Sentetik fajının inşaatı Fab Kütüphane özel çeşitliliği ile görüntülenir.
Summary
Bu iletişim kuralı özel çeşitliliği ile sentetik antikor fajının görüntülenen Kütüphane inşaatı için detaylı bir yordam açıklanır. Sentetik antikorlar temel araştırma geniş uygulamalardan hastalığı teşhis ve tedavi için var.
Abstract
Monoklonal antikor (mAbs) temel araştırma ve ilaç için talep her yıl artmaktadır. Hibridoma teknoloji mAb development 1975 yılında ilk raporunu beri için baskın yöntemi olmuştur. Humira, ilk fajının elde edilen antikor ve en çok satan mAbs biri 2002 romatoid artrit klinik tedavi için kabul edildi beri alternatif bir teknoloji olarak, fajının görüntüleme yöntemleri mAb gelişimi için giderek daha caziptir. MAb geliştirme teknolojisi olmayan bir hayvan dayalı olarak FAJ ekran antijen immünojenisite, insanlaştırma ve geleneksel Hibridoma teknolojisi tabanlı antikor geliştirme gerekli olan hayvan bakım atlar. Bu protokol için farklılıkların 109-1010 tek bir adım ile elde edilebilecek olan kütüphanelerin sentetik fajının görüntülenen Fab inşaat için bir yöntem açıklanmaktadır. Bu iletişim kuralı oluşur: 1) yüksek verimli elektro-yetkili cep hazırlık; 2) çıkarma urasil içeren tek iplikçikli DNA (dU-ssDNA); 3) Kunkel’ın yöntemi Oligonükleotid yönetmen mutagenesis dayalı; 4) elektroporasyon ve Kütüphane boyutu hesaplanması; 5) katlama için protein A/L-esaslı enzim bağlı immunosorbent assay (ELISA) ve işlevsel çeşitlilik değerlendirme; ve 6) DNA dizi analizi çeşitlilik.
Introduction
mAbs geniş uygulamaların temel araştırma hastalığı teşhis ve tedavi için arasında değişen vardır. 2016 yılı itibariyle, 60’tan fazla mAbs Amerika Birleşik Devletleri Gıda ve ilaç Yönetimi (USFDA) tarafından otoimmün hastalıklar, kanser ve enfeksiyon hastalıkları1,2klinik tedavisi için onaylanmıştır.
1975 yılında, Kohler ve Milstein bildirilen bir teknik ‘hybridomas’ ve bu teknik anılacaktır hücresel bir kaynaktan gelen tek bir klonal özgüllüğü sıra sürekli nesil için daha sonra tıp ve sanayi3 temel taşı haline geldi ,4. Bu yöntem tarafından mAbs nesil antijen üretim, fare bağışıklama, B lenfositler çıkarımı, fusion B hücreleri ile ölümsüz Hibridoma hücreleri, klon seçimi, kurmaya miyelom hücreleri ve tedavi uygulamaları için de dahil olmak üzere çeşitli adımlar gerektirir, insanlaştırma insan anti-fare antikor (HAMA)4,5önlemek için gereklidir. Ancak, bu teknoloji için toksinler, patojenler ve son derece korunmuş proteinler gibi antijenleri vivo içinde bağışıklık yanıtının mAb üretim5için tetikleyen görece etkisiz.
1978 yılında, Hutchison ve ark. bir kalıntı tek iplikçikli bakteriyofaj virüs6doğrudan mutagenesis bir Oligonükleotid kullanımı rapor. 1985 yılında, Smith yabancı gen parçaları çerçevede fajının kat protein III kodlama gen ile erimiş ve böylece fajının yüzeyinde onun infektivite7ödün vermeden görüntülenebilir bildirdi. Bunlar işleri öncü bağışıklık, saf kitaplıklarda antikor fajının görüntülenen sonraki inşası için bir temeli atıldı ve sentetik için tek-zinciri değişken parçası (scFv) ve antijen bağlayıcı parçası (Fab) biçimleriyle formları tedavi mAb development8,9. Görüş teknik açıdan fajının antikor ekran tabanlı geliştirme bazı antijenleri-ebilmek poz vermek sınırlamaları aşmak için yardımcı olabilir mAb Hibridoma tabanlı geliştirme için tamamlayıcı bir yaklaşım sunuyor ve insanlaştırma işlemek Hibridoma kaynaklı antikorlar genellikle5gerektirir. 2016, tarihi itibariyle 6 fajının görüntü elde edilen mAbs piyasada Humira, romatoid artrit, tedavisinde kullanılan en başarılı mAbs biri de dahil olmak üzere onaylanmış olan ve çok fajının görüntü elde edilen antikor aday çeşitli aşamalarında klinik şu anda soruşturma10.
Bağışıklık ve saf fajının antikor kitaplıkları tamamlayıcılık belirleme çeşitliliği için hafif ve ağır zincir (CDRs) bölgelerde doğal bağışıklık repertuar (Yani, B hücreleri) türetilir. Buna ek olarak, sentetik fajının antikor kütüphanelerde CDRs çeşitliliği tamamen yapay. Kütüphane inşaat sentetik yaklaşımlar sıra çeşitlilik tasarım üzerinde tam denetim sağlamak ve antikor yapısı mekanik çalışmaları için fırsatlar sunuyoruz ve11,12işlev. Ayrıca, sentetik kitaplıkları için bir çerçeve, büyük ölçekli endüstriyel gelişme11,12kolaylaştırmak için kütüphane inşaat önce optimize edilebilir.
1985 yılında Kunkel site yönettiği mutasyonlar M13 bakteriyofaj içine verimli bir şekilde tanıtmak için bir tek iplikçikli DNA (ssDNA) mutagenesis şablon tabanlı yaklaşım bildirdi13. Bu yaklaşım daha sonra yaygın olarak FAJ görüntülenen kitaplıkları yapımı için kullanıldı. Kimyasal sentez DNA oligonucleotides çeşitlilik Fab CDRs tanıtmak için tasarlanmış bir phagemid bir antikor omurga şablonuyla içine dahil edilmiştir. Bu süreçte phagemid bir urasil içeren ssDNA (dU-ssDNA) ifade edilir ve oligonucleotides CDRs komplementer ve çift iplikçikli DNA (dsDNA) T7 DNA polimeraz ve T4 DNA ligaz sentezlemek için genişletilmiş. Son olarak, oluşturulan ds-DNA tarafından elektroporasyon Escherichia coli tanıttı olabilir.
Yüksek çeşitlilik, Kütüphane fajının görüntülenen inşaat, yüksek voltajlı elektroporasyon elektro-yetkili hücre ve kovalent bir iki bileşenli karışımı için kapalı dairesel dsDNA (CCC-dsDNA) dikkatli bir şekilde hazırlanmalıdır. Sidhu vd. elektro-yetkili hücreleri ve DNA hazırlanması geleneksel yöntemleri ve büyük ölçüde gelişmiş kitaplık çeşitlilik14değiştiren.
Bu protokol için farklılıkların 109-1010 tek bir adım ile elde edilebilecek olan kütüphanelerin sentetik fajının görüntülenen Fab inşaat için bir yöntem açıklanmaktadır. Şekil 1 gösterir inşaat Kütüphanesi dahil olmak üzere genel bir bakış: 1) yüksek verimli elektro-yetkili cep hazırlık; 2) dU-ssDNA çıkarılması; 3) Kunkel’ın yöntemi Oligonükleotid yönetmen mutagenesis dayalı; 4) elektroporasyon ve Kütüphane boyutu hesaplanması; 5) katlanır için protein A/L tabanlı ELISA ve işlevsel çeşitlilik değerlendirme; ve 6) DNA dizi analizi çeşitlilik. Tüm reaktifler, soy ve donanımları malzemenin tablolistelenir. Tablo 1 reaktif kurulumu gösterir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Yüksek çeşitlilik, Fab kitaplıkları fajının görüntülenen, kalite kontrol oluşturmak için onay noktaları yeterliliğinin elektro-yetkili hücreleri, dU-ssDNA şablon, verimliliğini kalitesini de dahil olmak üzere inşaat süreci çeşitli aşamalarında izlemek için gereklidir CCC-dsDNA sentezi, titresi çoğalmasıyla, Fab katlama ve CDRs amino asit çeşitliliği Fab-fajının klon dizi analizi tarafından sonra.
Yüksek verim ve dU-ssDNA saflığı yüksek mutagenesis oranı …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar için kritik yorum Kunkel’ın yöntemi göre sentetik Fab fajının Kütüphane inşaat üstünde Sidhu Laboratuarı’ndan Dr. Frederic Fellouse için teşekkür ederiz. Bayan Alevtina Pavlenco ve diğer üyeler için yüksek verimli elektro-yetkili hazırlama değerli yardım etmek Sidhu laboratuarından yazarlar takdir E. coli hücreleri ve yüksek kaliteli dU-ssDNA. Bu eser Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı Çin tarafından desteklenmiştir (Grant No: 81572698, 31771006) için DW ve ShanghaiTech Üniversitesi tarafından (Grant No: F-0301-13-005) laboratuvar antikor mühendislik için.
Materials
| Reagents | |||
| 1.0 M H3PO4 | Fisher | AC29570 | |
| 1.0 M Tris, pH 8.0 | Invitrogen | 15568-025 | |
| 10 mM ATP | Invitrogen | 18330-019 | |
| 100 mM dithiothreitol | Fisher | BP172 | |
| 100 mM dNTP mix | GE Healthcare | 28-4065-60 | solution containing 25 mM each of dATP, dCTP, dGTP and dTTP. |
| 3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine (TMB) | Kirkegaard & Perry Laboratories Inc | 50-76-02 | |
| 50X TAE | Invitrogen | 24710030 | |
| Agarose | Fisher | BP160 | |
| Carbenicillin, carb | Sigma | C1389 | 100 mg/mL in water, 0.22 μm filter-sterilize, work concentration: 100 μg/mL. |
| Chloramphenicol, cmp | Sigma | C0378 | 100 mg/mL in ethanol, 0.22 μm filter-sterilize, work concentration: 10 μg/mL. |
| EDTA 0.5 M, pH 8.0 | Invitrogen | AM9620G | |
| Granulated agar | VWR | J637-500G | |
| H2O2 peroxidase substrate | Kirkegaard & Perry Laboratories Inc | 50-65-02 | |
| K2HPO4 | Sigma | 795488 | |
| Kanamycin, kan | Fisher | AC61129 | 50 mg/mL in water, 0.22 μm filter-sterilize, work concentration: 50 μg/mL. |
| KH2PO4 | Sigma | P2222 | |
| Na2HPO4 | Sigma | 94046 | |
| NaCl | Alfa Aesar | U19C015 | |
| Nanodrop | Fisher | ND2000C | |
| NaOH | Fisher | SS256 | ! CAUTION NaOH causes burns. |
| NON-Fat Powdered Milk | Sangon Biotech | A600669 | |
| PEG-8000 | Fisher | BP233 | |
| Protein A-HRP conjugate | Invitrogen | 101123 | |
| QIAprep Spin M13 Kit | Qiagen | 22704 | |
| QIAquick Gel Extraction Kit | Qiagen | 28706 | |
| QIAquick PCR Purification Kit | Qiagen | 28104 | |
| Recombinant Protein L | Fisher | 77679 | |
| T4 DNA polymerase | New England Biolabs | M0203S | |
| T4 polynucleotide kinase | New England Biolabs | M0201S | |
| T7 DNA polymerase | New England Biolabs | M0274S | |
| Tetracycline, tet | Sigma | T7660 | 50 mg/mL in water, 0. 22 μm filter-sterilize, work concentration: 10 μg/mL. |
| Tryptone | Fisher | 0123-07-5 | |
| Tween-20 | Sigma | P2287 | |
| Ultrapure glycerol | Invitrogen | 15514-011 | |
| Uridine | Sigma | U3750 | 25 mg/mL in ethanol, work concentration: 0.25 μg/mL. |
| Yeast extract | VWR | DF0127-08 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Strains | |||
| E.coli CJ236 | New England Biolabs | E4141 | Genotype: dut– ung– thi-1 relA1 spoT1 mcrA/pCJ105(F' camr). Used for preparation of dU-ssDNA. |
| E.coli SS320 | Lucigen | 60512 | Genotype: [F'proAB+lacIq lacZΔM15 Tn10 (tetr)] hsdR mcrB araD139 Δ(araABC-leu)7679 ΔlacX74 galUgalK rpsL thi. Optimized for high-efficiency electroporation and filamentous bacteriophage production. |
| M13KO7 | New England Biolabs | N0315S | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| 0.2-cm gap electroporation cuvette | BTX | ||
| 96-well 2mL Deep-well plates | Fisher | 278743 | |
| 96-well Maxisorp immunoplates | Nunc | 151759 | |
| Baffled flasks | Corning | ||
| Benchtop centrifuge | Eppendorf | 5811000096 | |
| Centrifuge bottles | Nalgene | ||
| ECM-630 electroporator | BTX | ||
| Magnetic stir bars | Nalgene | ||
| Thermo Fisher centrifuge | Fisher | ||
| High speed shaker | TAITEK | MBR-034P | |
| Microplate shaker | QILINBEIER | QB-9002 | |
| Liquid handler for 96 and 384 wells | RAININ | ||
| Mutil-channel pipette | RAININ | E4XLS | |
| Amicon concentrator | Merck | UFC803096 |
Riferimenti
- Singh, S., et al. Monoclonal Antibodies: A Review. Curr Clin Pharmacol. , (2017).
- Reichert, J. M. Antibodies to watch in 2017. MAbs. 9 (2), 167-181 (2017).
- Kohler, G., Milstein, C. Continuous cultures of fused cells secreting antibody of predefined specificity. Nature. 256 (5517), 495-497 (1975).
- Milstein, C. The hybridoma revolution: an offshoot of basic research. Bioessays. 21 (11), 966-973 (1999).
- Gray, A. C., Sidhu, S. S., Chandrasekera, P. C., Hendriksen, C. F., Borrebaeck, C. A. Animal-Friendly Affinity Reagents: Replacing the Needless in the Haystack. Trends Biotechnol. 34 (12), 960-969 (2016).
- Hutchison, C. A., et al. Mutagenesis at a specific position in a DNA sequence. J Biol Chem. 253 (18), 6551-6560 (1978).
- Smith, G. P. Filamentous fusion phage: novel expression vectors that display cloned antigens on the virion surface. Science. 228 (4705), 1315-1317 (1985).
- Sidhu, S. S. . Phage Display in Biotechnology and Drug Discovery. , (2005).
- Weiss, G. A., Watanabe, C. K., Zhong, A., Goddard, A., Sidhu, S. S. Rapid mapping of protein functional epitopes by combinatorial alanine scanning. Proc Natl Acad Sci U S A. 97 (16), 8950-8954 (2000).
- Frenzel, A., Schirrmann, T., Hust, M. Phage display-derived human antibodies in clinical development and therapy. MAbs. 8 (7), 1177-1194 (2016).
- Sidhu, S. S., Fellouse, F. A. Synthetic therapeutic antibodies. Nat Chem Biol. 2 (12), 682-688 (2006).
- Adams, J. J., Sidhu, S. S. Synthetic antibody technologies. Curr Opin Struct Biol. 24, 1-9 (2014).
- Kunkel, T. A. Rapid and efficient site-specific mutagenesis without phenotypic selection. Proc Natl Acad Sci U S A. 82 (2), 488-492 (1985).
- Sidhu, S. S., Lowman, H. B., Cunningham, B. C., Wells, J. A. Phage display for selection of novel binding peptides. Methods Enzymol. 328, 333-363 (2000).
- Persson, H., et al. CDR-H3 diversity is not required for antigen recognition by synthetic antibodies. J Mol Biol. 425 (4), 803-811 (2013).
- Lefranc, M. P., et al. IMGT unique numbering for immunoglobulin and T cell receptor variable domains and Ig superfamily V-like domains. Dev Comp Immunol. 27 (1), 55-77 (2003).
- Graille, M., et al. Complex between Peptostreptococcus magnus protein L and a human antibody reveals structural convergence in the interaction modes of Fab binding proteins. Structure. 9 (8), 679-687 (2001).
- Graille, M., et al. Crystal structure of a Staphylococcus aureus protein A domain complexed with the Fab fragment of a human IgM antibody: structural basis for recognition of B-cell receptors and superantigen activity. Proc Natl Acad Sci U S A. 97 (10), 5399-5404 (2000).
- Huang, R., Fang, P., Kay, B. K. Improvements to the Kunkel mutagenesis protocol for constructing primary and secondary phage-display libraries. Methods. 58 (1), 10-17 (2012).
- Chen, G., Sidhu, S. S. Design and generation of synthetic antibody libraries for phage display. Methods Mol Biol. 1131, 113-131 (2014).
- Padlan, E. A. Anatomy of the antibody molecule. Mol Immunol. 31 (3), 169-217 (1994).
- Virnekas, B., et al. Trinucleotide phosphoramidites: ideal reagents for the synthesis of mixed oligonucleotides for random mutagenesis. Nucleic Acids Res. 22 (25), 5600-5607 (1994).
- Fellouse, F. A., Sidhu, S. S. . Making and Using Antibodies: A Practical Handbook. , 157-180 (2006).
- Fantini, M., et al. Assessment of antibody library diversity through next generation sequencing and technical error compensation. PLoS One. 12 (5), e0177574 (2017).
- Glanville, J., et al. Deep sequencing in library selection projects: what insight does it bring?. Curr Opin Struct Biol. 33, 146-160 (2015).
- Perelson, A. S., Oster, G. F. Theoretical studies of clonal selection: minimal antibody repertoire size and reliability of self-non-self discrimination. J Theor Biol. 81 (4), 645-670 (1979).
- Miersch, S., et al. Scalable high throughput selection from phage-displayed synthetic antibody libraries. J Vis Exp. (95), e51492 (2015).
- Ponsel, D., Neugebauer, J., Ladetzki-Baehs, K., Tissot, K. High affinity, developability and functional size: the holy grail of combinatorial antibody library generation. Molecules. 16 (5), 3675-3700 (2011).
- Petering, J., McManamny, P., Honeyman, J. Antibody therapeutics – the evolving patent landscape. N Biotechnol. 28 (5), 538-544 (2011).
