大容量天然人源噬菌体抗体库的构建与筛选

来源 :中国疾病预防控制中心 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yp0202
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抗体技术经历了多克隆抗体血清、单克隆抗体、基因工程抗体的发展阶段,其中突出的进展是噬菌体抗体库技术的出现。抗体库技术源于噬菌体表面展示技术的发展,即将单链scFv或Fab抗体呈现在噬菌体表面。抗体库技术已成为筛选特异性抗体的强有力工具,尤其是大容量通用性噬菌抗体库的的构建和筛选技术在不断得到改进,其库的容量可达到10<13-14>,其应用范围也在不断扩展,为高通量快速筛选特异性抗体提供了简便和高效的可操作系统,使得不经免疫即可获得各种特异性抗体噬菌体抗体库分为合成抗体库、半合成抗体库和天然抗体库(免疫或非免疫抗体库)。从免疫库只能获得针对免疫抗原的抗体,比较理想的是构建无抗原偏向性的文库,可以针对多种人类抗原同时进行筛选。通过收获正常人外周血淋巴细胞、脾细胞、骨髓细胞等mRNA,扩增抗体基因克隆到噬菌体载体后形成的天然非免疫性通用性抗体库含有大量识别不同抗原的抗体基因。与杂交瘤技术和免疫库相比,其具有许多优点:可以分离到针对自身抗原、无免疫原性或毒性抗原的抗体;一个抗体库可以用于多种抗原筛选而获得多种抗体产生;在库容量足够大的时候可以获得高亲和力抗体。但是天然库也存在一些局限性:在库容量较小时分离到低亲和力抗体;构建抗体库时间比较长;抗体库的质量和大小受可变区基因表达情况的影响;B细胞捐赠者的免疫历史不清楚和IgM库潜在多样性的限制。 本研究利用噬菌体抗体库技术和Cre-Loxp定位重组系统,构建大容量天然噬菌体抗体库,用不同的抗原进行筛选以期获得人源化的抗体。在构建抗体库之前,我们对载体系统的功能从是否能够表达Fab抗体、抗体基因在载体系统内是否发生重组以及表达的抗体是否可以与特异的抗原反应三个方面进行了评价。首先将两种特异性的Fab抗体克隆——抗sARS冠状病毒核蛋白抗体(sARSFab)和抗汉坦病毒核蛋白抗体(HTNFab)轻链和重链基因交叉组合克隆到噬菌体载体pDF,构建两个无抗原反应功能的杂和克隆。杂和克隆在能分泌Cre重组酶的大肠杆菌菌株BSl365(试验组)和不能分泌Cre重组酶xLl-B1ue(对照组)进行重组实验,理论上试验组在重组酶的作用下会发生基因的重组,获得两种原始抗体,而对照组抗体基因不能发生重组。ELISA结果表明,在实验组挑取的55个克隆中,有23个克隆能够与抗人Fab抗体反应,大约占总数的45%,与预期的结果基本一致;而对照组无能够与抗人Fab抗体反应的克隆。在重组组挑选的12个克隆与sARs核蛋白进行免疫荧光试验,有5个克隆能够特异性的与SARS核蛋白反应,测序结果表明,5个克隆的轻链基因和重链基因与SARS核蛋白抗体克隆的重链和轻链基因完全一致。这些结果说明基因在载体系统内确实能够重组,表达的抗体具有Fab活性并且具有与特定抗原反应的能力,载体系统用来构建抗体库是可行的。 为了构建一个具有良好多样性的抗体库,我们采集50份正常人的外周血,分离淋巴细胞,提取细胞总RNA,反转录cDNA,以15对人源抗体基因引物扩增抗体轻重链基因,然后使用3对外延引物分别对重链和轻链进行二次扩增。首先将轻链基因按照人类抗体基因使用频率的比例混合(K:60%:40% HVKl19.2% HVK2 10.2% HVK3 30.6% HVLI 14.8%HVL2 13.2% HVL3 9.2%),插入到pDF质粒中,通过多次电转化XLI-Blue菌,铺板刮细菌收获含有1.3×10<8 >克隆的轻链库质粒,随机挑取克隆鉴定轻链库的插入率为100%,将重链按照人类抗体基因使用频率的比例(重链:HVHl 38%HVH2 34%HVH3 2%HVH4 26%)混合后插入轻链库质粒获得含有8.4×10<8 >克隆的初级噬菌体抗体库,随机挑取克隆鉴定插入率为100%。初级噬菌体抗体库以高感染复数(MOI>100:1)感染能分泌重组酶的大肠杆菌BSl365,使多个噬菌体同时感染一个细菌,低温诱导定点重组,收获的重组噬菌体抗体库以低感染复数(MOI<1:1)感染大肠杆菌XLI-Blue,噬菌体的基因型和表型得到统一,收获噬菌体获得含有9×10<10 >克隆 的噬菌体抗体库,随机挑取16个克隆鉴定,轻链和重链均有插入的有14个克隆,插入率为87.5%。随机挑选96个克隆测序,获得的序列结果表明没有重复的序列,序列分析表明HVKIV偏高,HVL2略有偏高,HVK I偏低,HVL1偏低,其余比例合适。对于H链,HVH3偏高,HVH1偏低,重链的CDR3变异比较大,长度4—20个氨基酸不等。 用埃博拉病毒核蛋白(ENP)、马尔堡病毒核蛋白(MNP)、拉沙热病毒核蛋白(L,NP)、立夫特谷热病毒核蛋白(RNP)、肿瘤坏死因子(TNF)、干扰素(IFN)、以及禽流感病毒H5N1血凝抗原(H5)7种重组抗原对抗体库进行高通量筛选,经4轮富集筛选后,进行抗原抗体反应的检测,总共获得107株具有人源Fab抗体克隆,其中47种克隆能够与筛选抗原反应。获得1株ENP抗原特异性人源Fab抗体,其基因型为VK I和VH5;3株IFN抗原特异性人源Fab抗体,其中1株抗体western-Blotting试验阳性,其基因型为VKIIIV和VH5;使用TNF筛选得到了3株与Fab抗体、TNF反应阳性克隆,但是生物学活性还需要进一步的验证。使用另外三种重组抗原MNP、LNP、RNP尽管获得了ELISA阳性的克隆,但是Western-Blotting和免疫荧光试验均为阴性。通过对H5抗原的筛选,比较了天然库与免疫库筛选的区别,试验结果表明从免疫库筛选特异性抗体,富集效果更加明显,筛选到的抗体与抗原的反应值也比较高。 本研究利用噬菌体抗体库技术和Cre-Loxp定位重组系统,构建了大容量的天然噬菌体抗体库并对抗体库的序列分布进行了分析,用7种重组抗原对抗体库进行筛选,获得了107株具有Fab活性的抗体克隆,1株特异性的针对ENP抗原,3株特异性的针对IFN抗原,从天然抗体库中筛选特异性的抗体时获得的抗体的反应值相对较低,有必要对抗体库进行进一步的改进和调整筛选的方法和条件。
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