上海交大陶生策團(tuán)隊與Abmart孟遜團(tuán)隊聯(lián)合開發(fā)超高通量抗體芯片并應(yīng)用于規(guī)?；贵w制備和腫瘤治療靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)
?????? 抗體作為一類重要的生物親和試劑，在生命科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)相關(guān)研究中不可或缺【1】。在高通量核酸測序技術(shù)的強(qiáng)大測序能力的推動下，目前已有大量物種的基因組被完全測序。針對這些物種，需要大量的抗體來推動后續(xù)研究【2】。但常規(guī)抗體制備技術(shù)費(fèi)時，費(fèi)力且耗費(fèi)不菲，一般一次只能制備一種抗體，無法滿足在較短的時間內(nèi)獲得大量抗體的迫切需求【3】。
?????? 2020年3月11日， Science Advances在線發(fā)表了上海交通大學(xué)陶生策團(tuán)隊和西北大學(xué)/Abmart公司孟遜團(tuán)隊合作的最新研究成果：An Array of 60,000 Antibodies for Proteome-Scale Antibody Generation and Target Discovery。
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?????? 本文作者研究開發(fā)了一款包含62,208種單克隆抗體的超高通量抗體芯片，并利用抗體的多特異性（multi-specificity）去發(fā)現(xiàn)和尋找新抗體。該芯片被用于了蛋白質(zhì)組水平的抗體制備、表型相關(guān)蛋白質(zhì)篩選以及腫瘤藥物靶向蛋白的發(fā)現(xiàn)等。這些單克隆抗體的免疫原來自400+類物種的3000+種蛋白質(zhì)的15000+個線性表位，通過30000+萬只小鼠的免疫、骨髓瘤細(xì)胞融合和篩選，最終形成了一個具有高度多樣性、經(jīng)過親和力成熟的抗體庫（圖1）。
圖1. PETAL抗體庫的構(gòu)建過程
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?????? 本研究基于所建立的抗體庫，構(gòu)建了超高通量的抗體芯片，包含62208種單克隆抗體，并聯(lián)合質(zhì)譜建立了規(guī)?；贵w制備以及鑒定表型相關(guān)蛋白質(zhì)的技術(shù)。首先，研究人員建立了規(guī)?；贵w制備的流程。基于高通量抗體芯片進(jìn)行細(xì)胞膜蛋白或核蛋白提取物的分析，然后采用pull-down聯(lián)合質(zhì)譜逐一鑒定陽性抗體所識別的抗原（圖2）。
圖2. 超高通量抗體芯片和抗體篩選方法學(xué)的建立
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?????? 基于該方法，研究者一次獲得了針對107個膜蛋白的149個單抗以及針對42個核蛋白的55個單抗。隨后，對這些抗體進(jìn)行了嚴(yán)格的特異性評估，并證明可適用于IF以及ChIP-Seq等應(yīng)用(圖3)。同時，研究人員發(fā)現(xiàn)該技術(shù)路徑可廣泛應(yīng)用于規(guī)模化制備其它多個物種的抗體，目前已測試了超過10個物種； 第二，用以鑒定表型相關(guān)蛋白質(zhì)。通過比較特定表型與對照之間的芯片信號差異以獲得抗體，并采用相同的方法鑒定抗原。研究人員成功地鑒定了19個與玉米發(fā)育相關(guān)的蛋白質(zhì)，以及6個與斑馬魚心臟損傷相關(guān)的蛋白質(zhì)。這種技術(shù)的優(yōu)勢在于可在鑒定到關(guān)鍵蛋白的同時獲得高質(zhì)量的單克隆抗體，用以后續(xù)的驗證和功能實驗。第三，用以獲得抗腫瘤抗體藥物的同時鑒定腫瘤靶標(biāo)蛋白。研究人員基于肺癌和癌旁組織進(jìn)行差異篩選，針對陽性抗體進(jìn)行腫瘤細(xì)胞內(nèi)吞和毒性實驗等功能驗證，獲得4個具有腫瘤特異殺傷作用的抗體，并鑒定了其靶標(biāo)蛋白。其中，針對CD44v9的單抗Pb44707進(jìn)行了細(xì)胞水平和小鼠模型等多層面的驗證，發(fā)現(xiàn)該抗體具有較好的抗腫瘤藥物潛力。
圖3. 規(guī)?；贵w組的制備和抗體質(zhì)量評估
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?????? 綜上所述，該研究所開發(fā)的超高通量抗體芯片及所建立的方法在概念是一種突破，充分利用了抗體的多特異性來發(fā)現(xiàn)新的抗體，以前雖有零星的相關(guān)研究，但只有本研究第一次提供了一個可行的實現(xiàn)途徑。在該研究之前的抗體芯片一張芯片一般最多包含~1000種抗體，本研究是其的~60倍，在技術(shù)也是一個很大的進(jìn)步。該研究所建立的抗體芯片可廣泛用于規(guī)模化抗體制備、表型相關(guān)蛋白的鑒定以及治療抗體和靶標(biāo)蛋白的發(fā)現(xiàn)等領(lǐng)域。
?????? 本項研究的共同第一作者是西北大學(xué)/Abmart王朝暉博士、上海交通大學(xué)博士研究生李陽、西北大學(xué)/Abmart/德琪醫(yī)藥侯冰博士、以及美國杜克大學(xué)的Mira I. Pronobis. 西北大學(xué)/Abmart孟遜博士和上海交大陶生策研究員為本文通訊作者。
?????? 本研究得到了西北大學(xué)特聘教授基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃以及國家自然科學(xué)基金等的資助。
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全文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/6/11/eaax2271
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稿件來源：陶生策課題組
圖文編輯：王華瑤
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