일 발현 플라스미드로 수정하는 것을 포함하여(이에 국한되지 않음) 게시된 프로토콜에 대한 추가 적응이 이루어졌으며, 생식선 레퍼토리의 추가 적인 프라이머 커버리지(리더 시퀀스 및 프레임워크 1 모두), 더 높은 발현을 위해 서스펜션 HEK293 셀의 형질전환 및 PCR 증폭 시 고충실도 폴리머라제의 사용.
여기서 설명한 방법의 경우, 가장 중요한 단계는 유세포 분석과 단일 세포 복제 사이의 전이에 가깝습니다. 첫째, 플레이트에 정렬 된 단일 세포를 적절하게 배치하는 것이 필수적입니다. 선별기에서 드롭 지연을 올바르게 설정하는 것이 핵심 단계입니다. 정전기 총을 대상 선별 플레이트에 사용하지 않는 한 습도가 낮음과 같은 환경 적 요인도 고려해야 합니다. 세포 배치 후, 플레이트는 세포가 우물 의 바닥에 버퍼의 10 μL에 접촉했다는 것을 확인하기 위해 원심 분리된다. 이 측정의 전부는 분자 생물학 부분이 성공하기 위하여 중요합니다. 조건이 단일 세포의 역전사 반응에 대해 최적이 아닌 경우, 심지어 β-액틴의 PCR 증폭이 어려울 수 있다. 제시된 방법의 힘은 수백만 개의 세포를 심문하고 선택의 항원 반응성 기준에 일치하는 것들만 정렬하는 능력입니다. 이를 위해서는 신호 대 잡음 비가 가능한 한 높아야 하며, 이는 분류 하기 전에 미끼 농도를 최적화하여 수행됩니다. 이중 표지 된 미끼는 형광단 중 하나가 높은 배경을 가지고있는 경우 발생할 수있는 가양성 세포의 회복을 줄이기 위해 사용됩니다. 하나 이상의 항원 미끼를 사용하면 신호가 더 어려워질 수 있습니다: 잡음 최적화가 더 어려워지지만 동시에 여러 펩티드를 심문하는 능력은 이 방법의 또 다른 이점입니다.
회복 효율이 낮으면 중첩된 β-액틴 프라이머 세트가 템플릿 cDNA가 존재하는지 확인하는 데 사용됩니다. 이 접근법의 단점은 우물에 세포가 존재하지 않았는지 또는 역전사 반응이 실패했는지 여부를 판단하기 어렵기 때문에 문제 해결이 어렵다는 것입니다. 경우에 따라 반대가 발생하고 효율성이 예상보다 높습니다. 중체인의 일반적인 회수는 30-45%이고 경쇠는 40-60% 사이에서 더 높습니다. 각 PCR 반응 (단계 I & II)는 단일 세포에서 증폭하기 위해 50 사이클을 사용합니다. 총 사이클의 수가 많기 때문에 이 방법은 오염에 취약합니다. 앰플리콘의 서열 분석은 오염물질이 유입되었는지 또는 비정상적으로 높은 회수율이 합법적으로 달성되었는지 여부를 결정하는 데 사용될 수 있습니다.
선택의 항원에 대하여 네이티브 인간 항체를 회수하는 이 방법의 유용성은 몇몇 중요한 한계를 가지고 있다. 첫째, 표지될 수 있는 수용성 단백질만이 유세포측정을 위한 “미끼”로서 사용될 수 있다. 대표적인 결과에 제시된 종류를 위해, 우리는 타우 단백질에서 합성된 겹치는 펩티드의 시리즈를 사용했습니다, 전체 단백질을 사용하는 것은 어려운 증명하기 때문에. 선형 펩티드의 사용은 비선형 또는 구조 적 에피토프에 대한 항체의 식별을 제한 할 수 있기 때문에, 아마도 최적이 아니다. 그러나, 우리는 타우에 대하여 몇몇 유일한 항체를 확인할 수있었고 이들은 현재 추가 평가를 겪고 있습니다 8,9. 또 다른 제한은 IgGs의 분자 생물학 복구 및 복제의 낮은 처리량입니다. 초기 선별 전략은 수백만 개의 세포를 스크리닝할 수 있지만 후속 분자 생물학 처리는 여러 단계로 구성됩니다. Gibson Assembly10과 같은 최신 기술을 통합하기 위한 지속적인 최적화 노력은 여러 단계를 간소화했지만 병목 현상은 개별 중쇄 및 경량 체인 쌍을 복제하는 것으로 남아 있습니다.
“BSelex” 방법은 메모리 B 세포의 표면에 발현된 BCR을 이용하여 항원 반응성을 나타내는 세포를 식별한 다음 유세포 분석11,12를통해 이들 개별 세포를 회수한다. BCR에 대한 이러한 의존성으로 인해, 이 방법은 메모리 B 세포 구획으로 제한되고, 혈장블라스트와 같은 항체 분비 세포(ASC)를 포착하지 않는다. 그러나, 이러한 접근법은 ASC와 비교할 때 항원 특이적 면역글로빈의 광범위한 레퍼토리를 회복시키는 데 유리할 수 있다. 인플루엔자 백신 접종 연구는 반응성 ASC가 소수의 확장된 B 세포 클론에 의해 지배될 수 있는 반면, 항원 특이적 기억 B 세포 집단은 거의 클론12가아니라는 것을 보여준다. T 세포의 표면에 있는 T 세포 수용체(TCR)는 다양성을 최대화하기 위해 유전자 배열 및 재조합에서 B 세포 수용체와 유사성을 갖는다. 여기에 제시된 방법에 기재된 것과 유사한 단세포 접근법은 알파 및 베타 사슬(13)의 회수 및 단일 세포복제를 포함하는 T 세포 레퍼토리를 평가하기 위해 개발되었다. 그러나, TCR 인식은 펩티드 특이적 T 세포를 확인하기 위하여 표지된 미끼 접근에 중요한 복잡성을 추가하는 MHC 분자에 의해 제시되는 펩티드를 요구합니다. B 세포와 는 달리, T 세포는 전체 가변 영역의 친화도 성숙을 거치지 않으므로 짧은 CDR3 영역 및 일부 측면 서열의 식별은 식별 및 재구성에 필요한 모든 것입니다. 마지막으로, 이 방법은 유세포측정법을 사용하여 IgG 분자의 식별을 설명하지만, 다른 아이소타입의 B 세포를 식별하기 위해 대체 표현형 마커를 사용하는 것도 가능하다.
현재 차세대 염기서열 분석에서 수집된 방대한 양의 데이터를 항원 특이성의 기능적 분석과 연결하는 방법이 개발되고 있지만 이러한 방법은 여전히 개선되고 있습니다. 그 한계에도 불구하고, 여기에 기술된 방법은 감염성 및 비감염성 질환모두에대한 잠재적 치료 가치를 가진 항체를 식별하기 위해 사용되어 왔다 8,14,15,신뢰할 수 있는 것을 나타낸다. B 세포 또는 광범위한 세포 배양의 광범위한 조작없이 인간으로부터 관련 항원 특이적 IgGs를 복구하는 접근 방식.
The authors have nothing to disclose.
저자는 루시 Chammas, 마사 코스타, 줄리 김, 낸시 헤레디아, 그리고 현재 BSelex 플랫폼의 많은 방법 수정 및 개선의 광범위한 테스트에 대한 감사하고 싶습니다.
MoFlo Astrio EQ, Cell Sorter | MoFlo | cell sorting | |
Biotinylated peptides | New England Peptide | Cell sorting "bait" | |
Micro Bio-spin P30 gel column | BioRad | #7326223 | |
Streptavidin (R-PE) | Thermo Scientific | SA10041 | |
Streptavidin (APC) | Thermo Scientific | S32362 | |
CD22 MicroBeads, human | Miltenyi | #130-046-401 | |
LS columns | Miltenyi | #130-042-401 | |
Pre separation filters | Miltenyi | #130-041-407 | |
PerCp-Cy5.5 mouse anti-human CD19 | BD Biosciences | BD#340951 | |
PE-Cy7 mouse anti-human CD27 | BD Biosciences | #560609 | |
FITC mouse anti-human IgG | BD Biosciences | #560952 | |
DAPI | Life Technologies | #D21490 | |
RNaseOUT | Life Technologies | #10777-019 | |
Bovine serum albumin, Fraction V | Sigma | #A4503 | |
RPMI media | Hyclone | #SH30096.01 | |
HI FBS (Fetal bovine serum) | Invitrogen | #10082147 | |
Mastercycler Gradient | Eppendorf | Model #6325 | PCR machine |
PCR 96-well plates | Phenix | MPS-500 | |
PCR Plate mats | Phenix | SMX-PCR96 | |
Advantage UltraPure PCR Deoxynucleotide Mix | Clontech | #639125 | |
Superscript IV First-strand synthesis system | Invitrogen | #18091050 | |
Phusion High Fidelity Polymerase | Thermo Scientific | F-531-L | |
Platinum polymerase | Invitrogen | #10966108 | |
Nuclease-free water | QIAGEN | #129114 | |
Oligonucleotide primers | IDT | assorted | Primers for all PCR steps |
Gel Extraction Kit | QIAGEN | #28706 | |
PCR Purification kit | QIAGEN | #28106 | |
Miniprep Kit | QIAGEN | #27106 | |
NEBuilder HiFi DNA Assembly Cloning Kit | New England Biolabs | E5520S | Gibson assembly |
Expi293 Expression Media | Invitrogen | #A14351-01 | |
ExpiFectamine 293 Transfection Kit | Invitrogen | #A14525 | |
Opti-MEM Media | Invitrogen | #31985070 | |
CO2 incubator (Multitron) | |||
Octet RED384 System | Pall/ Forte Bio | ||
Pierce Streptavidin Coated High Binding Capacity Clear 96-well Plates | Thermo Scientific | #15500 | |
Corning Costar 96-well Polystyrene Plate High Binding Half Area | Corning | #3690 | |
Goat Anti-human IgG Fab Secondary Antibody | Jackson Labs | #109-036-097 | |
Goat Anti-mouse HRP Secondary Antibody | Jackson Labs | #115-035-072 | |
SureBlueTM TMB Microwell Peroxidase Substrate (1-Component) | KPL | #52-00-03 | |
TMB Stop Solution | KPL | #50-85-06 |