Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Isolate một scFv nanomolar ức chế hoạt động endopeptidase của độc tố botulinum A, thông qua phương pháp panning một vòng của thư viện phage hiển thị có nguồn gốc từ khỉ macaque
Tóm tắt
Độc tố thần kinh botulinum A (BoNT/A), chủ yếu được đại diện bởi kiểu phụ A1, là chất độc nhất được biết đến. Nó gây ra ngộ độc thực phẩm tự nhiên, và nằm trong số những tác nhân sinh học có nguy cơ cao bị vũ khí hóa. Một số kháng thể trung hòa BoNT/A bằng cách nhắm vào chuỗi nặng của nó (BoNT/A-H) đã được phân lập trong quá khứ. Tuy nhiên, lần đầu tiên, một IgG (4LCA) gần đây được phân lập bằng công nghệ hybridoma và nhắm vào chuỗi nhẹ của BoNT/A (BoNT/A-L), đã được chứng minh là ức chế hoạt động endopeptidase của BoNT/A và bảo vệ in vivo chống lại BoNT/A. Trong nghiên cứu này, một thư viện phage hiển thị đã được xây dựng từ một con khỉ macaque (Macaca fascicularis) được tiêm chủng quá mức với BoNT/A-L nhằm mục đích phân lập scFv ức chế hoạt động endopeptidase của BoNT/A cho mục đích lâm sàng. Độ đa dạng của các scFv cấu thành thư viện bị hạn chế do sự hiện diện thường xuyên của các vị trí hạn chế trong các gen dự kiến sẽ là một phần của thư viện. Sau nhiều vòng sàng lọc với độ nghiêm ngặt tăng dần, như thường lệ trong công nghệ phage, thư viện bị quá tải bởi các phagemid mã hóa các scFv không hoàn chỉnh. Việc sàng lọc đã được thực hiện thành công lại với một vòng đơn với độ nghiêm ngặt cao. Đặc biệt, một trong các scFv bị phân lập, 2H8, đã liên kết với BoNT/A1 với độ ái lực 3,3 nM và ức chế một cách hiệu quả hoạt động endopeptidase của BoNT/A1. Chuỗi mã hóa cho 2H8 có độ đồng nhất 88% với các gen gốc người và điểm G trung bình của nó là -0,72, định lượng chất lượng giống người cao của 2H8. Sự hiện diện của các vị trí hạn chế trong nhiều chuỗi dự kiến sẽ là một phần của thư viện không cản trở việc phân lập một scFv, 2H8, thông qua một chiến lược panning đã được điều chỉnh. ScFv 2H8 đã ức chế hoạt động enzym endopeptidase của độc tố in vitro và sở hữu chất lượng giống người cần thiết cho phát triển lâm sàng. Khái quát hơn, việc xây dựng và sàng lọc các thư viện phage hiển thị được xây dựng từ các động vật linh trưởng không người có vú tiêm chủng nhiều lần là một giải pháp hiệu quả để phân lập các đoạn kháng thể có tiềm năng điều trị.
Từ khóa
#Botulinum neurotoxin A; scFv; endopeptidase; phage display; antibody fragments; therapeutic potential.Tài liệu tham khảo
Arnon SS, Schechter R, Inglesby TV, Henderson DA, Bartlett JG, Ascher MS, Eitzen E, Fine AD, Hauer J, Layton M, et al: Botulinum toxin as a biological weapon: medical and public health management. Jama. 2001, 285: 1059-1070.
Gill DM: Bacterial toxins: a table of lethal amounts. Microbiol Rev. 1982, 46: 86-94.
Lim EC, Seet RC: Use of botulinum toxin in the neurology clinic. Nat Rev Neurol. 2010, 6: 624-636.
Smith LA: Botulism and vaccines for its prevention. Vaccine. 2009, 27 (Suppl 4): D33-39.
DasGupta BR: Botulinum and tetanus neurotoxins: neurotransmission and biomedical aspects. 1993, New York: Plenum Press
Black RE, Gunn RA: Hypersensitivity reactions associated with botulinal antitoxin. Am J Med. 1980, 69: 567-570.
Nowakowski A, Wang C, Powers DB, Amersdorfer P, Smith TJ, Montgomery VA, Sheridan R, Blake R, Smith LA, Marks JD: Potent neutralization of botulinum neurotoxin by recombinant oligoclonal antibody. Proc Natl Acad Sci USA. 2002, 99: 11346-11350.
Razai A, Garcia-Rodriguez C, Lou J, Geren IN, Forsyth CM, Robles Y, Tsai R, Smith TJ, Smith LA, Siegel RW, et al: Molecular evolution of antibody affinity for sensitive detection of botulinum neurotoxin type A. J Mol Biol. 2005, 351: 158-169.
Kalb SR, Lou J, Garcia-Rodriguez C, Geren IN, Smith TJ, Moura H, Marks JD, Smith LA, Pirkle JL, Barr JR: Extraction and inhibition of enzymatic activity of botulinum neurotoxins/A1, /A2, and /A3 by a panel of monoclonal anti-BoNT/A antibodies. Plos one. 2009, 4: e5355-
Conway JO, Sherwood LJ, Collazo MT, Garza JA, Hayhurst A: Llama single domain antibodies specific for the 7 botulinum neurotoxin serotypes as heptaplex immunoreagents. Plos one. 2010, 5: e8818-
Amersdorfer P, Wong C, Chen S, Smith T, Deshpande S, Sheridan R, Finnern R, Marks JD: Molecular characterization of murine humoral immune response to botulinum neurotoxin type A binding domain as assessed by using phage antibody libraries. Infect Immun. 1997, 65: 3743-3752.
Dolimbek BZ, Aoki KR, Steward LE, Jankovic J, Atassi MZ: Mapping of the regions on the heavy chain of botulinum neurotoxin A (BoNT/A) recognized by antibodies of cervical dystonia patients with immunoresistance to BoNT/A. Mol Immunol. 2007, 44: 1029-1041.
Kozaki S, Miki A, Kamata Y, Ogasawara J, Sakaguchi G: Immunological characterization of papain-induced fragments of Clostridium botulinum type A neurotoxin and interaction of the fragments with brain synaptosomes. Infect Immun. 1989, 57: 2634-2639.
Cheng LW, Stanker LH, Henderson TD, Lou J, Marks JD: Antibody protection against botulinum neurotoxin intoxication in mice. Infect Immun. 2009, 77: 4305-4313.
Adekar SP, Takahashi T, Jones RM, Al-Saleem FH, Ancharski DM, Root MJ, Kapadnis BP, Simpson LL, Dessain SK: Neutralization of botulinum neurotoxin by a human monoclonal antibody specific for the catalytic light chain. Plos one. 2008, 3: e3023-
Dong J, Thompson AA, Fan Y, Lou J, Conrad F, Ho M, Pires-Alves M, Wilson BA, Stevens RC, Marks JD: A single-domain llama antibody potently inhibits the enzymatic activity of botulinum neurotoxin by binding to the non-catalytic alpha-exosite binding region. J Mol Biol. 2010, 397: 1106-1118.
Chassagne S, Laffly E, Drouet E, Herodin F, Lefranc MP, Thullier P: A high-affinity macaque antibody Fab with human-like framework regions obtained from a small phage display immune library. Mol Immunol. 2004, 41: 539-546.
Laffly E, Danjou L, Condemine F, Vidal D, Drouet E, Lefranc MP, Bottex C, Thullier P: Selection of a macaque Fab with framework regions like those in humans, high affinity, and ability to neutralize the protective antigen (PA) of Bacillus anthracis by binding to the segment of PA between residues 686 and 694. Antimicrob Agents Chemother. 2005, 49: 3414-3420.
Pelat T, Hüst M, Laffly E, Condemine F, Bottex C, Vidal D, Lefranc MP, Dübel S, Thullier P: High-affinity, human antibody-like antibody fragment (single-chain variable fragment) neutralizing the lethal factor (LF) of Bacillus anthracis by inhibiting protective antigen-LF complex formation. Antimicrob Agents Chemother. 2007, 51: 2758-2764.
Pelat T, Hüst M, Hale M, Lefranc MP, Dübel S, Thullier P: Isolation of a human-like antibody fragment (scFv) that neutralizes ricin biological activity. BMC Biotechnol. 2009, 9: 60-
Schütte M, Thullier P, Pelat T, Wezler X, Rosenstock P, Hinz D, Kirsch MI, Hasenberg M, Frank R, Schirrmann T, et al: Identification of a putative Crf splice variant and generation of recombinant antibodies for the specific detection of Aspergillus fumigatus. PLoS One. 2009, 4: e6625-
Pelat T, Bedouelle H, Rees AR, Crennell SJ, Lefranc MP, Thullier P: Germline humanization of a non-human primate antibody that neutralizes the anthrax toxin, by in vitro and in silico engineering. J Mol Biol. 2008, 384: 1400-1407.
Pelat T, Thullier P: Non-human primate immune libraries combined with germline humanization: an (almost) new, and powerful approach for the isolation of therapeutic antibodies. Mabs. 2009, 1: 377-381.
Thullier P, Huish O, Pelat T, Martin AC: The humanness of macaque antibody sequences. J Mol Biol. 2010, 396: 1439-1450.
Abbas AK, Lichtman AH, Pillai S: Cellular and molecular immunology. 2007, Philadelphia: Saunders Elsevier, 6
Thullier P, Chahboun S, Pelat T: A comparison of human and macaque (Macaca mulatta) immunoglobulin germline V regions and its implications for antibody engineering. Mabs. 2010, 2: 528-538.
Hill KK, Smith TJ, Helma CH, Ticknor LO, Foley BT, Svensson RT, Brown JL, Johnson EA, Smith LA, Okinaka RT, et al: Genetic diversity among Botulinum Neurotoxin-producing clostridial strains. J Bacteriol. 2007, 189: 818-832.
Heng BC, Cao T: Making cell-permeable antibodies (Transbody) through fusion of protein transduction domains (PTD) with single chain variable fragment (scFv) antibodies: potential advantages over antibodies expressed within the intracellular environment (Intrabody). Med Hypotheses. 2005, 64: 1105-1108.
Takahashi T, Joshi SG, Al-Saleem F, Ancharski D, Singh A, Nasser Z, Simpson LL: Localization of the sites and characterization of the mechanisms by which anti-light chain antibodies neutralize the actions of the botulinum holotoxin. Vaccine. 2009, 27: 2616-2624.
Pelat T, Hüst M, Thullier P: Obtention and engineering of non-human primate (NHP) antibodies for therapeutics. Mini Rev Med Chem. 2009, 9: 1633-1638.
Thanongsaksrikul J, Srimanote P, Maneewatch S, Choowongkomon K, Tapchaisri P, Makino S, Kurazono H, Chaicumpa W: A V H H that neutralizes the zinc metalloproteinase activity of botulinum neurotoxin type A. J Biol Chem. 2010, 285: 9657-9666.
Finnern R, Pedrollo E, Fisch I, Wieslander J, Marks JD, Lockwood CM, Ouwehand WH: Human autoimmune anti-proteinase 3 scFv from a phage display library. Clin Exp Immunol. 1997, 107: 269-281.
Kulkeaw K, Sakolvaree Y, Srimanote P, Tongtawe P, Maneewatch S, Sookrung N, Tungtrongchitr A, Tapchaisri P, Kurazono H, Chaicumpa W: Human monoclonal ScFv neutralize lethal Thai cobra, Naja kaouthia, neurotoxin. J Proteomics. 2009, 72: 270-282.
Hunt AR, Frederickson S, Hinkel C, Bowdish KS, Roehrig JT: A humanized murine monoclonal antibody protects mice either before or after challenge with virulent Venezuelan equine encephalomyelitis virus. J Gen Virol. 2006, 87: 2467-2476.
Goodchild SA, O'Brien LM, Steven J, Muller MR, Lanning OJ, Logue CH, D'Elia RV, Phillpotts RJ, Perkins SD: A humanised murine monoclonal antibody with broad serogroup specificity protects mice from challenge with Venezuelan equine encephalitis virus. Antiviral Res. 2011, 90: 1-8.
Hu WG, Phelps AL, Jager S, Chau D, Hu CC, O'Brien LM, Perkins SD, Gates AJ, Phillpotts RJ, Nagata LP: A recombinant humanized monoclonal antibody completely protects mice against lethal challenge with Venezuelan equine encephalitis virus. Vaccine. 2010, 28: 5558-5564.
Hüst M, Meyer T, Voedisch B, Rülker T, Thie H, El-Ghezal A, Kirsch MI, Schütte M, Helmsing S, Meier D, et al: A human scFv antibody generation pipeline for proteome research. J Biotechnol. 2011, 152: 159-170.
Kirsch MI, Hülseweh B, Nacke C, Rülker T, Schirrmann T, Marschall HJ, Hüst M, Dübel S: Development of human antibody fragments using antibody phage display for the detection and diagnosis of Venezuelan equine encephalitis virus (VEEV). BMC Biotechnol. 2008, 8: 66-
Rondot S, Koch J, Breitling F, Dübel S: A helper phage to improve single-chain antibody presentation in phage display. Nat Biotechnol. 2001, 19: 75-78.
Soltes G, Hüst M, Ng KK, Bansal A, Field J, Stewart DI, Dübel S, Cha S, Wiersma EJ: On the influence of vector design on antibody phage display. J Biotechnol. 2007, 127: 626-637.
Barbas CF: Phage display: a laboratory manual. 2001, Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press
Karlsson R, Michaelsson A, Mattsson L: Kinetic analysis of monoclonal antibody-antigen interactions with a new biosensor based analytical system. J Immunol Methods. 1991, 145: 229-240.
Schuck P, Minton AP: Analysis of mass transport-limited binding kinetics in evanescent wave biosensors. Anal Biochem. 1996, 240: 262-272.
Abhinandan KR, Martin AC: Analyzing the "degree of humanness" of antibody sequences. J Mol Biol. 2007, 369: 852-862.
Jones RG, Ochiai M, Liu Y, Ekong T, Sesardic D: Development of improved SNAP25 endopeptidase immuno-assays for botulinum type A and E toxins. J Immunol Methods. 2008, 329: 92-101.