We present a protocol to identify protein moieties containing antigens for human and mouse IgM antibodies with specific kappa (Vκ) light chains. This protocol is not limited to IgM class antibodies but applies to all immunoglobulin isotypes that target their antigen with sufficiently high affinity during immunoprecipitations.
Antibodies of the IgM isotype are often neglected as potential therapeutics in human trials, animal models of human diseases as well as detecting agents in standard laboratory techniques. In contrast, several human IgMs demonstrated proof of efficacy in cancer models and models of CNS disorders including multiple sclerosis (MS) and amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Reasons for their lack of consideration include difficulties to express, purify and stabilize IgM antibodies, challenge to identify (non-protein) antigens, low affinity binding and fundamental knowledge gaps in carbohydrate and lipid research.
This manuscript uses HIgM12 as an example to provide a detailed protocol to detect antigens by Western blotting, immunoprecipitations and immunocytochemistry. HIgM12 targets polysialic acid (PSA) attached to the neural cell adhesion molecule (NCAM). Early postnatal mouse brain tissue from wild type (WT) and NCAM knockout (KO) mice lacking the three major central nervous system (CNS) splice variants NCAM180, 140 and 120 was used to evaluate the importance of NCAM for binding to HIgM12. Further enzymatic digestion of CNS tissue and cultured CNS cells using endoneuraminidases led us to identify PSA as the specific binding epitope for HIgM12.
IgMアイソタイプの抗体は、癌およびCNS障害1-7を含む様々な疾患の治療のための優れた治療可能性を実証します。 Vollmers '基が腫瘍特異的なバイオマーカーまたはアポトーシス経路4,8,9を誘導することによって悪性細胞を死滅させることができる積極的な治療薬としての潜在的な使用のために癌患者における多数の抗体を同定しました。興味深いことに、治療可能性を持つすべての同定された抗体はIgMアイソタイプのものであり、「自然な自己抗体」(NABS)のグループに属しています。
同様に、ロドリゲスのグループは、マウスおよび多発性硬化症(MS)のモデルでは慢性的に脱髄脊髄病変において再ミエリン化を刺激するヒト抗体を同定しました。抗癌作用を有する抗体と同じ、すべての再ミエリン化を促進する抗体がNABSであり、IgMアイソタイプ1,6,7,10の。ほとんど識別されたIgMのための正確な抗原は、まだundetermineあります人間の再ミエリン化を促進する抗体rHIgM22含むD、現在MS患者11のための第I相臨床試験インチ学術設定でと業界11とのパートナーシップの両方の脂質や糖質研究の分野の専門家による繰り返しの努力にもかかわらず、rHIgM22の抗原は成功していない識別しよう。 IgM抗体で動作するようにIgG抗体の抗原を同定するために使用される標準的な技術の失敗は、これらの抗体、最も可能性の高いターゲット炭水化物や脂質抗原に特異的な方法を改良するための重要なニーズを特定します。
本稿の焦点は、ヒト回生抗体HIgM12とその抗原を識別するために使用される実験手順です。抗体HIgM12は、ヴァルデンストレームマクログロブリン血症を有する患者から同定された、 試験管 12月14日 に神経突起伸長を刺激し、神経細胞接着分子(PSA-NCAに取り付けられたポリシアル酸(PSA)を標的M)15,16。 HIgM12は、ALS 17のマウスモデルにおいて寿命を延ばし、タイラーのマウス脳脊髄炎ウイルス(TMEV)に感染したマウスにおける機能転帰を改善します。腹腔内の単一の低用量は、抗体18を注入した後、具体的には、HIgM12は中小直径脊髄の軸索8週間の慢性脱髄マウスと増加数の自発的な水平および垂直運動活性を刺激します。
神経細胞接着分子(NCAM)のスーパーファミリー、ニューロン、神経膠、骨格筋、およびナチュラルキラー細胞19-25の細胞表面上に発現される免疫グロブリン(IG)の糖タンパク質です。 NCAM180、NCAM140、およびNCAM120と呼ばれる三大NCAMアイソフォームは、その細胞質ドメインにのみ変化する一次転写産物の選択的スプライシング変異体です。 CNS内では、NCAMが長く、負に帯電したシアル酸のホモポリマーとの主要なポリシアル分子(> 95%)です。ポリシアルAN> 10とCIDは、PSAと呼ばれているが、短いオリゴマー構造はまた、生物学的に関連していることが存在します。 CNSで発現される他のポリシアルタンパク質はSynCAM1 26、ニューロピリン-2(NRP-2)27,28であり、ナトリウムチャネルサブユニット25(総説については29を参照されたいです)。
ここで説明する方法にかかわらず、抗体のアイソタイプ( 例えば、IgG、IgM抗体の特定のカッパ(Vκ)軽鎖(ヒト抗体およびマウス抗体のためのVκI軽鎖のためのVκI、VκIIIまたはVκIV軽鎖)を含むヒトおよびマウスの免疫グロブリンのための抗原同定を可能にします、IgAの、IgDのまたはIgE)。この制限は、IgMアイソタイプの抗体での免疫沈降のためにプロテインLアガロースの使用に基づいています。代替戦略は、より多くのIgM抗体株式会社に、この方法の適用可能性を広げることができる共有結合アガロースビーズに結合マンノース結合レクチンとセカンダリのIgG抗IgM抗体を含むことができます。ラムダ(λ)軽鎖を有するものをluding(説明を参照してください)。 1 30:健康な個体由来のIgMλ軽鎖と比較して、血清IgMのVκ軽鎖の比率は1.5です。
、分離充実、および免疫学的に特定の分子31を検出するために、ここで使用したクロマトグラフィーの方法論に基づいて、すべての抗原は、少なくとも一つの小さなタンパク質ドメインを含める必要があります。抗体の特異的結合エピトープは(、糖タンパク質で、 例えばリポタンパク質)タンパク質ドメイン内または外であっても。潜在的な候補者のリストを絞り込むために、それぞれ、HIgM12のための特定の抗原を識別するために使用される初期の生化学的な手順は、このメソッドの中で最も重要なステップです。細胞型特異的調製物および細胞形態学に基づく特徴付けは、グリア細胞のために記載されているが、この方法は、CNS内部または外部の他の細胞型を収容するために外挿することができます。
緊急があります抗体のターゲットは、炭水化物や脂質の構造は特にこれらのケースで異なるヒトの疾患の治療の可能性を持つIgM抗体の増加(IgM型抗原の大多数)に適用可能な新規または変更された技術を開発する必要があります。
ヒトの天然のIgM自己抗体は、免疫療法の候補を訴えており、癌およびCNS障害1-7を含む様々な疾患の治療のための治療の可能性を実証しました。有利なことに、これらの抗体は、中和抗体の生成が実質的に効果的な治療用量および有効性を低減する免疫応答を誘発しないであろう。重要なことは、治療可能性を持つすべての抗体はIgMアイソタイプのあったとのNAbレパートリー3-5,8,9,37,40,42-45に属しています。 IgM抗体の潜在的な臨床応用のための主要な障害は、多くの場合、未決定され、それらの抗原の同定です。 IgG抗体のために使用される標準的な技術は、多くの場合、IgM抗体の抗原を同定するために適用されません。
このプロトコルは、動物モデルにおいて有効で、回生ヒトIgM抗体HIgM12のための抗原としてPSA-NCAMの同定を記載しますMSおよびALS 15-18の。使用した方法にかかわらず、抗体のアイソタイプの、VκI軽鎖を有する特定のVκ軽鎖VκI、VκIIIとVκIVとマウス抗体とヒト抗体全てに主に適用されます。
このプロトコルにおいて最も重要な工程は、アフィニティークロマトグラフィー用途でのIgM抗体の使用です。より具体的には、成功した抗体を単離するか、複雑な組織または細胞培養溶解物から抗原を濃縮するために免疫沈降にプルダウン剤として作用するために必要とされます。濃縮された抗原の画分は、アイソタイプ対照抗体の免疫沈降と比較し、続いて質量分析による差を分析することができます。一つの必須要件またはこの工程の制限は、プロテインLアガロースに結合する抗体を有効にするために適切な抗体Vκ軽鎖および宿主(ヒト、マウス)の存在です。アガロースに結合したマンナン結合タンパク質の使用(また、カレ代わりにプロテインLアガロースのDマンノース結合レクチン)は、特定のVκ軽鎖なしのIgMを免疫沈降させる潜在的な代替手段です。 アーノルドら 35で述べたようにしかし、抗原が結合したIgM抗体は、IgM抗体は、その抗原に結合した後にターゲットグリカンはアクセスできなくなるように見えるように、マンナン結合タンパク質に結合しません。これらの知見に基づいて、マンナン結合タンパク質が抗原負荷のIgM 35を分子免疫沈降する結合マトリックスとして使用することができません。他の潜在的な代替案は、二次アガロースに結合した抗IgM IgG抗体46,47または表面活性化磁気ビーズ48の使用を使用することがあります。たIgMに対するIgG抗体は、目的の抗原とともに溶出抗体の程度を低減するために、AまたはGアガロースをアガロースに化学的に架橋することができました。首尾よく同定された抗原に対するIgM抗体の免疫沈降の異なる亜種間の適切な比較Iほとんどの免疫沈降を単離またはその抗原のさらなる関心なしのIgMを枯渇させるために行ったので、難しいですね。また、のIgMを用いた免疫沈降は、主に、精製抗原49に対する抗体の曝露を有する既知のまたは予想される単一の抗原性を確認するために使用しました。出発物質50と比較した場合、免疫沈降血清IgM分子の- (15%10)ヒトのIgMに対して指向アガロース結合IgGの欠点は、非常に低い収率です。対照的に、表面活性化磁気ビーズは、正常スクレーピー関連原線維48を免疫沈降するためにIgMを含む、異なるアイソタイプの抗体に適用しました。この方法は、特定のκ(Vκ)またはラムダ(λ)鎖、または特定のホストに限定されず、実質的に免疫沈降に使用されるIgM抗体のスペクトルを広げることができます。
プロトコルにおけるもう一つの重要なステップは、DETとして機能する抗体の能力でありますウェスタンブロットまたは他のスクリーニングプラットフォームにおける抗体(一次抗体)をecting。成功した抗体は、抗原はおそらく、非イオン性またはイオン性界面活性剤の存在下での結合を可能にするために十分に高い親和性で、その抗原を標的としなければなりません。高親和性抗体は、親和性成熟IgG抗体間で共通するが、比較的生化学設定でエージェントを検出するなど、いくつかの市販のIgM抗体が存在する理由の一つであるIgMアイソタイプの抗体の間であまり一般的ではありません。抗体の高親和性結合は、分子の抗原の免疫沈降およびウェスタンブロッティングのための必要条件です。洗剤濃度またはIPバッファおよび溶解緩衝液中の界面活性剤が完全に存在しないことを下げると、そのFabドメインを介して低親和性抗体による標的抗原を可能にします。これとは対照的に、そのFc部分を介して、プロテインLアガロースを標的とする抗体の能力は実質的に異なる洗剤concenの範囲にわたってアイソタイプコントロール間で影響を受けることはありませんtrations。しかし、溶解緩衝液およびIP緩衝液中で低い界面活性剤濃度は、細胞膜の破壊および特定の分子の単離を防止します。同様に、ウェスタンブロット洗浄緩衝液中の低洗剤濃度( 例えば、PBS-T)は、抗原は、低親和性の抗体の結合が、同時に非特異的結合を増加させ、したがって、オプションではないことができます。
抗原タンパク質のコアの存在は、この方法のための別の要件です。翻訳後修飾( 例えば 、糖タンパク質、リポタンパク質)および非修飾タンパク質ではなく、唯一の脂質または炭水化物とタンパク質は、ウェスタンブロットで検出可能です。界面活性剤の存在下または非存在下で組織または細胞溶解物からの脂質( 例えば、スフィンゴ脂質)を免疫沈降することができません。同時に、洗剤が破壊するのに不可欠でありながら、界面活性剤および脂質の物理化学的性質は、選択的脂質抗体の相互作用を可能にするにはあまりにも似ています特定の分子を選択的に単離を可能にするために、膜。私たちの最高の知る限りでは、単に炭水化物から成る免疫沈降は、タンパク質コアが存在しない場合には、以前に報告されていません。 IgM抗体はしばしば、必ずしもタンパク質ユニットにリンクされていない炭水化物や糖脂質を、標的とすることから、これは特に関連になります。他のクロマトグラフィー技術は、タンパク質コアの非存在下における脂質と炭水化物の分離および免疫学的同定のために必要とされます。例えば、TLCプレート(免疫TLC)上の後続の抗体検出と細胞脂質の薄層クロマトグラフィー(TLC)は、51,52に実装することができます。
他の抗PSA抗体が市販の抗PSAのIgMならびにHIgM12と比較した以前の研究と結果に記載されている(クローン2-2B)。 PSAの分野で最も一般的に使用される抗体は、マウスmonocとして利用可能なIgG抗体(クローン735)であり、lonalまたはウサギポリクローナル抗体53。この抗PSA IgG抗体は、ミクログリア細胞41を含む種々のCNS 細胞型にSynCAMとNCAMのPSAを検出します。抗PSA IgG抗体とは対照的に、ヒトIgM抗体HIgM12、HIgM42および抗PSAマウスIgM(クローン2-2B)はSynCAMにPSAをターゲットにすることができない(しかしNCAM上)マウスにおける様々な胚および出生後早期の段階で非ポリシアルSynCAM 15、容易に検出可能です。使用されるIgM抗体はまた、ミクログリア細胞( 図3 + 4)のPSAを検出することができません。抗体アイソタイプ間で観察された差異のための可能な説明は、抗PSAのIgGと比較して、IgM抗体の結合可能性の低い親和性で結合さPSA-NCAMのレベルに比べて低いPSA-SynCAMレベルであってもよいです。この仮説を検証するために、我々は<SynCAM存在する膨大な量の胚段階E17でNCAM KO動物で免疫沈降を行い、「プルダウン剤」としてHIgM12を使用しましたSUP> 15。 E17 WT同腹仔でHIgM12溶出した抗原を使用して、後続のウエスタンブロットにおけるデンシトメトリーによって検出されたIgM重鎖と比較して、PSA-NCAMを「プルダウン」の同様の強度を示した程度のPSA-NCAMを免疫沈降を制御します。この結果は、その標的PSAにHIgM12の少なくとも十分な親和性を示唆しました。 WT同腹子とは対照的にHIgM12はNCAM KO動物でSynCAMに取り付けられたPSAは検出されなかった制御します。同一の結果は、ヒト抗PSAのIgM HIgM42を用いて免疫沈降で得ました。 HIgM12とHIgM42、ならびにマウス抗PSA IgM抗体(クローン2-2B)は、胚および出生後の発達段階でWTとNCAM KO動物からウェスタンブロットでSynCAMにPSAをターゲットにすることができませんでした。特にCNS組織の少量を用いたウエスタンブロットにおいてNCAMに取り付けられたPSAを検出するために必要なHIgM12の少量(0.1μgの/ mlで)(ウェルあたり0.1μgのCNS 組織)15与えられ、単独で低親和性であることがそうであるように思われます3つの異なる方法でHIgM12によるPSA-SynCAM検出の完全な欠如を担当。
我々は、抗PSA IgM抗体としばしば公開抗PSA IgG抗体(クローン735)との間に有意差があると結論付けます。市販の抗PSA IgM抗体がHIgM12が既に異なる疾患モデルにおいて有効性を証明しているので、これは特に興味深いantiPSA IgG抗体735で得られた結果を確認するために、過去においてより頻繁に使用されなかった理由は明らかではありません。他の抗PSA IgM抗体は、同様の治療効果を有することができるが、それは、抗PSA IgG抗体(クローン735)は、MSおよびALSのモデルにおいて同様の治療結果を有するかどうかは不明のままです。
要するに、ここに記載される方法は、MS及びおそらく他の神経変性疾患のための潜在的な臨床試験をサポートするために、回生ヒト抗体HIgM12の抗原を同定するために主に使用されました。アリの識別生物学的活性を有する抗体のためのigensは、それらの作用機序を理解するとして必要不可欠なステップです。これは、現在臨床試験で安全性と有効性のためにテストされている多数のモノクローナル抗体の文脈で特に関連性になります。これまでの臨床的に試験されたIgM抗体の数が少ないが、この抗体クラス1-10,37,40,42-45の治療可能性を強調した研究の増加と共に、ハイブリドーマ技術における最近の進歩は、新規または開発を促します非タンパク質のIgM抗原を同定するために適用改変方法。
The authors have nothing to disclose.
この作品は、国立衛生研究所(R01 GM092993、R01 NS048357とR21 NS073684)、国立科学財団(CAREER賞)、バイオ・医療ゲノミクスのためのミネソタ・パートナーシップ賞、全国多発性硬化症協会(CA1060A)からの助成金によってサポートされていました臨床およびトランスレーショナル科学、およびメイヨークリニックセンター(CCATS)。著者はApplebaum氏、ヒルトン、ピーターソンサンフォード財団、月とマリリン・パーク取締役基金とMcNeilusの家族からのサポートを認めます。
DMEM | Fisher Scientific | MT-10-013-CVRF | HIGH GLUCOSE, with glutamine, with sodium pyruvate, 500 ml |
DMEM/F-12, HEPES | Life Technologies | 11330-032 | 500 ml, L-glutamine, sodium pyruvate, high glucose |
Penicillin-Streptomycin | Life Technologies | 15140-122 | 10,000 U/mL, 100 ml |
N-2 Supplement (100X) | Life Technologies | 17502-048 | 5 ml |
B-27 Supplement (50X) | Life Technologies | 17504-044 | serum free, 10 ml |
Fetal Bovine Serum – Optima | Atlanta Biologicals | S12450 | 500 ml |
STERILE WATER FOR IRRIGATION | Baxter Healthcare | #2F7114 | USP-1000 ml, 12/CA |
Poly-D-lysine hydrobromide | Sigma | P7886-50MG | D-Lys-(D-Lys)n-D-Lys · xHBr, Molecular Weight 30,000-70,000 g/mol, 50 mg |
bovine serum albumin fraction V | Sigma | A-3294-100G | heat shock fraction, protease free, pH 7, purity 98%, 100 g |
D-(+)-Glucose | Sigma | G5767-500G | C6H12O6, Molecular Weight: 180.16 g/mol, ACS reagent, 500 g |
Trypsin from bovine pancreas | Sigma | T9935-100mg | essentially salt-free, lyophilized powder, =9,000 BAEE units/mg protein, |
Deoxyribonuclease I from bovine pancreas | Sigma | D5025-150KU | Type IV, lyophilized powder, =2,000 Kunitz units/mg protein |
Recombinant Rat FGF basic Protein | R&D systems | 3339-FB-025 | BSA as a carrier protein, 25 ug, lyophilized, >95%, 16.2 kDa |
Recombinant Rat PDGF-AA Protein | R&D systems | 1055-AA-50 | carrier free, 50 ug, lypphilized, >97%, E.coli-derived, 12.5 kDa |
Neurobasal-A | Life Technologies | 10888-022 | 500 ml, No Glutamine, No Aspartic Acid, No Glutamic Acid |
Paraformaldehyde | Sigma | P6148-1KG | crystalline, 1 kg, reagent grade, Molecular Weight 30.03 g/mol (as monomer) |
Tris[hydroxymethyl]aminomethane (Tris bas | Biorad | #1610719 | 1 kg, 99.8% pure, powder |
Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) | Biorad | #1610302 | 1 kg, powder |
Glycine | Fisher Scientific | BP-381-5 | C2H5NO2, Molecular weight: 75.07 g/mol, White crystalline Powder, 5 kg |
Sodium chloride | Sigma | S7653-5KG | NaCl, Molecular Weight: 58.44 g/mol, 5 kg |
Sodium phosphate monobasic | Sigma | S0751-500G | NaH2PO4, Molecular Weight: 119.98 g/mol, 500 g |
Phosphate-buffered Solution 1X (PBS) | Cellgro | MT-21-040-CV | Without Calcium and Magnesium, 6 x 500 ml |
Falcon 60mm TC-Treated Cell Culture Dish | Corning Life Sciences | #353002 | 60 mm Cell Culture Dish, TC-treated polystyrene, 20/pack, sterile |
Falcon 60 mm x 15 mm Petri dish | Corning Life Sciences | #351007 | Not TC-Treated Bacteriological Petri Dish, 20/Pack |
6 well cell culture plates | Corning Costar | CLS3516 | 6 well, flat bottom (Individually wrapped), gamma-irradiated, growth area 9.5 c |
75cm² tissue culture flask | Corning Life Sciences | 430720U | 75cm² U-Shaped Canted Neck Cell Culture Flask with Plug Seal Cap |
Pierce™ Protein L Plus Agarose | ThermoFisher Scientific | #20520 | 2 ml, crosslinked 6% beaded agarose (CL-6B), binding capacity: 10 to 20 mg IgG |
4-20% Mini-PROTEAN TGX Precast Gel | Biorad | 456-1094 | 10-well, 50 µl, for use with Mini-PROTEAN electrophoresis cells |
Immobilon-P Membrane | Millipore | IPVH00010 | PVDF, 0.45 µm, 26.5 cm x 3.75 m roll |
Anti-Polysialic Acid-NCAM Antibody, clone | Millipore | MAB5324 | 50 microliters, Host: mouse, monoclonal IgM |
XT sample buffer (Western blot) | Biorad | #1610791 | 10 ml, 4 x premixed protein sample buffer |
2-mercaptoethanol | Biorad | #1610710 | 25 ml, 98 % pure, 14.2 M |
Endoneuraminidase-N (Endo-N) | ABC Scientific | ABC0020 | 50 microliters, 200 µg/ml, 3500 U/mg |
25 mm glass coverslips | Fisher Scientific | 12-545-102 | Circles No. 1; Thickness: 0.13 to 0.17mm; Size: 25mm |
HEPES buffer solution | ThermoFisher Scientific | 15630-080 | 100 ml, 1M |
Hanks' Balanced Salt Solution 1X (HBSS) | Cellgro | MT-21-022-CV | 500 ml, without Calcium, Magnesium, Phenol Red |
Papain | Worthington Biochemical Cooperation | LS003119 | lyophilized powder, 100 mg |
Magnesiumsulfate | Sigma | M-2643-500G | powder, 500 g |
L-Glutamine | Gibco | #25030-081 | 100 ml, 200 mM |