2012年9月13日 訊 /生物谷BIOON/ --來自美國(guó)斯克里普斯研究所(Scripps Research Institute)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種新技術(shù)而應(yīng)當(dāng)能夠極大地加速開發(fā)出醫(yī)學(xué)和科學(xué)上有用的抗體,。這種發(fā)現(xiàn)抗體的新方法比較重要,，這是因?yàn)榭贵w是人類治療中最快成長(zhǎng)的一個(gè)領(lǐng)域,。相關(guān)研究近期在線刊登在PNAS期刊上。這項(xiàng)新研究能夠允許研究人員搜索大的抗體庫(kù)和快速地選擇具有特定生物效應(yīng)的抗體,。它也能夠構(gòu)建不同尋常的非對(duì)稱性抗體,，并且這些抗體的能力超過自然抗體,。研究人員通過利用這種技術(shù)找到一種幾乎完美地模擬促紅細(xì)胞生成素(erythropoietin, EPO)活性的不對(duì)稱性抗體而證實(shí)了它的威力,。
20年之前，科學(xué)家們首次開發(fā)出產(chǎn)生非常大的組合抗體庫(kù)并且快速分離出結(jié)合到特定靶標(biāo)上的那些抗體的技術(shù),。從那之后,，這些技術(shù)就被用來尋找治療癌癥、關(guān)節(jié)炎、移植排斥和其他疾病的抗體,。
然而,，當(dāng)前的抗體發(fā)現(xiàn)技術(shù)也有一個(gè)大的缺點(diǎn)。盡管他們能夠快速地找到緊密結(jié)合到一種已知靶標(biāo)的抗體,，但是他們不能快速地確定哪些抗體擁有生物學(xué)活性,。
在這項(xiàng)新的研究中，論文通信作者Richard Lerner和他博士后研究員Hongkai Zhang尋找一種快速地發(fā)現(xiàn)抗體在細(xì)胞上發(fā)揮特定效應(yīng)的方法,，而不僅僅是具有結(jié)合到一個(gè)特定靶標(biāo)的能力,。為此，他們旨在發(fā)現(xiàn)一種能夠模擬EPO活性的抗體,。EPO是一種促進(jìn)紅細(xì)胞產(chǎn)生的激素,。
Zhang利用傳統(tǒng)技術(shù)開始快速地篩選一個(gè)大的抗體庫(kù)以便發(fā)現(xiàn)數(shù)以萬計(jì)的緊密結(jié)合到EPO受體的抗體。他然后獲得編碼這些結(jié)合到EPO受體的抗體基因,，并把這些基因插入到慢病毒之中,。不同于傳統(tǒng)方法利用的噬菌體，慢病毒能夠有效地感染哺乳動(dòng)物細(xì)胞,，并把抗體轉(zhuǎn)運(yùn)到一種類似于人細(xì)胞的環(huán)境之中,。
Zhang將這種新的編碼抗體的慢病毒庫(kù)加入到大量的哺乳動(dòng)物測(cè)試細(xì)胞之中。這些細(xì)胞能夠表達(dá)EPO受體,，并且當(dāng)這些受體被蛋白EPO或者有效地模擬EPO的抗體結(jié)合時(shí),，它們?nèi)匀荒軌蛟鲋场＿@些細(xì)胞中的每個(gè)最多只容納幾個(gè)病毒顆粒,，因此Zhang以這種方式能夠?qū)⒄麄€(gè)結(jié)合EPO受體的抗體庫(kù)廣泛地分布到細(xì)胞培養(yǎng)物之中,。Zhang也采用一種特殊的方法培養(yǎng)這些細(xì)胞以便能夠阻止一個(gè)細(xì)胞分泌的抗體輕易地?cái)U(kuò)散至附近的細(xì)胞而混淆其中的因果關(guān)系。
在慢病毒將抗體運(yùn)送到體外培養(yǎng)的細(xì)胞之后,，Zhang能夠注意到哪些細(xì)胞增殖能力最強(qiáng)---這表明模擬EPO的抗體的確存在,。為了鑒定出模擬EPO活性的抗體，Zhang不只是收集更加快速生長(zhǎng)的細(xì)胞,，還對(duì)它們內(nèi)部的抗體基因進(jìn)行測(cè)序,。
這種方法快速地獲得一種抗體。在進(jìn)一步的測(cè)試中,，它表現(xiàn)出自然EPO的大約60%的生物學(xué)活性,。
但是Zhang和Lerner 也注意到，很多增殖細(xì)胞被多個(gè)慢病毒顆粒感染,，因而含有不止一個(gè)抗體的序列,。令人迷惑的是，Zhang發(fā)現(xiàn)當(dāng)他利用這些序列重建抗體時(shí),，然后對(duì)它們進(jìn)行單獨(dú)或組合測(cè)試,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們沒有表現(xiàn)出任何模擬EPO活性的顯著性效應(yīng)。進(jìn)一步測(cè)試證實(shí)在測(cè)試細(xì)胞中表現(xiàn)出模擬EPO活性的抗體并不是自然發(fā)生的。
在這項(xiàng)研究中所使用的抗體具有Y形狀的結(jié)構(gòu),，通常擁有兩個(gè)完全相同的臂部,。但是在Zhang培養(yǎng)的一些測(cè)試細(xì)胞內(nèi)存在多個(gè)抗體基因，這意味著在一些情形下,，抗體自我組裝并且擁有不同的結(jié)合臂部,。經(jīng)證實(shí)這些雙特異性抗體中的一個(gè)抗體以一種準(zhǔn)確地模擬自然EPO分子結(jié)合的方式結(jié)合到EPO受體---含有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)---上。
這些發(fā)現(xiàn)在理論上能夠?qū)⑨t(yī)學(xué)和科學(xué)抗體庫(kù)從1千億個(gè)左右的同臂抗體分子擴(kuò)展到天文學(xué)上更高數(shù)量的雙特異性抗體變體,。(生物谷Bioon.com)
doi: 10.1073/pnas.1214275109
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Selection of antibodies that regulate phenotype from intracellular combinatorial antibody libraries
Hongkai Zhang, Ian A. Wilson, and Richard A. Lerner
A method is presented that uses combinatorial antibody libraries to endow cells with new binding energy landscapes for the purpose of regulating their phenotypes. Antibodies that are expressed in cells infected with a lentiviral combinatorial antibody library are selected directly for function rather than only for binding. The potential diversity space can be very large because more than one lentivirus can infect a single cell. Thus, the initial combinatorial diversity of ∼1.0 × 1011 members generated by the random association of antibody heavy and light chains is greatly increased by the reassortment of the antibody Fv domains themselves inside cells. The power of the system is illustrated by its ability to select unusual antibodies. Here, the selected antibodies are potent erythropoietin agonists whose ontogeny depends on recombination at the protein level of pairs of antibodies expressed in the same cell to generate heterodimeric bispecific antibodies. The obligate synergy between the different binding specificities of the antibody’s monomeric subunits appears to replicate the asymmetric binding mechanism of authentic erythropoietin.
