Generering van recombinant humaan IgG Monoclonal Antibodies uit Onsterfelijk gesorteerde B Cells
Summary
Synthesis of human monoclonal antibodies is the first step in studies aimed at unraveling the pathophysiological mechanisms of auto-antibody-mediated immune responses. We have developed a protocol to generate recombinant human immunoglobulin G (IgG) monoclonal antibodies from blood sorted B cells, including B-cell isolation, antibody cloning and in vitro synthesis.
Abstract
Finding new methods for generating human monoclonal antibodies is an active research field that is important for both basic and applied sciences, including the development of immunotherapeutics. However, the techniques to identify and produce such antibodies tend to be arduous and sometimes the heavy and light chain pair of the antibodies are dissociated. Here, we describe a relatively simple, straightforward protocol to produce human recombinant monoclonal antibodies from human peripheral blood mononuclear cells using immortalization with Epstein-Barr Virus (EBV) and Toll-like receptor 9 activation. With an adequate staining, B cells producing antibodies can be isolated for subsequent immortalization and clonal expansion. The antibody transcripts produced by the immortalized B cell clones can be amplified by PCR, sequenced as corresponding heavy and light chain pairs and cloned into immunoglobulin expression vectors. The antibodies obtained with this technique can be powerful tools to study relevant human immune responses, including autoimmunity, and create the basis for new therapeutics.
Introduction
Het doel van dit artikel is in detail te beschrijven een methode voor het genereren en karakteriseren van humane IgG monoklonale antilichamen verkregen uit humane perifere bloed mononucleaire cellen (PBMC).
De belangstelling voor de menselijke antilichamen studeren is gegroeid in veel verschillende gebieden van het onderzoek. Met name veel onderzoeksgroepen zijn geïnteresseerd in de pathologie veroorzaakt door auto-antilichamen 1-3. We hebben gekloneerd en gekarakteriseerd pathogene autoantilichamen 1. De studie van autoantilichamen kunnen helpen om hun doelen te identificeren en therapeutische strategieën te ontwikkelen, bijvoorbeeld door het gebruik deelnemer 4 antilichamen. Bovendien kan de studie van humane antilichamen ook interesse in andere onderzoeksgebieden, dat wil zeggen, om de immuunreactie na vaccinatie te evalueren 5, het antilichaamprofiel van individuen die werden blootgesteld en werd resistent tegen specifieke pathogenen 6 of een studie karakteriseren welke antilichamen inde natuurlijke repertoire 7,12.
Verscheidene technieken zijn ontwikkeld om recombinante humane monoklonale antilichamen 8-12 genereren; de meeste van deze te gebruiken faagdisplay en B-cel immortalisatie. Het gebruik van faagdisplay is uitgebreid toegepast voor de ontdekking van nieuwe antilichamen 13. Zij heeft echter een groot nadeel, namelijk dat de zware en lichte keten paren van de humane immunoglobuline wordt gedissocieerd in het proces. Productie van hybridoma's met humane B cellen of EBV transformatie ondervangt dit bezwaar.
We gebruiken infectie van thymus B-cellen met EBV in combinatie met polyklonale B-cel stimulatie via Toll-like receptor 9 (TLR-9) 6,12.
In dit artikel beschrijven we in detail de technologie die we gebruiken voor de ontwikkeling van IgG humane antilichamen, met een compleet overzicht van alle stappen van PBMC isolatie om de in vitro antilichaam generatie. Dezeprotocol kan worden gebruikt voor de analyse van elk type humaan IgG profiel. In ons laboratorium hebben B cellen die IgG antilichamen met succes gescheiden van de rest van PBMCs na sortering. Vijftig gesorteerd 8 B-cellen kunnen vervolgens worden uitgeplaat in multi-well platen en geïmmortaliseerd door EBV en TLR-9 activering gedurende de klonale expansie van afzonderlijke B-cellen. Zoals voedingscellen zijn fibroblasten van humane embryonale longweefsel gebruikt, cellijn WI38, waarbij de visualisatie van de geïmmortaliseerde B-cellen vergemakkelijkt. Uit deze B-cellen, kunnen de sequenties van de zware en lichte ketens van het immunoglobuline worden verkregen door PCR, en genen de antilichamen "immunoglobuline G gekloneerd in expressievectoren en in vitro geproduceerd. Met deze techniek kan enige antilichamen met dezelfde antilichaamsequentie in de donor worden bestudeerd.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dit manuscript worden alle stappen voor het genereren van IgG-antilichamen uit humane PBMCs gedetailleerd besproken. Dit protocol bevat een aantal voordelen ten opzichte van eerder gepubliceerde technieken. Eén van de voordelen is dat de aanwezigheid van antilichamen houdt de zware en lichte ketens die overeenkomen met de oorspronkelijke pair in de B-cel kloon. De identificatie van IgG-antilichamen kan worden uitgevoerd in elk type van menselijke donor, en er is geen behoefte aan verergering van de immuunrespons doo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Onderzoek contract Miguel Servet (ISCIII CD14 / 00032) naar (GN-G.). Fellowship uit Nederland Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek "Graduate School Translationele Neurowetenschappen Program" (022005019) tot (CH).
Subsidies van het Prinses Beatrix Fonds (Project WAR08-12) en de Association Française contre les Myopathies naar (PM-M.); alsmede door een Veni Fellowship van Nederland Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (916.10.148) een gemeenschap van de Hersenstichting Nederland (FS2008 (1) -28) en het Prinses Beatrix Fonds (Project WAR08-12) (ML ).
Wij danken Jozien Jaspers voor haar hulp in de B-celsortering door middel van flowcytometrie.
Materials
| Histopaque-1077 | Sigma-Aldrich | 10771 | solution containing polysucrose and sodium diatrizoate |
| FACSAria II cell sorter | BD Biosciences | ||
| 96 U-bottom micro well plates | Costar | 3799 | |
| Advanced Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 medium | Gibco, Life Technologies | 12633-020 | |
| 30% v/v EBV-containing supernatant of the B95-8 cell line | ATCC | CRL-1612 | 3.4 x 108 copies/ml |
| CpG2006 | Invivogen | ODN 7909 | |
| Wi38 cells | Sigma-Aldrich | 90020107 | |
| Interleukin-2 | Roche | 10799068001 | |
| ELISA plates | Greiner Bio-One, Microlon | 655092 | |
| AffiniPure F(ab')2 Fragment Goat Anti-Human IgG, Fcγ Fragment Specific (unconjugated) | Jackson ImmunoResearch | 109-006-008 | |
| 4% non-fat dry milk (Blotting Grade Blocker) | Biorad | 170-6404 | |
| Human IgG | Sigma | I 2511 | HUMAN IgG purified Immunoglobulin, 5.6 mg/ml |
| Goat F(ab)2 antihuman IgG Fcγ (conjugated with peroxidase (PO)) | Jackson ImmunoResearch | 109-036-008 | |
| ELISA reader (Perkin Elmer 2030) | Perkin Elmer | 2030-0050 | |
| Peroxidase-conjugated AffiniPure Rabbit Anti-Human IgM, Fc5µ | Jackson ImmunoResearch | 309-035-095 | |
| SuperScript III Cells Direct cDNA Synthesis System | Invitrogen | 18080-200 | |
| Applied Biosystems (ABI) GeneAm PCR System 2700 | Applied Biosystems | ||
| High Pure RNA Isolation Kit | Roche | 11828665001 | |
| Reverse transcription system kit | Promega | A3500 | |
| Recombinant Taq DNA Polymerase | TAKARA | R001A | |
| Primers (2μl) | Sigma | ||
| Ultrapure Agarose | Invitrogen | 16500-500 | |
| 100 bp ladder | Invitrogen | 15628-019 | |
| Quantity One 4.5.2 (Gel Doc 2000) | Biorad | 170-8100 | |
| QIAquick PCR purification kit | QIAGEN | 28106 | |
| BigDye Terminator v3.1 cycle sequencing kit | Applied Biosystems | 4337455 | |
| 0.1 ml reaction plate (MicroAMP Optical 96-well) | Applied Biosystems | 4346906 | |
| Genetic analyser ABI300 | Applied Biosystems | 4346906 | |
| DH5α competent cells (E. coli) | Invitrogen | 18263-012 | |
| pFUSEss-CHIg-hG1 (4493 bp) | Invivogen | pfusess-hchg1 | |
| pFUSEss-CHIg-hG4 (4484 bp) | Invivogen | pfusess-hchg4 | |
| pFUSE2ss-CLIg-hk (3875 bp) | Invivogen | pfuse2ss-hclk | |
| pFUSE2ss-CLIg-hl2 (3883 bp) | Invivogen | pfuse2ss-hcll2 | |
| SOC medium | Invitrogen | 15544-034 | |
| LB-based agar medium supplemented with Zeocin (Fast-Media Zeo Agar) | Invivogen | fas-zn-s | |
| Terrific Broth (TB)-based liquid medium supplemented with Zeocin (Fast-Media Zeo TB) | Invivogen | fas-zn-l | |
| DNA Miniprep kit | Omega Bio Technology | D6942-02 | |
| Nanodrop (ND1000 Spectrophotometer) | Nanodrop | ||
| LB-based agar medium supplemented with Blasticidin (Fast-Media Blast Agar) | Invivogen | fas-bl-s | |
| Terrific Broth (TB)-based liquid medium supplemented with Blasticidin (Fast-Media Blast TB) | Invivogen | fas-bl-l | |
| EcoRI | New England Biolabs | R0101S | 20,000 U/ml, in 10x NEBuffer EcoRI |
| NheI | New England Biolabs | R0131S | 10,000 U/ml, in 10x NEBuffer 2.1 |
| 2-Log DNA ladder | New England Biolabs | N3200S | 0.1-10.0 kb, 1,000 μg/ml |
| XmaI | New England Biolabs | R0180S | 10,000 U/ml, in 10x CutSmart Buffer |
| BsiWI | New England Biolabs | R0553S | 10,000 U/ml, in 10x NEBuffer 3.1 |
| AvrII | New England Biolabs | R0174S | 5,000 U/ml, in 10x CutSmart Buffer |
| FastAP Thermosensitive Alkaline Phosphatase | Thermo Scientific | EF0651 | 1 U/µL, in 10x FastAP Buffer |
| DH5α competent cells | Invitrogen | 18263-012 | |
| PE Mouse Anti-Human IgG | BD Pharmingen | 555787 | |
| anti-CD22, PerCP-Cy5.5, Clone: HIB22 | Fisher scientific | BDB563942 | |
| QIAprep Spin Miniprep Kit | QIAGEN | 27106 | |
| BigDye Terminator v3.1 | Applied Biosystems | 4337455 |
References
- Vrolix, K., et al. Clonal heterogeneity of thymic B cells from early-onset myasthenia gravis patients with antibodies against the acetylcholine receptor. J Autoimmun. 52, 101-112 (2014).
- Yamashita, M., Katakura, Y., Shirahata, S. Recent advances in the generation of human monoclonal antibody. Cytotechnology. 55 (2-3), 55-60 (2007).
- Pereira, K. M., Dellavance, A., Andrade, L. E. The challenge of identification of autoantibodies specific to systemic autoimmune rheumatic diseases in high throughput operation: Proposal of reliable and feasible strategies. Clin Chim Acta. 437, 403-410 (2014).
- Losen, M., et al. Treatment of myasthenia gravis by preventing acetylcholine receptor modulation. Ann N Y Acad Sci. 1132, 174-179 (2008).
- Smith, K., et al. Rapid generation of fully human monoclonal antibodies specific to a vaccinating antigen. Nat Protoc. 4 (3), 372-384 (2009).
- Fraussen, J., et al. A novel method for making human monoclonal antibodies. J Autoimmun. 35 (2), 130-134 (2010).
- Traggiai, E., et al. An efficient method to make human monoclonal antibodies from memory B cells: potent neutralization of SARS coronavirus. Nat Med. 10 (8), 871-875 (2004).
- Fraussen, J., et al. Autoantigen induced clonal expansion in immortalized B cells from the peripheral blood of multiple sclerosis patients. J Neuroimmunol. 261 (1-2), 98-107 (2013).
- Yamashita, M., et al. Different individual immune responses elicited by in vitro immunization. Cytotechnology. 40 (1-3), 161-165 (2002).
- Hui-Yuen, J., Koganti, S., Bhaduri-McIntosh, S. Human B cell immortalization for monoclonal antibody production. Methods Mol Biol. 1131, 183-189 (2014).
- Tiller, T., et al. Efficient generation of monoclonal antibodies from single human B cells by single cell RT-PCR and expression vector cloning. J Immunol Methods. 329 (1-2), 112-124 (2008).
- Lanzavecchia, A., Corti, D., Sallusto, F. Human monoclonal antibodies by immortalization of memory B cells. Curr Opin Biotechnol. 18 (6), 523-528 (2007).
- Traggiai, E. Immortalization of human B cells: analysis of B cell repertoire and production of human monoclonal antibodies. Methods Mol Biol. 901, 161-170 (2012).
- Strober, W., et al. Monitoring cell growth. Curr Protoc Immunol / edited by. John E. Coligan … [et al.]. Appendix 3, Appendix 3A (2001).
- Ibrahim, S. F., van den Engh, G. Flow cytometry and cell sorting. Adv Biochem Eng Biotechnol. 106, 19-39 (2007).
- Leith, J. T., Padfield, G., Faulkner, L. E., Quinn, P., Michelson, S. Effects of feeder cells on the X-ray sensitivity of human colon cancer cells. Radiother Oncol. 21 (1), 53-59 (1991).
- Hui-Yuen, J., McAllister, S., Koganti, S., Hill, E., Bhaduri-McIntosh, S. Establishment of Epstein-Barr virus growth-transformed lymphoblastoid cell lines. J Vis Exp. (57), 3321 (2011).
- Smith, L. M., et al. Fluorescence detection in automated DNA sequence analysis. Nature. 321 (6071), 674-679 (1986).
