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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Das
Gebiet der Erfindung ist die Agglutination von Zellen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Jedes
Jahr werden 10 Millionen von Blutkonserven weltweit gesammelt und
eine gleiche Anzahl von Patienten empfängt diese Blutkonserven als
Transfusionen. Jede Konserve an gesammeltem Blut und jeder Patient
müssen
im Hinblick auf das Rh-Antigen typisiert werden, um ein Zusammenpassen
vor der Transfusion sicherzustellen. Das ID-Mikro-Typisierungssystem,
offenbart in US-Patent Nr. 5,338,689 (Ortho Diagnostics, Inc.) stellt
ein simplifiziertes Verfahren zum Antigen-Typifizieren von roten
Blutzellen zur Verfügung.
Weitere mikro-typisierende Kartierungssysteme sind im Stand der
Technik auch bekannt. Beispielsweise ist ein DiaMed AG Kartierungssystem
von Cressier, Schweiz, verfügbar,
welches als das DiaMed-ID Mikro-Typisierungssystem bekannt ist.
Darüber
hinaus ist eine Bio Vue-Karte verfügbar von Ortho Diagnostics.
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In
einem konventionellen Blut-Typisierungstest werden Tropfen von zu
typisierendem Serum rote Blutzellen von Spendern oder Empfängern in
Testtuben (Testtubes) platziert und gemeinsam inkubiert. Überschüssiges unreagiertes
Serum wird weggewaschen und ein Tropfen von Kaninchen anti-IgG-Antikörper (Coomb's Reagenz) wird zur
Mischung hinzugegeben, um Agglutination zwischen Zellen zu induzieren,
welche das Typisierungsreagenz gebunden haben können. Dieser Test ist als ein
indirekter Agglutinationstest oder ein indirekter Coomb's-Test bekannt. Die
Agglutination wird ausgewertet durch kurzes Zentrifugieren der Zellen
und mildes Schütteln
der einzelnen Tuben nacheinander über einem konkaven Spiegel
und Beobachten des Vorliegens von roten Blutkörper-Agglutinationen, wenn
die Zellen zu einer Suspension zurückkehren. Mikrowell-Arrays
in Mikroplatten können
anstelle der Testtuben verwendet werden.
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In
dem Mikro-Typisierungssystem werden die roten Blutkörperchen
in einer gesteuerten Art und Weise durch ein Dextran-Acrylamidgel
und Coomb's-Reagenz
vorgelegt in einer speziell konzipierten Mikrotube zentrifugiert.
Gemessene Volumina von Serum oder Plasma und/oder roten Blutkörperchen
werden in die Reaktionskammer der Mikrotube eingebracht. Falls nötig wird
die Karte inkubiert und anschließend zentrifugiert. Die agglutinierten
roten Blutkörperchen
werden in oder oberhalb des Gels eingefangen und nicht agglutinierte
rote Blutkörperchen
wandern durch die Gelpartikel und bilden einen Niederschlag am Boden
der Mikrotube.
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In
einem zweiten Typ eines Blutgruppenbestimmungs-Systems beschrieben
in WO9531731 A wird ein Verfahren zum Detektieren von Blutgruppen-Antigenen
offenbart. Das Verfahren umfasst das Zugeben einer Probe von roten
Blutkörperchen
zu einer Reaktionstube, welche eine Längsachse aufweist und ein Reaktionsmedium
enthält,
das aus verschiedenen Partikeln besteht, welche Immunoglobulin-bindende
Liganden ausgewählt
aus Protein A, Protein G, Protein A/G, oder ein universelles Kappa-leichte
Ketten-bindendes Protein aufweisen, wobei die Liganden an die Oberfläche der
Partikel gekoppelt sind sowie einen Antikörper, optional einen verbrückender
Antikörper
spezifisch für
das Antigen, gekoppelt an den Liganden auf den Partikeln. Die Reaktionstube
wird über
eine Zeit zentrifugiert, welche hinreichend ist, um die roten Blutkörperchen
zu entfernen, welche nicht an den Antikörper in der Form eines Niederschlages
am Boden der Tube gebunden sind. Das Anbinden der roten Blutkörperchen
oder das fehlende Anbinden der roten Blutkörperchen wird nachgewiesen
und das Anbinden wird mit dem Vorliegen des Antigens korreliert.
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Jedes
dieser Verfahren ist konzipiert, um rote Blutkörper (rote Blutzell-)-Antigene
unter Verwendung von Antikörpern
nachzuweisen, welche in Eukaryonten-Zellen erzeugt wurden, entweder
als monoklonale oder polyklonale Antikörper. Diese Verfahren können nicht
verwendet werden, um Antikörper
zu detektieren, welche an der Oberfläche von Viruspartikeln exprimiert
werden.
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Die
Fähigkeit,
monoklonale Antikörper
herzustellen, hat die diagnostische und therapeutische Medizin revolutioniert.
Monoklonale Antikörper
werden typischerweise durch die Immortialisierung von Antikörper-erzeugenden
Mausleukozyten erzeugt, wodurch eine unendliche Versorgung von Zellen
gewährleistet
wird, welche Maus-Antikörper erzeugen.
Jedoch ist es für
viele menschliche Anwendungen wünschenswert,
menschliche Antikörper
zu erzeugen. Beispielsweise ist es bevorzugt, dass Antikörper, welche
Menschen verabreicht werden, entweder für diagnostische oder therapeutische
Zwecke menschliche Antikörper
sind, da die Verabreichung von menschlichen Antikörpern an
einen Menschen potentielle Immunreaktionen gegen den verabreichten Antikörper umgehen,
wobei diese Reaktionen den Zweck, für welchen der Antikörper verabreicht
wurde, zunichte machen.
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Darüber hinaus
existieren bestimmte Situationen, wo es aus diagnostischen Gründen essentiell
ist, dass menschliche Antikörper
verwendet werden können,
da andere Tiere nicht in der Lage sind, Antikörper gegen das Antigen, das
detektiert werden soll, in dem diagnostischen Verfahren zu erzeugen.
Beispielsweise müssen
zur Bestimmung des Rh-Phenotyps
an menschlichen roten Blutkörperchen,
menschlichen Seren, welche Anti-Rh-Antikörper enthalten,
verwendet werden, da keine anderen Tiere einen Antikörper erzeugen
können,
welche in der Lage ist, menschliches Rh-Antigen zu erkennen.
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Die
Produktion von menschlichen Antikörpern in vitro durch Immortalisierung
von menschlichen B-Lymphozyten unter Verwendung von Epstein Barr
Virus (EBV)-mediatisierter
Transformation oder Zellfusion ist bislang mit technischen Schwierigkeiten
verbunden, herrührend
von der relativ geringen Effizienz sowohl von der EBV-induzierten Transformation
als auch der Zellfusion im Vergleich mit dem murinen System. Um diese
Probleme zu lösen,
wurden Prozesse entwickelt, zur Herstellung von menschlichen Antikörpern unter Verwendung
von M13 Bakteriophagen-Display (Burton et al., 1994, Adv. Immunol.
57:191–280).
Essentiellerweise wird eine cDNA-Bibliothek erzeugt aus mRNA erhalten
von einer Population von Antikörper
erzeugenden Zellen. Die mRNA kodiert wiederangeordnete Immunoglobulin
(Ig)-Gene und folglich kodiert die cDNA das gleiche. Amplifizierte
cDNA wird in M13 Expressionsvektoren kloniert, welche eine Phagenbibliothek
erzeugen, welche menschliche Fab-Fragmente auf ihrer Oberfläche exprimieren.
Phagen, welche die Antikörper
von Interesse präsentieren,
werden durch Antigen-Binden ausgewählt und in Bakterien propagiert,
um lösliche menschliche
Fab-Ig's zu erzeugen.
Folglich immortalisiert diese Prozedur im Gegensatz zu konventionellen monoklonalen
Antikörpersynthesen
DNA, welche menschliches Ig kodiert und nicht Zellen, welche menschliches
Ig exprimieren.
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Es
bestehen verschiedene Schwierigkeiten, assoziiert mit der Erzeugung
an Antikörpern
unter Verwendung von Bakteriophagen. Beispielsweise können viele
Proteine nicht in einem nicht-denaturtierten Zustand aufgereinigt
werden, da die Aufreinigungsprozedur notwendigerweise das Lösen von
Protein involviert, was einige Proteine permanent denaturiert, mit
einhergehender Zerstörung
von Antigenstellen, die darauf präsentiert werden. Solche Proteine
können
folglich nicht an eine feste Phase gebunden werden und können folglich
nicht verwendet werden, um Phagen, welche Antikörper tragen, welche an diese
binden, zu pannen. Ein Beispiel eines solchen Proteins ist menschliches
Rh-Antigen.
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Um
dieses Problem zu lösen,
wurde ein Verfahren entwickelt, worin intakte rote Blutkörperchen
als das Panning-Antigen verwendet wurden (Siegel et al., 1994, Blood
83:2334–2344).
Jedoch wurde festgestellt, dass, da Phagen inhärent „klebrig" sind, und rote Blutkörperchen
eine Vielzahl von Antigenen auf ihrer Zelloberfläche exprimieren, eine hinreichende
Menge an Phagen, welche keine geeigneten Antikörper auf der Oberfläche exprimieren,
auch an rote Blutkörperchen
binden und dadurch das Verfahren impraktikabel zur Isolierung von
Phagen machen, welche Antikörper
der gewünschten
Spezifität
exprimieren.
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De
Kruif et al. (1995, Proc. Natl. Acad. Sci USA 92:3938–3942) offenbart
ein Verfahren zum Isolieren von Phagen, welche Antikörper kodieren,
wobei Antikörper
exprimierende Phagen mit einer Mischung von Antigen-exprimierenden
Zellen inkubiert werden, sowie von Zellen, welche kein Antigen exprimieren.
Der Antikörper
exprimierende Phage bindet an die Antigen-exprimierenden Zellen.
Auf das Binden mit den Phagen wird ein fluoreszent gelabelter Antikörper spezifisch
zu den Antigen-exprimierenden Zellen hinzugegeben, wobei diese Zellen
von der Mischung entfernt werden, welche einen Antikörper exprimierenden
Phagen daran gebunden, aufweisen. Die Isolation von fluroreszent
gelabelten Zellen wird vervollständigt
unter Verwendung der Technik des fluoreszent aktivierten Zell-Sortierens
(FACS, fluorescently-activated cell sorting), einer teueren und
zeitraubenden Prozedur.
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Es
besteht ein Bedürfnis
für ein
Verfahren zum Isolieren von rekombinanten Proteinen, vorzugsweise Antikörpern, welches
schnell und ökonomisch
ist, und welches ein ausgedehntes Array von Protein-bindenden Proteinen
zur Verfügung
stellen wird, welche geeignet zur diagnostischen und therapeutischen
Anwendung an Menschen sind.
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Es
besteht auch ein Bedürfnis
für schnelle
und akkurate Assays zum Typisieren von roten Blutkörperchen
unter Verwendung von rekombinanten Proteinen, welche auf einer Virusoberfläche exprimiert
werden. Die vorliegende Erfindung erfüllte diese Bedürfnisse.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Agglutinieren von Zellen umfassend
das Bereitstellen einer Mischung umfassend eine Population von Zellen
und eine Population eines Bakteriophagen exprimierend einen ersten
Antikörper
auf der Oberfläche
des Bakteriophagen, wobei der erste Antikörper spezifisch für eine Antigen-tragende Gruppe ist,
welche von zumindest einem Teil der Zellen in der Zellpopulation
exprimiert wird, wobei der erste Antikörper an den Teil der Zellen
bindet und verursacht, dass der Bakteriophage auch an den Teil der
Zellen bindet, das Hinzugeben eines zweiten Antikörpers spezifisch
für den
Bakteriophagen zu der Mischung, wobei das Binden des zweiten Antikörpers an
den Bakteriophagen, gebunden an den Teil der Zellen verursacht,
dass der Teil der Zellen agglutiniert.
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Auch
eingeschlossen in die Erfindung ist ein Verfahren zum Nachweis der
Zellagglutination, umfassend
das Bereitstellen einer Mischung,
umfassend eine Population von Zellen und eine Population eines Bakteriophagen
exprimierend einen ersten Antikörper
auf der Oberfläche
eines Bakteriophagen, wobei der erste Antikörper spezifisch für ein Antigen,
exprimiert von zumindest einem Teil der Zellen in der Zellpopulation,
ist, wobei der erste Antikörper
an den Teil der Zellen bindet und verursacht, dass der Bakteriophage
auch an den Teil der Zellen bindet,
das Hinzugeben der Mischung
zu einer Mikrotube enthaltend inerte Partikel und einen zweiten
Antikörper
spezifisch für
den Bakteriophagen,
das Ermöglichen,
dass die Mischung unter dem Einfluss von Schwerkraft sedimentiert
und
das Beobachten der Lokalisierung des Teils der Zellen,
wobei starke Agglutination des Teils der Zellen angezeigt wird dadurch,
dass die Zellen oberhalb oder innerhalb der obersten Schicht der
inerten Partikel lokalisiert sind und schwache Agglutination der
Zellen angezeigt wird durch Zellen, welche innerhalb einer unteren Schicht
von inerten Partikeln lokalisiert sind, und keine Agglutination
angezeigt wird durch die Zellen, welche am Boden der Mikrotube lokalisiert
sind.
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In
einem Aspekt wird der Schritt der Sedimentation durch Zentrifugation
durchgeführt.
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Die
Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zum Einfangen von
Zellen, umfassend
das Bereitstellen einer Mischung, umfassend
eine Population von Zellen und eine Population eines Bakteriophagen,
wobei ein erster Antikörper
auf der Oberfläche
von besagtem Bakteriophagen exprimiert wird, besagter erster Antikörper spezifisch
für ein
Antigen ist, welches durch zumindest einen Teil der Zellen in besagter Zell-Population
exprimiert wird, wobei der erste Antikörper an den Teil der Zellen
bindet und verursacht, dass der Bakteriophage auch an den Teil der
Zellen bindet,
das Hinzugeben besagter Mischung zu einer Mikrotube
enthaltend inerte Partikel, welche daran gebunden einen zweiten
Antikörper
aufweisen, welcher spezifisch für
besagten Bakteriophagen ist,
das Ermöglichen des Sedimentierens
der Mischung unter Einfluss von Schwerkraft, wobei eingefangene
Zellen oberhalb oder innerhalb einer obersten Schicht von den inerten
Partikeln lokalisiert sind.
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In
einem Aspekt wird der Sedimentationsschritt durch Zentrifugation
realisiert.
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Des
weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Nachweis des Einfangens
von Zellen umfassend
das Bereitstellen einer Mischung umfassend
eine Population von Zellen sowie eine Population eines Bakteriophagen,
welcher einen ersten Antikörper
auf der Oberfläche
des Bakteriophagen exprimiert, und der erste Antikörper spezifisch
für ein
Antigen ist, welches von zumindest einem Teil der Zellen in der
Zellpopulation exprimiert wird, wobei der erste Antikörper an
den Teil der Zellen bindet und verursacht, dass der Bakteriophage auch
den Teil der Zellen bindet,
das Hinzugeben der Mischung zu
einer Mikrotube enthaltend inerte Partikel, welche daran gebunden
einen zweiten Antikörper
aufweisen, welcher spezifisch für
den Bakteriophagen ist, was erlaubt, dass die Mischung unter dem
Einfluss von Schwerkraft sedimentiert, und
das Beobachten der
Lokalisation des Teils der Zellen, wobei das Einfangen des Teils
der Zellen angezeigt wird dadurch, dass die Zellen oberhalb oder
innerhalb der obersten Schicht der Gel-Partikel lokalisiert sind
und die Abwesenheit des Einfangens der Zellen angezeigt wird, dadurch,
dass die Zellen vom Boden der Mikrotube lokalisiert sind.
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In
diesem Verfahren der Erfindung kann der Sedimentationsschritt auch
durch Zentrifugation realisiert werden.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Nachweisen des Vorliegens
einer Antigen-tragenden Gruppe
auf einer Zelle, umfassend
das Bereitstellen einer Mischung
umfassend eine Population von Zellen und eine Population eines Bakteriophagen,
wobei ein erster Antikörper
auf der Oberfläche
von besagtem Bakteriophagen exprimiert wird, wobei das Vorliegen
der Antigen-tragenden Gruppe auf den Zellen angezeigt wird durch
das Binden des ersten Antikörpers
an zumindest zwei der Zellen, was verursacht, dass der Bakteriophage
auch an zumindest zwei der Zellen bindet, wobei, wenn ein zweiter
Antikörper
zur Mischung hinzugegeben wird, welcher spezifisch für den Bakteriophagen
ist, der zweite Antikörper
an den Bakteriophagen bindet, welcher an zumindest zwei der Zellen gebunden
ist, was verursacht, dass die Zellen agglutinieren, wobei die Agglutination
ein Zeichen für
das Vorliegen der Antigen-tragenden Gruppe auf der Zelle ist, und
diese Antigen-tragende Gruppe spezifisch für den ersten Antikörper ist.
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Ein
Verfahren zum Identifizieren einer Antigen-tragenden Gruppe auf
einer Zelle ist auch von der Erfindung eingeschlossen. Dieses Verfahren
umfasst
das Bereitstellen einer Mischung umfassend eine Population
von Zellen und eine Population eines Bakteriophagen, welcher ein
einen ersten bekannten Antikörper
auf der Oberfläche
des Bakteriophagen exprimiert, wobei das Vorliegen der Antigen-tragenden
Gruppe auf den Zellen angezeigt wird durch das Binden des ersten Antikörpers an
zumindest zwei der Zellen, was verursacht, dass der Bakteriophage
auch an die zumindest zwei der Zellen bindet, wobei, wenn der zweite
Antikörper
zur Mischung hinzugegeben wird, welcher spezifisch für den Bakteriophagen
ist, der zweite Antikörper
an den Bakteriophagen bindet, welcher an die zumindest zwei Zellen
gebunden ist, was verursacht, dass die Zellen agglutinieren, wobei
die Agglutination die Antigen-tragende Gruppe als eine Antigen-tragende
Gruppe identifiziert, welche spezifisch für den ersten Antikörper ist.
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Die
Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zum Nachweis des Vorliegens
einer Antigen-tragenden Gruppe auf einer Zelle umfassend
das
Bereitstellen einer Mischung umfassend eine Population von Zellen
und eine Population eines Bakteriophagen, wobei ein erster bekannter
Antikörper
auf der Oberfläche
des Bakteriophagen exprimiert wird, wobei das Vorliegen der Antigen-tragenden Gruppe
auf der Zelle angezeigt wird durch das Binden des ersten Antikörpers an
zumindest zwei der Zellen und verursacht, dass der Bakteriophage
auch an zumindest zwei der Zellen bindet,
das Hinzugeben der
Mischung zu einer Mikrotube enthaltend inerte Partikel und einen
zweiten Antikörper
spezifisch für
den Bakteriophagen,
das Ermöglichen,
dass die Mischung sedimentiert unter dem Einfluss von Schwerkraft
und
das Beobachten der Lokalisierung der Zelle in der Mikrotube,
wobei starke Agglutination der Zellen angezeigt wird, dadurch, dass
die Zellen oberhalb oder innerhalb der obersten Schicht der inerten
Partikel lokalisiert sind, wobei starke Agglutination ein Anzeichen
des Vorliegens der Antigen-tragenden Gruppe auf der Zelle ist, und die
Antigen-tragende Gruppe spezifisch für den ersten Antikörper ist.
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Die
Erfindung schließt
des weiteren ein Verfahren zum Identifizieren einer Antigen-tragenden Gruppe auf
einer Zelle ein, umfassend
das Bereitstellen einer Mischung
umfassend eine Population von Zellen und eine Population eines Bakteriophagen
exprimierend einen ersten Antikörper
auf der Oberfläche
von besagten Bakteriophagen, wobei das Vorliegen der Antigen-tragenden
Gruppe auf der Zelle angezeigt wird durch das Binden des ersten
Antikörpers an
zumindest zwei der Zellen, was verursacht, dass der Bakteriophage
auch an zumindest zwei der Zellen bindet,
das Hinzufügen der
Mischung zu einer Mikrotube enthaltend inerte Partikel und einen
zweiten Antikörper
spezifisch für
den Bateriophagen, was ermöglicht,
dass die Mischung unter dem Einfluss von Schwerkraft sedimentiert
und
das Beobachten der Lokalisierung der Zellen in der Mikrotube,
wobei starke Agglutination der Zellen angezeigt wird, dadurch, dass
Zellen oberhalb oder innerhalb der oberhalb der obersten Schicht
von inerten Partikeln lokalisiert sind, wobei starke Agglutination
die Antigen-tragende Gruppe als eine Antigen-tragende Gruppe identifiziert,
welche spezifisch für
den ersten Antikörper
ist.
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Auch
bereitgestellt wird ein Verfahren zum Nachweis des Vorliegens einer
Antigen-tragenden
Gruppe auf einer Zelle umfassend
das Bereitstellen einer Mischung
umfassend eine Population von Zellen und einer Population eines
Bakteriophagen, wobei ein erster bekannter Antikörper auf der Oberfläche des
Bakteriophagen exprimiert wird, wobei das Vorliegen der Antigen-tragenden Gruppe
auf der Zelle angezeigt wird, durch das Binden des ersten Antikörpers an
zumindest zwei der Zellen, was verursacht, dass der Bakteriophage
auch an zumindest zwei der Zellen bindet,
das Hinzufügen der
Mischung zu einer Mikrotube umfassend inerte Partikel, welche daran
gebunden einen zweiten Antikörper
spezifisch für
den Bakteriophagen aufweisen, was ermöglicht, dass die Mischung unter dem
Einfluss der Schwerkraft sedimentiert, wobei die eingefangenen Zellen
oberhalb oder innerhalb der obersten Schicht der inerten Partikel
lokalisiert sind, und das Vorliegen der eingefangenen Zellen ein
Hinweis auf das Vorliegen einer Antigen-tragenden Gruppe auf den
Zellen ist, wobei die Antigen-tragende Gruppe spezifisch für den ersten
Antikörper
ist.
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Darüber hinaus
schließt
diese Erfindung ein Verfahren zum Identifizieren einer Antigen-tragenden Gruppe
auf einer Zelle ein, umfassend
das Bereitstellen einer Mischung
umfassend eine Population von Zellen und eine Population eines Bakteriophagen
exprimierend einen ersten Antikörper
auf der Oberfläche
der Bakteriophagen, wobei das Vorliegen der Antigen-tragenden Gruppe
auf der Zelle angezeigt wird durch das Binden des ersten Antikörpers an
zumindest zwei der Zellen, was verursacht, dass das Bakteriophage
auch an die zumindest zwei der Zellen bindet,
das Hinzugeben
der Mischung zu einer Mikrotube enthaltend inerte Partikel, welche
daran gebunden einen zweiten Antikörper spezifisch für den Bakteriophagen
aufweisen, was ermöglicht,
dass die Mischung sedimentiert unter dem Einfluss von Schwerkraft,
wobei die eingefangenen Zellen oberhalb oder innerhalb der obersten Schicht
der inerten Partikel lokalisiert sind und das Vorliegen der eingefangenen
Zellen eine Antigen-tragende Gruppe auf den Zellen als spezifisch
für den
ersten Antikörper
identifiziert.
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In
einem Aspekt der Verfahren der Erfindung werden die Zellen ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus roten Blutzellen (roten Blutkörperchen)
und weißen
Blutzellen (weißen
Blutkörperchen).
Vorzugsweise sind die Zellen rote Blutzellen.
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In
einem weiteren Aspekt ist der Bakteriophage M13 und der zweite Antikörper ist
ein Anti-M13-Antikörper.
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In
noch einem anderen Aspekt ist der erste Antikörper ein anti-roter Blutkörperchen-Antikörper, vorzugsweise
ein Anti-Rh-Antikörper.
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In
einem weiteren Aspekt ist die Antigen-tragende Gruppe ein rotes
Blutkörperchen-Antigen oder ein HLA-Antigen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Diagramm einer Strategie für
Zelloberflächen-Fab-Phagen-Panning
unter Verwendung von magnetisch aktiviertem Zellsorting.
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2 ist
ein Graph, welcher Zelloberflächen-Biotinylierung
von menschlichen roten Blutkörperchen darstellt.
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3 ist eine Serie von Grafiken, welche
die Antigen-positive, Antigen-negative Zell-Separation-Prozedur
der Erfindung validieren.
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4 ist
ein Bild eines Mikroplatten-Agglutinations-Assays, wobei Anti-Rh(D)-Fab/Phagen-Agglutinations-Titer
gemessen wurden.
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5 ist
ein Bild eines Mikroplatten-Agglutinationsassays, in welchem die
Bestimmung von Rh(D)-bindendem Epitop für ausgewählte Anti-Rh(D)-Fab/Phagenklone gezeigt
wird.
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6 ist
ein Bild, welches die Verwendung von Fab/Phagen-Antikörpern in
einem Gelkartierungsassay zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden schnelle Verfahren zum Typisieren von Zellen im
Hinblick auf die Antigene bereitgestellt, welche auf diesen exprimiert
werden, wobei die Verfahren auf der Anwendung von Antikörpern basieren,
welche auf der Oberfläche
eines Virus exprimiert werden. Das Typifizieren von Zellen unter
Verwendung von Phagen-exprimierenden Antikörpern basiert auf der Anwendung
eines Anti-Phagen-Antikörpers in
einer Agglutinations-Reaktion.
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Typischerweise
sind die zu typisierenden Zellen rote Blutkörperchen, obwohl, wie hier
diskutiert, die Erfindung nicht einzig auf das Typisieren von roten
Blutkörperchen
limitiert ist.
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Es
gibt signifikante Vorteile für
das Typisieren von Zellen unter Verwendung eines Phagensystems, insbesondere
in dem Fall des Typisierens von roten Blutkörperchen. Beispielsweise weisen
ungefähr
10% der Blutspender und -empfänger
rote Blutkörperchen
auf, welche mit einigen von ihren eigenen IgG-Antikörpern überzogen
sind. Während
der Mechanismus, durch welchen dies auftritt, nicht von Interesse
ist, erzeugt das Vorliegen dieser Antikörper auf den roten Blutkörperchen,
dass die Zellen nicht mit konventionellen Verfahren typisierbar
sind, welche IgG-Anti-Rh-typisierendes Serum einsetzen. Beispielweise
wird in einem konventionellen Assay IgG-Anti-Rh-typisierendes Serum zu den roten Blutkörperchen
hinzugegeben. Das ungebundende typisierte Serum wird abgewaschen
und Coombs-Reagenz wird hinzugegeben, um die Agglutination zu induzieren.
Coombs-Reagenz ist Kaninchen-anti-menschliches IgG. Rote Blutkörperchen,
welche bereits mit IgG überzogen
sind, werden agglutinieren, egal, ob das Anti-Rh-Serum daran gebunden
ist oder nicht, d.h. die Agglutination wird auftreten, egal ob die
Zellen Rh-positiv oder Rh-negativ sind. Dies erzeugt ein Dilemma, dass
es nicht möglich
ist, den Rh-Phenotyp des Subjekts zu bestimmen. Jedoch wenn der
Phagen-Antikörper in
dem Assay verwendet wird, ist der Agglutinations-Antikörper (der
verbrückende
Antikörper)
ein Anti-Phagen-Antikörper.
Folglich wird es für
die Ergebnisse des Assays irrelevant, dass die Zellen bereits mit
IgG überzogen
sind. Folglich ermöglicht
das Typisieren von roten Blutkörperchen
unter Verwendung der Phagen-Antikörper das Typisieren von Zellen,
welche falsch-positive Testergebnisse gegen direktes Coombs aufweisen.
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Ein
weiterer Vorteil des Anwendens eines Phagen-typisierenden Systems
wird in der überlegenen Sensitivität des Phagen-typisierenden
Systems gegenüber
konventionellen Systemen gefunden. Der Standard indirekte Coombs-Tests
benötigt
ungefähr
150 bis 3000 IgG-Moleküle
pro rotem Blutkörperchen,
um ein positives Ergebnis zu erzielen. Wenn ein Anti-Rh(D)-Phagen-Antikörper in
den hier beschriebenen Assays eingesetzt wurde, waren ungefähr nur 10
bis 20 Antikörper
für ein
positives Ergebnis vonnöten.
Während
nicht gewünscht
wird, an eine spezielle Theorie gebunden zu sein, rührt diese
ungefähr
10 bis 100fache Verbesserung der Sensitivität vermutlich von der großen Länge (ungefähr 0,5 μm) des Phagen
her, welcher eine vergrößerte Oberfläche für den zweiten
Antikörper
(d.h. den Anti-Phagen-Antikörper)
zur Verfügung
stellt, wodurch die Zellen gebunden und quer-vernetzt werden.
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Verfahren
zum Erzeugen von Antikörpern,
welche auf der Oberfläche
eines Virus exprimiert werden, werden zuerst hier beschrieben, gefolgt
von einer Beschreibung von Verfahren zum Typisieren von roten Blutkörperchen
unter Verwendung von Virus-exprimierten
Antikörpern
und Anti-Phagen-Antikörpern.
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Ein
neues Verfahren wurde entdeckt für
die Isolation von DNA kodierend für ein Protein und des Proteins
kodiert dadurch, wobei das Protein vorzugsweise ein Antikörper ist,
wobei das Protein in der Lage ist, spezifisch an eine Antigen-tragende
Gruppe, wie beispielsweise ein Protein, ein Lipid, ein Kohlenhydrat,
eine Nukleinsäure
und einen Komplex von zumindest einem von einem Protein, einem Lipid,
einem Kohlennitrat und einer Nukleinsäure zu binden. Die Antigen-tragende
Gruppe kann ein Membran-gebundenes
Protein sein, welches ausgewählt
ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Antigen und einem Rezeptor.
In einem anderen Aspekt ist das Membran-gebundene Protein ein Antigen, wie z.B.
ein rotes Blutkörperchen-Antigen,
wie z.B. Rh-Antigen.
Wenn die Antigen-tragende Gruppe ein Kohlenhydrat ist, kann sie
ein Kohlenhydrat sein exprimiert auf einem Glyko-Lipid, beispielsweise
ein P-Blutgruppen-Antigen
oder ein anderes Antigen.
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Wie
hier beispielhaft ausgeführt,
jedoch nicht darauf limitiert, umfasst das Verfahren das Erzeugen
eines Bakteriophagen, welcher menschliche Antikörper kodiert. Genauer gesagt,
werden anti-Rh(D)-rote-Blutzellen Fab-Phagen-Antikörper kodiert
durch eine M13-filamentöse
Phagen-Bibliothek erhalten. Die Bibliothek wird erzeugt aus Antikörper-produzierenden
Zellen von einem hyperimmunisierten Spender durch zuerst Erhalten
der cDNA, abgeleitet von der mRNA, exprimiert in den Antikörper erzeugenden
Zellen. Ig-kodierende Fragmente der cDNA werden erhalten unter Verwendung
der Polymerase Kettenreaktion (PCR) und Primern spezifisch für solche
Fragmente an DNA. Ig-spezifische DNA, die so erhalten wurde, wird
in einen Bakteriophagen kloniert. Bakteriophagen kodierend die Ig-Fragmente
werden gegen eine Mischung von Antigen-positiven, biotinylierten roten Blutzellen-Targetzellen
vor-gecoated mit Streptavidin-konjugierten
magnetischen Mikrobeads und überschüssigen ungelabelten
roten Blutkörperchen
gescreent. Bakteriophagen, welche Antikörper auf der Phagen-Oberfläche exprimieren,
wobei die Antikörper
spezifisch für
das Targetzell-Antigen sind, binden an die gelabelten Zellen. Diese
Phagen werden von Phagen separiert, welche an ungelabelte Zellen gebunden
sind und von Phagen, welche nicht an die Zellen gebunden sind und
zwar unter Verwendung einer magnetischen Säule. So abgetrennte Phagen
kodieren und präsentieren
Antikörper
spezifisch für
Antigene aus den Targetzellen.
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Um
eine Phagen-Antikörper-Bibliothek
zu erzeugen, wird eine cDNA-Bibliothek zuerst erhalten aus mRNA
und aus Zellen isoliert, welche das gewünschte Protein exprimieren,
das auf der Phagenoberfläche
exprimiert werden soll, beispielsweise den gewünschten Antikörper. cDNA-Kopien
der mRNA werden produziert unter Verwendung der reversiblen Transkriptase.
cDNA, welche Ig-Fragmente spezifiziert, werden durch PCR erhalten
und die resultierende DNA wird in einen geeigneten Bakteriophagen-Vektor
kloniert, um eine Bakteriophagen-DNA-Bibliothek zu erzeugen, umfassend
DNA, welche Ig-Gene spezifiziert. Die Prozeduren zum Erzeugen einer
Bakteriophagen-Bibliothek
umfassend heterologe DNA sind wohl bekannt auf dem Gebiet und werden
beispielsweise beschrieben in Sambrook et al. (1989, Molecular Cling:
A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor, NY).
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Eine
Bakteriophagen-Bibliothek kann auch erhalten werden unter Verwendung
von cDNA anstelle von PCR-amplifizierten Ig kodierenden Fragmenten
von cDNA. Die Erzeugung einer cDNA-Bibliothek ist bedeutsam für die Isolation
von Proteinen, welche keine Antikörper darstellen, wie z.B. Liganden
und dergleichen.
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Bakteriophagen,
welche das gewünschte
Protein kodieren, beispielsweise einen Antikörper, können maßgeschneidert werden, so dass
Protein auf der Oberfläche
davon präsentiert
wird in solch einer Art und Weise, dass es zum Binden an sein korrespondierendes
Bindungsprotein verfügbar
ist, beispielsweise das Antigen, gegen welches der Antikörper gerichtet
ist. Folglich wird, wenn die Bakteriophagen, welche einen spezifischen
Antikörper
exprimieren, in der Gegenwart einer Zelle inkubiert werden, welche
das korrespondierende Antigen exprimiert, die Bakteriophagen an
die Zelle binden. Bakteriophagen, welche keinen Antikörper exprimieren,
werden nicht an die Zelle binden.
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Zum
Panning der Bakteriophagen, d.h. zur Auswahl der Phagen, welche
den gewünschten
Antikörper exprimieren,
werden Zellen, welche das konjugierte Antigen exprimieren, mit einem
nachweisbaren Label, wie z.B. Biotin gelabelt. Streptavidin-konjugierte magnetische
Beads werden dann zu den Zellen hinzugegeben. Zellen werden vermischt
mit einem Überschuss
an ungelabelten Zellen, welche kein Antigen exprimieren. Diese Zellenmischung
wird dann mit einer Phagen-Bibliothek inkubiert, wobei der Phage,
welcher den Antikörper exprimiert,
an Zellen bindet, welche das Antigen exprimieren. Das Vorliegen
der überschüssigen ungelabelten Zellen
in der Mischung dient als ein Mittel zum Entfernen von Bakteriophagen,
welche den Antikörper nicht
exprimieren, welche jedoch anderweitig an Antigen-exprimierende
Zellen in nicht-spezifischer
Art und Weise binden könnten.
Die Details der experimentellen Prozeduren werden hier im Abschnitt
der experimentellen Details zur Verfügung gestellt.
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Antigen-exprimierende
Zellen, welche Antikörper-exprimierende
Phagen daran gebunden aufweisen, werden magnetisch aus der Mischung
entfernt. Ein Beispiel der magnetischen Entfernung involviert das
Ausgießen
der Mischung von magnetischen und nicht-magnetischen Zellen auf
eine Säule,
in der selektiven Anwesenheit oder Abwesenheit eines magnetischen
Feldes, welches die Säule
umgibt. Alternativ können
magnetische Zellen von nicht-magnetischen Zellen in Lösung abgetrennt
werden, durch einfaches Halten eines Magnetes gegen die Seite einer
Testtube und Anziehen der Zellen an die innere Wand und das anschließende sorgsame
Entfernen der nicht-magnetischen
Zellen aus der Lösung.
-
Folglich
involviert das eben beschriebene Verfahren eine Prozedur zum Anreichern
einer Population eines rekombinanten Phagen hinsichtlich denjenigen,
welche spezifische Phagen präsentierte
Liganden, abgeleitet von natürlichen
oder synthetischen Phagen-DNA-Bibliotheken
exprimieren, durch gleichzeitiges Durchführen von negativer und positiver
Selektion gegen eine Mischung von magnetisch gelabelten Rezeptor-positiven
Partikeln (d.h. Zellen) und ungelabelten Rezeptor-negativen Partikeln.
Die Bezeichnung „Bakteriophage" und „Phage" werden hier austauschbar
verwendet und betreffen Viren, welche Bakterien infizieren. Durch
die Verwendung der Bezeichnung „Bakteriophagen-Bibliothek" oder „Phagen-Bibliothek", wie hier verwendet,
wird eine Population von bakteriellen Viren gemeint, welche heterologe
DNA, d.h. DNA umfasst, die nicht natürlich durch das bakterielle
Virus kodiert wird.
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Die
Bezeichnung „Virus-Vektor" enthält einen
Virus, in welchem heterologe DNA insertiert worden ist. Der Virus-Vektor
kann ein Bakteriophage sein, oder kann ein eukaryontischer Virus
sein.
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Die
Bezeichnung „Targetzelle", wie hier verwendet,
bezeichnet eine Zelle, welche ein Antigen exprimiert, gegen welches
der gewünschte
Antikörper
gerichtet ist.
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Durch
die Bezeichnung „Assay" oder „geassayd", wie hier verwendet,
wird ein Prozess bezeichnet, des Auswählens von Phagen, welche den
gewünschten
Antikörper
kodieren.
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Durch
die Zeichnung „Fab/Phage", wie hier verwendet,
wird ein Phagenpartikel bezeichnet, welches den Fab-Teil eines Antikörpers exprimiert.
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Durch
die Bezeichnung „scFv/Phage", wie hier verwendet,
wird ein Phagenpartikel spezifiziert, welches den Fv-Teil eines
Antikörpers
als eine einzelne Kette exprimiert.
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Durch „Überschuss
an ungelabelten Zellen" wird
eine Menge von ungelabelten Zellen bezeichnet, welche die Anzahl
der gelabelten Zellen überschreitet.
Vorzugsweise ist das Verhältnis
der gelabelten Zellen zu ungelabelten Zellen ungefähr 1:2.
Mehr bevorzugt ist das Verhältnis
der gelabelten Zellen zu ungelabelten Zellen größer als ungefähr 1:4.
Noch mehr bevorzugt ist das Verhältnis
der gelabelten Zellen zu ungelabelten Zellen als ungefähr 1:10.
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Während das
Verfahren, wie hier beispielhaft dargestellt, die Erzeugung von
Phagen beschreibt, welches den Fab-Teil eines Antikörpermoleküls kodieren,
sollte das Verfahren nicht so konstruiert werden, dass es einzig
auf die Erzeugung von Phagen kodierend Fab-Antikörper limitiert ist. Vielmehr
sind Phagen, welche einzelkettige Antikörper (scFV/hagen-Antikörper-Bibliotheken)
kodieren, auch in dem Verfahren eingeschlossen. Fab-Moleküle umfassen
die gesamte Ig-leichte Kette, d.h., sie umfassen sowohl die variable
als auch die konstante Region der Kette, schließen jedoch nur die variable
Region und die erste konstante Region-Domäne (CH1) der schweren Kette
ein. Einzelkettige Antikörpermoleküle umfassen
eine Einzelkette von Protein umfassend das Ig-Fv-Fragment. Ein Ig-Fv-Fragment
schließt
nur die variablen Regionen der schweren und leichten Ketten des
Antikörpers
ein mit keiner darin enthaltenen konstanten Region. Phagen-Bibliotheken
umfassen scFVDNA und können
erzeugt werden folgend auf die Prozeduren, wie beschrieben in Marks
et al., 1991, J. Mol. Biol. 222:581–597. Das Screening von Phagen,
die so erzeugt wurden, auf die Isolation von gewünschten Antikörpern wird
durchgeführt,
wie hier beschrieben, für
Phagen-Bibliotheken umfassend Fab DNA.
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Das
Verfahren sollte auch so konstruiert, werden, dass es synthetische
Phagen-Bibliotheken
enthält, in
welchen die variablen Regionen der schweren und leichten Kette synthetisiert
werden können,
so dass sie beinahe alle Spezifitäten enthalten. Folglich können die
Antikörper
präsentierenden
Bibliotheken „natürlich" oder „synthetisch" (Barbas, 1995, Natur
Medicine 1:837–839;
de Kruif et al., 1995, J. Mol. Biol. 248:97–105) sein. Antikörper präsentierende
Bibliotheken umfassen „natürliche" Antikörper und werden
erzeugt, wie im Abschnitt der experimentellen Beispiele beschrieben.
Antikörper
präsentierende
Bibliotheken umfassend „synthetische" Antikörper und
werden erzeugt gemäß der Prozedur,
beschrieben in Barbas (1995, supra) und in den dort aufgeführten Literaturverweisen.
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Das
Verfahren sollte des weiteren so konstruiert werden, dass es die
Erzeugung von Phagendisplay-Bibliotheken umfassend Bateriophagen,
welche verschieden von M13 sind, der hier beispielhaft aufgeführt wird,
einschließen.
Andere Bakteriophagen, wie z.B. Lamda-Phagen, können auch bedeutsam in dem
gerade beschriebenen Verfahren sein. Lamda-Phagen-Display-Bibliotheken
wurden erzeugt, welche Peptide, kodiert durch heterologe DNA, auf
ihrer Oberfläche
präsentieren
(Sternberg et al., 1995, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92:1609–1613).
Desweiteren wird angedacht, dass das Verfahren, wie hier beschrieben,
so ausgeweitet wird, dass es Viren verschieden von Bakteriophagen
enthält,
wie z.B. eukaryontische Viren. Tatsächlich können eukaryontische Viren erzeugt
werden, welche Gene kodieren, die geeignet sind für die Zufuhr
zu Säugetieren,
welche einen Antikörper
kodieren und präsentieren,
der in der Lage ist, auf einen spezifischen Zelltyp oder ein Gewebe
abzuzielen, in welches das Gen eingeführt werden soll. Beispielsweise
wurden retrovirale Vektoren erzeugt, welche funktionelle Antikörperfragmente
präsentieren
(Russell et al., 1993, Nucl. Acids Res. 21:1081–1085).
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Die
roten Blutkörper-Antikörper, gegen
welche Antikörper
erzeugt werden können,
schließen
ein, sind jedoch nicht limitiert auf Rh-Antigene, einschließend Rh(D),
Rh(C), Rh(c), Rh(E), Rh(e) und andere nicht Rh-Antigene einschließend rote
Blutzell-Antigene in den Kell-, Duffy-, Lutheran- und Kidd-Blutgruppen.
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Folglich
ist das Verfahren zum Erzeugen von Phagen, welche Antikörper exprimieren,
nicht einzig auf die Isolation von DNA limitiert, welche Anti-Rh(D)-Antikörper kodiert,
sondern kann auch verwendet werden für die Isolation von DNA kodierend
Antikörper
gerichtet gegen irgendwelche rote Blutzell-Antigene oder andere Zellantigene,
wie z.B., jedoch nicht limitiert auf, tumorspezifisches Antigen,
bakterielle Antigene oder dergleichen. Das Verfahren der Erfindung
ist auch bedeutsam zum Typisieren von Blutkörperchen durch Erzeugen von
Phagen-Antikörpern,
spezifisch für
eine Vielzahl von klinisch bedeutsamen Blutkörperchen-Antigenen, besonders
P1A1/P1A2, Baka/Bakb, PenA/PenB, und dergleichen.
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Die
Erfindung ist des weiteren bedeutsam zum Typisieren von weißen Spenderblutkörperchen
hinsichtlich HLA-Antigenen zum Zwecke des Übereinstimmens von Spendern
und Empfängern
für potentielle Transplantation,
welche sowohl im Falle von festen (beispielsweise Niere, Herz, Leber,
Lunge) und nicht festen (beispielsweise Knochenmark) Organ- und
Gewebetransplanten zusammenpassen.
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Um
das Binden von Phagen zu detektieren, welche Antikörper exprimieren,
gerichtet gegen irgendeines der nicht roten Blutzell-Antigene, können die
nicht roten Blutkörper
agglutiniert oder eingefangen werden, entsprechend den Prozeduren,
wie hier beschrieben für
die Agglutination oder das Einfangen von roten Blutkörperchen.
Vor der Agglutination oder dem Einfangen können die Zellen „sichtbar" gemacht werden durch
Anfärben
oder andere Labelingstechnik, um die Agglutination bzw. das Einfangen
offensichtlich für
das bloße
Auge, oder einen Scanner zu machen.
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Das
Verfahren ist am meisten bedeutsam für die Erzeugung eines Proteins,
welches an eine Antigen-tragende Gruppe bindet, wobei die Antigen-tragende
Gruppe nicht leicht in löslicher
Form aufgereinigt werden kann. Folglich schließen Antigen-tragende Gruppen
diejenigen ein, welche mit anderen Strukturen assoziiert sind, üblicherweise
Membranen in der Zelle, wie z.B. Zell-Membranen oder Organell-Membranen.
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Das
Verfahren ist auch bedeutsam für
die Erzeugung von Autoimmunantikörpern,
wie z.B. diejenigen, involviert in die autoimmune hämolytische
Anämie
(AIHA, autoimmune hemolytic anemia) (Siegel et al., 1994, Structural
analysis of red cell autoantibodies, Garratty (ed.) Immunbiology
of Transfusion Medicine, Dekker, New York, New York). Autoimmunantikörper, welche
gegen Zellantigene gerichtet sind, welche Zelloberflächen-Membran assoziiert
sind, oder Zellorganell-Membran assoziiert sind, können isoliert
werden unter Verwendung der hier beschriebenen Technologie. Autoimmunerkrankungen
und ihre assoziierten Antigene, gegen welche Antigene isoliert werden
können
schließen
ein, sind jedoch nicht limitiert auf die Folgenden: Myasthenia gravis
(Acetylcholin Rezeptor; Neuronen), chronische entzündliche
demylinierende Polyneuropathy (Myelin; Neuronen), autoimmune Thyroid-Erkrankungen
(Thyroid-stimulierende
Hormonrezeptor; Thyroidzellen), primäre biliare Zirrhose (mitrochondriale
Autoantigene; Leber-Mitochondrien), idiopathische thrombozytopenische
Purpura (Blutplättchenmembran-Integrine;
Blutplättchen),
Pemphigus Vulgaris (epidermale Antigene; Epidermis) und Goodpasture's Syndrom (Basis-Membran-Antigene;
Nieren- oder Lungenzellen).
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Tatsächlich ist
das hier beschriebene Verfahren bedeutsam für die Isolation von DNA-Klonen, welche irgendeinen
Antikörper
kodieren, welches gegen irgendein Antigen exprimiert auf einer Zelle
gerichtet ist, wobei die Zelle mit einem magnetischen Label gelabelt
sein kann, und die Zelle in hinreichenden Mengen in einer ungelabelten
Form erhalten werden kann, um einen Überschuss von ungelabelten
Zellen, wie von dem Assay benötigt,
zur Verfügung
zu stellen.
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Desweiteren
ist das Verfahren nicht limitiert auf die Isolierung von DNA kodierend
für Antikörper, sondern
kann eher auch verwendet werden für die Isolation von DNA, welche
andere Peptide oder Proteine kodiert mit Spezifität für Zellproteine,
wie z.B., jedoch nicht limitiert auf, Liganden, welche Zell-Rezeptorproteine
binden, Peptidhormone und dergleichen.
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Das
Verfahren sollte nicht so konstruiert werden als limitierend für die Anwendung
von Biotin als dem Zell-labelnden Agens. Andere Label können verwendet
werden, vorausgesetzt, dass ihre Zugabe zu einer Zelle nicht die
strukturelle Integrität
von irgendwelchen Oberflächenproteinen,
die darauf exprimiert werden, zerstört und vorausgesetzt, dass
solche Label die Zugabe von paramagnetischen Micobeads oder anderen
magnetischen Substanzen dazu ermöglichen.
Andere solche Label schließen
ein, sind jedoch nicht limitiert auf, Zelloberflächenproteine oder Kohlenhydrate,
welche direkt mit magnetischen Beads derivatisiert werden können, welche
aktivierte Amin-, Carboxy- oder Thiolgruppen aufweisen. Darüber hinaus
können
Farbstoffe, wie z.B. Fluoreszein oder Rhodamin auch kovalent an
Zellen angebunden werden in einer ähnlichen Art und Weise wie
Biotin und magnetische Beads, gecoated mit Anti-Farbstoff-Antikörpern können daran angebunden werden.
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Die
Erfindung schließt
auch Proteine und DNA, welche diese kodiert, ein, wobei selbige
erzeugt werden unter Verwendung der Verfahren, wie hier beschrieben.
Um DNA zu isolieren, welche einen Antikörper kodiert, wird beispielsweise
die DNA von Antikörpern
extrahiert, welche Phagen exprimieren, die gemäß den Verfahren der Erfindung
erhalten werden. Solche Extraktionstechniken sind auf dem Gebiet
wohl bekannt und werden beispielsweise in Sambrook et al. (supra)
beschrieben.
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Eine „isolierte
DNA", wie hier verwendet,
bezieht sich auf eine DNA-Sequenz, ein Segment oder Fragment, welches
aus Sequenzen aufgereinigt worden ist, welche sie im natürlich vorkommenden
Zustand flankieren, beispielsweise ein DNA-Fragment, welches von
den Sequenzen entfernt wurde, welche normalerweise benachbart zu
dem Fragment sind, beispielsweise Sequenzen benachbart zu dem Fragment
in einem Genom, in welchem dieses natürlicherweise vorkommt. Die
Bezeichnung gilt auch für
DNA, welche substantiell von anderen Komponenten aufgereinigt worden
ist, welche natürlicherweise
mit der DNA einhergehen, beispielsweise DNA oder RNA oder Proteine,
welche natürlicherweise
damit in der Zelle einhergehen.
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Die
Erfindung sollte so konstruiert werden, dass sie DNAs einschließt, welche
substantiell homolog zur DNA isoliert in Übereinstimmung mit dem Verfahren
der Erfindung sind. Vorzugsweise ist eine DNA, die substantiell
homolog ist, zu ungefähr
50% homolog, mehr bevorzugt zu ungefähr 70%, sogar noch mehr bevorzugt zu
ungefähr
80% homolog, und am meisten bevorzugt zu ungefähr 90% homolog zur DNA erhalten
unter Verwendung dieser Erfindung.
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„Homolog", wie hier verwendet,
bezieht sich auf eine Untereinheit-Sequenzähnlichkeit zwischen zwei polymeren
Molekülen,
beispielsweise zwischen zwei Nukleinsäuremolekülen, beispielsweise zwei DNA-Molekülen oder
zwei RNA-Molekülen
oder zwischen zwei Polypeptidmolekülen. Wenn eine Untereinheitposition
in beiden der zwei Moleküle
durch die gleiche monomere Untereinheit okkupiert ist, beispielsweise
falls eine Position in jeder der beiden DNA-Moleküle durch
Adenin okkupiert ist, dann sind sie an dieser Position homolog. Die
Homologie zwischen zwei Sequenzen ist eine direkte Funktion der
Anzahl der übereinstimmenden
oder homologen Positionen, beispielsweise falls die Hälfte (fünf Positionen
in einem Polymer von zehn Untereinheiten an Länge) der Positionen in zwei
Verbindungssequenzen homolog sind, dann sind die beiden Sequenzen 50%
homolog, falls 90% der Positionen, beispielsweise 9 von 10, übereinstimmend
oder homolog sind, teilen die beiden Sequenzen 90% Homologie. Um
ein Beispiel zu nennen, sind die DNA-Sequenzen 3'ATTGCC5' und 3'TATGCG5' und 3'TATGCG5' zu 50% homolog.
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Um
eine substantiell reine Herstellung eines Proteins umfassend beispielsweise
einen Antikörper
zu erhalten, erzeugt unter Verwendung des Verfahrens der Erfindung,
kann das Protein aus der Oberfläche
des Phagen, auf welcher es exprimiert wird, extrahiert werden. Die
Prozeduren für
eine solche Extraktion sind den Fachleuten auf dem Gebiet der Proteinaufreinigung
wohl bekannt. Alternativ kann eine substantiell reine Herstellung
eines Proteins, umfassend beispielsweise einen Antikörper, erhalten
werden durch Klonieren einer isolierten DNA kodierend für einen
Antikörper
in einen Expressionsvektor und die Expression des Proteins daraus.
Das so exprimierte Protein kann erhalten werden von üblichen
Proteinaufreinigungs-Prozeduren, die im Stand der Technik wohl bekannt
sind.
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Wie
hier verwendet, beschreibt die Bezeichnung „substantiell rein" eine Verbindung,
beispielsweise ein Protein oder Polypeptid, welches von Komponenten
aufgereinigt wurde, welche mit dieser natürlichen Weise einhergehen.
Typischerweise ist eine Verbindung substantiell rein, wenn zumindest
10%, mehr bevorzugt zumindest 20%, mehr bevorzugt zumindest 50%,
mehr bevorzugt zumindest 60%, mehr bevorzugt zumindest 75%, mehr
bevorzugt zumindest 90% und am meisten bevorzugt zumindest 20% des
gesamten Materials (pro Volumen, pro nassem oder trockenem Gewicht
oder pro Mol.% oder Mol.-Fraktion) in einer Probe die Verbindung
von Interesse darstellen. Reinheit kann gemessen werden durch irgendein
geeignetes Verfahren, beispielsweise im Fall von Polypeptiden durch
Säulen-Chromatografie,
Gel-Elektrophorese oder HPLC-Analyse. Eine Verbindung, beispielsweise
ein Protein ist auch substantiell aufgereinigt, wenn sie essentiell
frei von natürlich
assoziierten Komponenten ist oder wenn sie abgetrennt wird von nativen
kontaminierenden Substanzen, welche mit ihrem natürlichen
Zustand einhergehen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch Analoge von Proteinen oder Polypeptiden
zur Verfügung,
welche in Übereinstimmung
mit dem Verfahren der Erfindung erhalten werden. Analoge können sich
von natürlich
auftretenden Proteinen oder Polypeptiden durch konservative Aminosäuresequenz-Unterschiede
unterscheiden oder durch Modifikationen, welche die Sequenz nicht
beeinträchtigen
oder durch beide. Beispielsweise können konservative Aminosäure-Veränderungen
realisiert werden, welche, obwohl sie die primäre Sequenz des Proteins oder
Peptids verändern,
normalerweise nicht die Funktion verändern. Konservative Aminosäuresubstitutionen
schließen
typischerweise Substitutionen ein mit den folgenden Gruppen:
Glycin,
Alanin;
Valin, Isoleucin, Leucin;
Asparaginsäure, Glutaminsäure;
Asparagin,
Glutamin;
Serin, Threonin;
Lysin, Arginin;
Phenylalanin,
Tyrosin.
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Modifikationen,
(welche normalerweise nicht die primäre Sequenz verändern),
schließen
in vivo oder in vitro chemische Derivatisierungen von Polypeptiden
ein, beispielsweise Acetylierung oder Carboxylierung. Auch eingeschlossen
sind Modifikationen der Glykosylierung, beispielsweise diejenigen
erzeugt durch Modifizieren der Glykosylierungsmuster eines Polypeptids
während
der Synthese und Verarbeitung oder in weiteren Verarbeitungsschritten;
beispielsweise durch Exponieren des Polypeptids gegen Enzyme, welche
die Glykosylierung beeinträchtigen,
beispielsweise Säugetier-Glykosylierungs-
oder Deglykosylierungs-Enzyme. Auch angedacht sind Sequenzen, welche
phosphorylierte Aminosäurereste
aufweisen, beispielsweise Phosphotyrosin, Phosphoserin oder Phosphothreonin.
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Auch
eingeschlossen sind Polypeptide, welche modifiziert worden sind
unter Verwendung von üblichen
molekular-biologischen Techniken, um ihre Resistenz gegen proteolytische
Degradation zu verbessern oder die Löslichkeitseigenschaften zu
optimieren. Analoge solcher Polypeptide schließen diejenigen ein, welche
Reste enthalten, die sich von natürlich vorkommenden L-Aminosäuren unterscheiden,
beispielsweise D-Aminosäuren
oder nicht natürliche
auftretende synthetische Aminosäuren.
Die Peptide der Erfindung sind limitiert auf Produkte von irgendwelchen
der spezifische exemplarischen Prozesse, wie hier aufgelistet.
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Über die
substantiellen Volllängen-Polypeptide
hinaus stellt die vorliegende Erfindung aktive Fragmente der Polypeptide
zur Verfügung.
Ein spezifisches Polypeptid wird als aktiv betrachtet, falls es
an eine Antigen-tragende Gruppe bindet, beispielsweise, falls ein
Fragment eines Antikörpers
an sein korrespondierendes Antigen in der gleichen Art und Weise,
wie das Volllängen-Protein
bindet.
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Wie
hier verwendet, wird der Begriff „Fragment", angewandt auf ein Polypeptid, üblicherweise
zumindest ungefähr
fünfzig
zusammenhängende
Aminosäuren
darstellen, typischerweise zumindest ungefähr hundert zusammenhängende Aminosäuren, mehr
typischerweise zumindest ungefähr
zweihundert zusammenhängende
Aminosäuren
und üblicherweise
zumindest ungefähr
dreihundert zusammenhängende
Aminosäuren
an Länge.
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Typisierung der roten
Blutkörperchen
unter Verwendung eines Virus, welcher Antikörper exprimiert
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Typisieren von Zellen im Hinblick
auf Antigene, welche darauf exprimiert werden.
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Die
Phagen, welche das Protein exprimieren, das erzeugt wird unter Verwendung
der hier beschriebenen Verfahren, sind bedeutsam für das Typisieren
von roten Blutkörperchen.
Es gibt eine Vielzahl von Assays zum schnellen Testen von roten
Blutkörperchen,
insbesondere zum Typisieren von roten Blutkörperchen im Hinblick auf die
Rh-Antigenexpression. Sowohl konventionelle (Standard-Coomb's indirekte Assays),
als auch nicht konventionelle Assays (Micro Typing System., Inc.,
beschrieben im US-Patent Nr. 5,338,689 und der Protein A basierte
Assay, beschrieben in WO 9531731 A) setzen auf die Verwendung eines
Antikörpers
in dem Assay, welcher in eukaryontischen Zellen exprimiert wird,
entweder als ein monoklonaler oder als ein polyklonaler Antikörper.
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Gemäß der Erfindung
werden Antikörper
beschrieben, welche auf der Oberfläche eines Virus exprimiert
werden, vorzugsweise eines Bakteriophagen, welcher verwendet werden
kann, um schnell rote Blutkörperchen
zu typisieren im Hinblick auf Antigene, die darauf exprimiert werden,
vorzugsweise Rh-Antigene, d.h. dieses Verfahren der Erfindung involviert
die Verwendung von durch Phagen erzeugten Antikörpern, um Blut zu typisieren.
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Das
zelltypisierende Verfahren der Erfindung ist nicht limitiert auf
die Verwendung eines speziell screenenden Verfahrens zur Isolation
von Antikörper
exprimierenden Bakteriophagen, wie hier beschrieben (d.h. die Anwendung
von magnetischen Beads um die Phaghen zu screenen), sondern vielmehr
ist es auch anwendbar, auf Antikörper-exprimierende Phagen,
welche erhalten werden unter Verwendung anderer bekannter Phagen screenender
Verfahren einschließend,
jedoch nicht limitiert auf fluoreszierendes Panning-Verfahren, wie
beschrieben, in De Kruif et al., (supra) und ist auch anwendbar
auf Phagen, welche erhalten werden unter Verwendung von bislang
noch unbekannten Phagen-Screening-Verfahren, welche in der Zukunft
verfügbar
sein werden. Folglich ist beabsichtigt, dass das rote Blutkörperchen-typisierende
Verfahren der vorliegenden Erfindung mit irgendwelchen Bakteriophagen
verwendet werden kann, welche Antikörper exprimieren unabhängig von
der Art und Weise, auf welcher die Bakteriophagen erhalten werden.
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Das
zelltypisierende Verfahren der Erfindung ist nicht einmal limitiert
auf Phagen-Display-Bibliotheken, welche
das Panning für
das Screenen benötigen.
Vielmehr kann ein monoklonales Antikörpersystem in ein Phagensystem
wie folgt konvertiert werden, wobei der dadurch erzeugte Antikörper kein
Panning benötigt. Dieser
Typ des Systems wird in Siegel et al. (1994, Blood 83:2334–2344) beschrieben.
Kurz gesagt, wird monoklonale Antikörper produzierende Hybridomzell
mRNA in cDNA konvertiert. Diese DNA wird vielmals amplifiziert unter
Verwendung der PCR-Technologie, um eine multiple Kopie-Bibliothek
zu erzeugen, welche in das hier beschriebene Bakteriophagen-System
gepackt wird. Eine so erzeugte Bibliothek benötigt kein Panning per se; vielmehr
werden wenige Kolonien aufgesammelt und hinsichtlich der Produktion
eines geeigneten Antikörpers
gescreent. Derzeit verwenden viele Blutbanken monoklonale Maus-Antikörper gegen
A, B, AB und 0-Blutgruppen zum Typisieren von Blut. Da es ultimativ
billiger ist, Phagen-Display-Antikörper zu erzeugen und verwenden,
welche in Bakterien propagiert werden können, als monoklonale Antikörper zu
erzeugen und verwenden, welche in Zellkultur produziert wurden,
stellen die Verfahren der vorliegenden Erfindung signifikante Vorteile
gegenüber
den derzeit verwendeten Verfahren zur Verfügung.
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Das
Verfahren der Erfindung bezieht sich auf den Nachweis eines Antigens
auf einem roten Blutkörperchen
und umfasst das Inkubieren einer Mischung von roten Blutkörperchen,
eines Bakteriophagen mit einem Antikörper, der dadurch auf der Oberfläche des
Bakteriophagen exprimiert wird, wobei der Antikörper spezifisch für ein Antigen
des roten Blutkörperchens
ist, und eines antibakteriophagen Antikörpers, sowie das Bestimmen,
ob die roten Blutkörperchen
in der Mischung an den Phagen gebunden wurden, wobei das Binden der
roten Blutkörperchen
an den Phagen ein Hinweis darauf ist, dass das rote Blutkörperchen
ein Antigen enthält,
welches an den Antikörper,
exprimiert durch den Bakteriophagen bindet.
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Der
Nachweis von roten Blutzellen, welche an den Phagen binden, kann
realisiert werden in einem Agglutinationsassay. Die Agglutination
kann detektiert werden unter Verwendung von konventionellen Agglutinationsassays,
wobei die roten Blutzellen entweder zentrifugiert werden, oder anhand
der Möglichkeit,
sich am Boden der Tube oder eines Wells abzusetzen, wobei die Ausbildung
der Agglutinate durch Untersuchen der abgesetzten Zellen in einem
konkaven Spiegel ausgewertet wird. Alternativ kann die Agglutination
ausgewertet werden unter Verwendung von Micro Typing Systemkarten,
wobei ein Anti-Phagen-Antikörper
verwendet wird, anstelle von Coomb's Reagenz.
-
Verschiedene
verfügbare
mikrotypisierende Systeme sind kommerziell verfügbar, welche zur Anwendung
einer vorliegenden Erfindung adaptiert werden können.
-
In
einem Karten-typisierenden Assay wird beispielsweise, jedoch nicht
limitiert, auf den Mikrosystem-typisierenden Assay, eine Mischung
von roten Blutzellen und ein Antikörper-exprimierender Phage inkubiert
und auf eine Mikrotube angewandt, welche inerte Partikel enthält sowie
einen anti-Phagen Antikörper.
Der anti-Phagen-Antikörper
wird nur diejenigen roten Blutzellen binden, welche Antikörper-exprimierende
Phagen daran gebunden aufweisen, wobei die roten Blutzellen dafür selbst
ein Antigen exprimieren, an welches der Antikörper exprimiert durch den Phagen
bindet. Die Mikrotube wird in einer gesteuerten Art und Weise zentrifugiert,
wobei starke Agglutination (Quervernetzung von Zellen/Phagen präsentierend
Antikörper
und anti-Phagen-Antikörper in
der Tube) essentiell keine Bewegung der roten Blutkörperchen/Phagen
mit präsentierten
Antikörpern/anti-Phagen-Antikörper-Agglitunat durch
die Tube erzeugt. Falls keine Agglutination aufgetreten ist, dann
werden die roten Blutkörperchen
einen sichtbaren Niederschlag am Boden der Mikrotube ausbilden.
Falls eine schwache Agglutinationsreaktion aufgetreten ist, dann
wird eine gewisse Verteilung an roten Blutkörperchen durch die Tube evident
sein.
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Es
ist nicht vollständig
notwendig, dass die Mikrotube zentrifugiert wird. Sedimentation
der Komponenten des Assays kann realisiert werden dadurch, dass
man das Gefäß stehen
lässt und
den Vorteil des Einflusses der Schwerkraft nutzt. Jedoch ist es
mehr von Vorteil, die Tube zu zentrifugieren. Die Mikrotube, verwendet,
um die Zellagglutination nachzuweisen, ist eine transparente Mikrotube
mit einem oberen und einem unteren Teil, wobei der obere Teil breiter
ist als der untere Teil. Die Mikrotube hat ein öffnendes oberes Ende und ein
geschlossenes unteres Ende und ist in der Lage, den Zentrifugalkräften zu
widerstehen, welche hinreichend sind, um eine Population von Zellen
auszufällen.
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Die
Bezeichnung „inert", wie sie hier verwendet
wird, bezieht sich auf Partikel, welche in der Mikrotube vorliegen
und so bezeichnet werden, weil es sich versteht, dass sie nicht
in irgendwelche unspezifischen Reaktionen mit den speziellen Antigenen
oder Antikörpern,
welche zur Tube hinzugefügt
werden, eintreten werden. Inerte Partikel können inerte poröse Partikel
umfassen, welche kommerziell für
Gas- oder Flüssigkeitschromatographie
verfügbar
sind. Diese Produkte basieren auf quervernetzten Polymeren, wie
z.B. Agarose, Polyacrylamid, Polydextran oder Styren divinylbenzen-Polymeren,
wie z.B. Sephadex, Sepharose oder Sephacryl vertrieben von Pharmacia
AB, Uppsala, Schweden. Poröse
Glas- oder Silikagel-Partikel sind auch geeignet. Die spezielle
Größe ist vorzugsweise
10–200 μm.
-
Die
Mikrotuben, in welchen der Assay durchgeführt wird, können in einer Form einer Testkarte
angeordnet werden, wie z.B. in US-Patent Nr. 5,338,689. Die Tuben
können
an eine Karte angebunden werden, oder einen integralen Teil der
Karte darstellen in der Form von darin enthaltenen Blasen.
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Das
Binden von Antikörpern,
welche durch Phagen exprimiert werden, an rote Blutkörperchen,
kann auch in einem Assay nachgewiesen werden, welcher kein Agglutinationsassay
ist. Dieser Assay wird hier als „Einfang"-Assay bezeichnet. Beispielsweise kann
ein Assay durchgeführt
werden in einer Mikrotube, welche inerte Partikel enthält, wie
z.B., jedoch nicht limitiert auf Gel-Beads, wobei die Beads mit
anti-Phagen-Antikörpern überzogen
sind. Um Beads zu erzeugen, welche mit anti-Phagen-Antikörpern überzogen
sind, können die
Beads zuerst mit Avidin oder Streptavidin überzogen werden. Dies wird
realisiert durch chemisches Anbinden solcher Verbindungen an Beads
unter Verwendung von Gelen, welche mit aminoreaktiven Gruppen aktiviert
werden (beispielsweise N-Hydroxysuccidimidylester oder Cyanogenbromid),
mit Amino- oder Thiol-reaktive Gruppen (beispielsweise Epoxy-aktivierte Gele),
oder Thiol-reaktive Gruppen (beispielsweise Thiopropyl-aktivierte
Gele). Viele aktivierte Gelunterlagen sind kommerziell verfügbar, beispielsweise
von Pierce Chemical Co. (Rockford, IL) und Pharmacia Biotech (Uppsala,
Schweden). Darüber
hinaus sind Gelunterlagen, welche bereits chemisch derivatisiert
sind mit Avidin- oder
Streptavidin von vielen Anbietern, zellverfügbar.
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Darüber hinaus
können
Beads, welche mit anti-Phagen-Antikörpern überzogen sind, unter Verwendung
von Ziege-Anti-Schaf-Antikörpern
erzeugt werden und anti-M13-Antikörpern, welche
in Schafen erzeugt wurden (verfügbar
von 5-Prime 3-Prime). Alternativ können Beads überzogen werden mit Ziege-anti-Kaninchen-Antikörpern und
Anti-M13-Antikörpern,
welche in Kaninchen erzeugt worden sind. In ähnlicher Art und Weise können Beads überzogen
werden mit Ziege-anti-Maus-Antikörpern
und Mauspolyklonalen oder monoklonalen anti-M13-Antikörpern.
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Beads
können
auch überzogen
werden durch Konjugieren von Anti-M13-Antikörpern mit Fluoreszein oder
anderen Verbindungen und Konjugieren der Beads mit anti- Fluoreszein-Antikörpern oder
anderen geeigneten Antikörpern
abhängig
von den Verbindungen konjugiert mit dem anti-M13-Antikörper.
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Ein
biotinylierter anti-Phagen-Antikörper
wird zu den so überzogenen
Beads hinzugegeben, um das Überziehen
der Beads mit anti-Phagen-Antikörpern
zu bewirken. Eine Mischung von roten Blutkörperchen und Phagen, welche
Antikörper
exprimieren, wird in Mikrotuben eingebracht, welche Beads, überzogen
mit anti-Phagen Antikörpern,
enthalten, die Inkubation wird für
einen gewissen Zeitraum ermöglicht,
und die Tube wird zentrifugiert. Rote Blutkörperchen, welche Antikörper exprimierende
Phagen daran gebunden, aufweisen, werden „eingefangen" durch Anti-Phagen-überzogene Beads und werden
folglich nicht auf den Boden der Tube sedimentieren, wohingegen
rote Blutkörperchen,
welche keine Antikörper-exprimierenden
Phagen daran gebunden aufweisen, nicht „eingefangen" werden und auf den
Boden der Tube sedimentieren werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Antigen auf den roten Blutkörperchen
das Rh(D)-Antigen, der Antikörper-exprimierende
Bakteriophage ist M13, und der anti-Phagen-Antikörper ist der anti-M13-Antikörper.
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Die
Erfindung wird des weiteren beschrieben im Detail durch Verweis
auf die folgenden experimentellen Beispiele. Diese Beispiele werden
nur zum Zwecke der Illustration zur Verfügung gestellt und sind nicht
so gedacht, dass sie limitierend wirken, solange nicht anders spezifiziert.
Folglich sollte die Erfindung in keinster Art und Weise so konstruiert
werden, dass sie limitiert ist auf die folgenden Beispiele, vielmehr
sollte sie so konstruiert werden, dass sie irgendwelche und alle
Variationen, welche evident als ein Ergebnis der hier bereitgestellten
Lehren werden, mit einschließt.
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In 1 wird
ein Verfahren beschrieben zur Isolation von filamentösen Phagen-präsentierten
menschlichen monoklonalen Antikörpern,
welche spezifisch für
unaufgereinigte Zelloberflächen
exprimierte Moleküle sind.
Um das Einfangen der Antigen-spezifischen Phagen zu minimieren und
das Binden von irrelevanten Phagen-Antikörpern zu optimieren, wurde
eine simultane positive und negative Selektionsstrategie eingesetzt.
Zellen, welche das Antigen von Interesse tragen, wurden vor-überzogen
mit magnetischen Beads und verdünnt in
einem Überschuss
von unmodifizierten Antigen-negativen Zellen. Auf die Inkubation
der Zellmischung mit einer Fab/Phagen-Bibliothek wurde die Antigen-positive
Zellpopulation ausgewählt
unter Verwendung von magnetisch aktiviertem Zellsorting und die
Antigen-spezifischen Fab/Phagen wurden eluiert und in bakterieller Kultur
propagiert. Wenn dieses Protokoll eingesetzt wurde mit magnetisch
gelabelten Rh(D)-positiven und überschüssig ungelabelten
Rh(D)-negativen menschlichen Blutkörperchen und einer Fab/Phagen-Bibliothek, konstruiert
von menschlich peripheralen Blutlymphozyten, wurden dutzende von
einzigartigen klinisch bedeutsamen γ1κ und γ1λ Anti-Rh(D)-Antikörper von
einem einzelnen alloimmunisierten Individuum isoliert.
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Das
Zell-Oberflächen-Selektionsverfahren
der vorliegenden Erfindung ist fertig verfügbar zur Anwendung in anderen
Systemen, beispielsweise zur Identifikation von putativen tumorspezifischen
Antigenen und stellt einen schnellen (weniger als einen Monat) Ansatz
mit hoher Ausbeute zum Isolieren von selbst-replikativen Antikörper-Reagenzien, gerichtet
auf neu oder konformatorisch abhängige
Zelloberflächenepitope,
zur Verfügung.
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Die
experimentellen Beispiele, wie hier beschrieben, stellen Prozeduren
zur Verfügung
und Ergebnisse zur Isolierung und Produktion von Anti-Rh(D) roten
Blutkörper-Antikörpern unter
Verwendung von Fab/Phagen-Display. Diese Beispiele stellen auch
Prozeduren zur Verfügung
zur Agglutination von roten Blutkörperchen unter Verwendung von
anti-Phagen-Antikörpern.
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Erzeugung von Fab/Phagendisplay-Bibliotheken
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Getrennte γ1κ und γ1λ Phagen-Bibliotheken
wurden konstruiert von 2 × 107 mononuklearen Zellen, abgeleitet von peripheralem
Blut eines Rh(D)-negativen Individuums, welches zuvor mit Rh(D)-positiven
roten Blutzellen hyperimmunisiert wurden. Der Phagemidvektor Comb3
(Barbas, 1991, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88:7978–7982) wurde
verwendet, um Bibliotheken unter Verwendung von zuvor veröffentlichten
Verfahren zu erzeugen (Barbas et al., 1991, Combinatorial immunoglobin
libraries on the surface of phage (Phabs): Rapid selection of antigen-specific Fabs. Methods:
A Companion to Methods in Enzymology 2:119–124; Siegel et al., 1994,
Blood 83:2334–2344).
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Kurz
gesagt, wurde die cDNA erzeugt aus der mRNA der Donor-Zellen und
schwere Ketten und leichte Ketten-Immunoglobulin (Ig) cDNA-Segmente
wurden amplifiziert unter Verwendung der Polymerase-Kettenreaktion
(PCR) und der Batterie der menschlichen Ig-Primern beschrieben von
Kang et al. (1991), „Combinatorial Immunoglobulin
Libraries on the Surface of Phage (Phabs): Rapid Selection of Antigen-Specific Fabs. Methods:
A Companion to Methods" in
Enzymology 2:111–118,
beschrieben von Silverman et al. (1995, J. Clin. Invest. 96:417–426). Die
schweren und leichten Ketten PCR-Produkte wurden in einen E. coli.
elektropoliert. Nach Co-Infektion mit VCSM13 Helferphagen (Stratagene,
La Jolla, CA), wurde Ig DNA in filamentöse Phagenpartikel gepackt,
welche menschliche Fab-Moleküle
exprimieren, fusioniert an Gen III Bakteriophagen-Coat-Protein.
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Panning von Fab-Phagendisplay-Bibliotheken
hinsichtlich Anti-Rh(D)-Klonen
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Rh(D)-positive
rote Blutkörper
wurden an der Zelloberfläche
biotinyliert durch Inkubieren der Zellen bei einem Hämatokrit
von 10% mit 5 μg/ml
Sulfo-NHS-LC-Biotin (Pierce Chemical, Rockford, IL) für 40 Minuten bei
Raumtemperatur (RT).
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Auf
fünf folgende
Waschvorgänge
mit Phosphat-gepufferter Salzlösung
(PBS) wurden 8 × 106 biotinylierte Rh(D)-positive rote Blutkörperchen
inkubiert mit 10 μl
an Streptamycin gecoateten paramagnetischen Mikrobeads (MACS Streptavidin
Mikrobeads, Mitenyi Biotec, Sunnyvale, CA) für 1 Stunde bei Raumtemperatur in
einem Gesamtvolumen von 100 μl
PBS. Unreagierte Beads wurden durch Waschen entfernt, und anschließend wurden
die mit magnetischen Beads überzogenen
Rh(D)-positiven roten Blutkörperchen
mit einem 10fachen Überschuss
(8 × 107) von Rh(D) negativen (unmodifizierten)
roten Blutkörperchen
und ungefähr
3 × 1011 kolonieausbildenden Einheiten (cfu) entweder
der γ1κ und γ1λ Fab/Phagen
Bibliotheken (hergestellt, wie oben beschrieben) in einem letztendlichen
Volumen von 40 μl
PBS enthaltend 2% nicht-fette trockene Milch (MPBS, Carnation, Nestle
Food Products, Glendale, CA) vermischt.
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Auf
eine zweistündige
Inkubation bei 27°C
wurde die rote Blutkörperchen/Phagensuspension
bei einer Fließrate
von 10 μl/Minuten
auf eine MiniMACS-Magnetische-Typ-MS-Säule (Mitenyi Biottec, Sunnyvale,
CA) geladen, welche mit 2% MPBS pre-equilibriert worden war. Der
Beladungsschritt wurde durchgeführt,
ohne ein magnetisches Feld auf die Säule, um damit zu verhindern,
dass rote Blutkörperchen,
die mit magnetischen Beads überzogen
worden waren, instant an den oberen Abschnitt der Säule anhafteten,
diese verstopften und das Einfangen von Rh(D)-negativen unbiotinylierten
roten Blutkörperchen
erzeugten. Das Beladen der roten Blutkörperchen/Phagen-Inkubations-Mischung
in der Abwesenheit eines magnetischen Feldes verursacht, dass Antigen-negative
und Antigen-positive rote Blutkörperchen
sich gleichmäßig über die
Säule verteilen, ohne
auszulaufen, da das ausgeschlossene Volumen der Säule etwas
größer als
40 μl ist.
Sobald sie beladen wurde, wurde die Säule in ein magnetisches Feld
platziert (MiniMACS magnetic separation unit, Mitenyi Biotec, Sunnyvale,
CA) für
zwei Minuten, um zu ermöglichen,
dass die Rh(D)-positiven roten Blutkörperchen anhafteten und eine
Serie von 50 μl
Waschungen wurde durchgeführt
mit eiskaltem MPBS, gefolgt von einem letztendlichen Waschschritt
mit PBS. Insgesamt drei Waschungen wurden durchgeführt für die ersten
beiden Runden des Pannings und insgesamt sechs Waschungen wurden
durchgeführt
für alle
folgenden Panning-Schritte. Für
jeden Panning-Schritt wurde der erste Waschschritt durchgeführt bei
einer Fließgeschwindigkeit
von 10 μl/Minute,
wobei während
dieser Zeit die Menge von Rh(D)-negativen roten Blutkörperchen
aus der Säule
ausgewaschen wurde. Alle nachfolgenden Waschschritte wurden bei
200 μl/Minuten
durchgeführt.
Folgend auf den letzten Waschschritt wurde die Säule aus dem magnetischen Feld
entfernt und die Bead-überzogenen Phagen/überzogenen
Rh(D)-positiven
roten Blutkörperchen
wurden von der Säule
per Flash-Chromatographie abgetrennt mit 500 μl PBS unter Verwendung des Stempels
aus einer 5 cc Spritze (Becton-Dickinson, Franklin Lakes, NJ).
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Die
roten Blutzellen wurden sofort zentrifugiert für 5 Sekunden bei 13.000 × g und
dann re-suspendiert in 200 μl
an 76 mM Citrat, pH 2,4, um das Rh(D)-Antigen zu denaturieren und
in gebundenen Phagen zu eluieren. Auf einen 10minütigen Inkubationszeitraum
bei RT mit vorübergehendem
Vortexing wurde das Phageneluat und die zelluläre Debris neutralisiert mit
18 μl 2
M Trisbase und anschließend
mit 10 ml an O.D.=1,0 XL 1-Bluestrain von E. coli (Stratagene, La
Jolla, CA) kultiviert in Superbroth (SB) (Barbas et al., 1991, supra) angereichert
mit 10 μg/ml
Tetracyclin kultiviert. Nach der Inkubation von 15 Minuten bei Raumtemperatur,
währenddessen
die Phagenbibliothek angereichert mit Rh(D) bindenden Elementen,
Gelegenheit gegeben wurde, die bakterielle Kultur zu infizieren,
wurden 10 ml an vorgewärmtem,
37°C SB
enthaltend 40 μg/ml
Carbenicillin/10 μg/ml
Tetracyclin hinzugesetzt, um letztendliche antibiotische Konzentrationen
von 20 μg/ml
bzw. 10 μg/ml
zu liefern. Ein kleines Aliquot an Kultur (etwa 100 μl) wurde
sofort entfernt und auf LB/Carbenicillinplatten getitert, um die
Anzahl von Phagen enthalten in dem gesamten Eluat zu bestimmen.
Der Rest der Kultur wurde bei 37°C
für eine
Stunde bei 300 RPM geschüttelt.
Weitere Antibiotika, zusätzliche
SB und VCSM13 Helferphagen wurden anschließend hinzugegeben und die Kultur
wurde über
Nacht bei 30°C,
wie bei (Siegel et al., 1994, supra) beschrieben, gezüchtet.
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Phagemid-Partikel
wurden aus dem Kultivierungsüberstand
durch Polyethylen-Glycol 8000 (PEG)-Präzipitation (Barbas et al.,
1991, supra) aufgereinigt in 1 Bovinserumalbumin (BSA)/PBS resuspendiert
und über
Nacht dialysiert, um verbleibendes PEG zu entfernen, welches rote
Blutkörperchen
lysieren kann, während
der nachfolgenden Runden des Pannings. Folglich dienen die resultierenden
Phagenherstellungen als Ausgang für die nächste Runde des Pannings. Die γ1κ und γ1λ Phagen-Bibliotheken
wurden separat gepanned, um irgendwelche Neigungen in der Leichtketten-Isotyp-Replikation
zu vermeiden, welche möglicherweise
durch bakterielle Amplifikation eingefügt werden könnten.
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Screenen von polyklonalen
Fab/Phagen-Bibliotheken und individuellen Phagen-Kolonien hinsichtlich der Anti-Rh(D)-Reaktivität
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Die
Spezifität
der Fab/Phagen für
Rh(D)-Antigen wurde ausgewertet unter Verwendung eines Anti-M13-Antikörpers als
verbrückender
Antikörper,
um die Agglutination zwischen roten Blutkörperchen, welche Anti-Rh(D)
Fab/Phagen gebunden hatten, zu induzieren. Hundert μl Aliquots
von polyklonalen Fab/Phagen von Runden des Pannings oder monoklonalen
Fab/Phagen abgeleitet von individuellen Fab/Phagen-Eluatklonen wurden
inkubiert mit 50 μl
einer 3%-Suspension von roten Blutzellen eines definierten Phenotyps
(d.h. Rh(D)-negativ oder -positiv).
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Auf
eine einstündige
Inkubation bei 37°C
wurden die roten Blutkörperchen
3 mal mit 2 ml kaltem PBS gewaschen, um gebundene Fab/Phagen zu
entfernen. Die resultierenden roten Blutkörperchen-Niederschläge wurden
re-suspendiert in 100 μl
an einer 10 μg/ml-Lösung von
Schaf-Anti-M13-Antikörper
(5-Prime 3-Prime, Boulder, CO) und auf die rund-vertieften Wells
einer 96 Wellen-Mikrotiterplatte transferiert. Die Platten blieben unbeeinträchtigt (ungefähr 2 Stunden)
und wurden dann ausgelesen. Wells mit einer negativen Reaktion zeigen
scharte, ungefähr
2 mm Durchmesser Blutkörper-Zellspots, wohingegen
Wells mit positiven Reaktionen, d.h. Agglutination, die roten Blutkörperchen
in agglutinierten Wells, einen dünnen
teppichartigen Überzug über den
gesamten Boden des Wells ausbilden.
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Für die Hemagglutinations-Assays
an der Verwendung von Mikrosäulen-Gelkarten
(ID-Micro-Typing System,
Ortho Diagnostics, Raritan, NJ) wurden 25 μl an Fab/Phagen-Klonen mit 50 μl Aliquots
von roten Blutkörperchen
(0,8% Suspension in Micro Typing System Paffer, Ortho Diagnostics)
vermischt. Die Mischungen wurden in Reservoirs oberhalb der Minisäulen platziert,
welche Dextran-Acrylamid-Beads enthalten, die zuvor in 100 μl/ml Anti-M13-Antikörpern suspendiert
wurden. Nach Inkubation bei 37°C
wurden die Gelkarten bei 70 × g
für 10
Minuten zentrifugiert und ausgelesen.
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Vermischte
Verfahren
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Herstellung
von Fluoreszenz-gelabelten roten Blutkörperchen für die Durchfluss-Zytrometrie wurden durchgeführt, wie
hier beschrieben und Beispiele wurden analysiert unter Verwendung
eines FACScan Mikrofluorimeters, ausgestattet mit Lysis II (Ver
1.1)-Software (Becton-Dickinson,
Mountain View, CA). Plasmid-DNA wurde hergestellt durch bakterielles
Klonen (Qiawell Plus, Qiagen, Chatsworth, CA). Doppel-strängige DNA wurde
sequenziert unter Verwendung von Leichtketten- oder Schwerketten-Ig
konstanten Region-reversen Primern oder einzigartigen pComb3 Vektor-Primern,
welche 5-Prime zur entsprechenden Ig-Kette annealen (Barbas et al.,
1991, supra; Roben et al., 1995, J. Immunol. 154:6437–6445) sowie
automatisiertem Fluoreszenz-Sequenzieren
(Applied Biosystems, Foster City, CA). Sequenzen wurden analysiert
unter Verwendung von Mac Vector Version 5.0 Sequenzierungssoftware
(Oxford Molecular Group, Oxford, UK) und der Tomlinson Datenbank
von Ig Keimbahn-Genen (Tomlinson et al., 1996, V Base Sequence Directory.
MRC Center for Protein Engineering, Cambridge, UK).
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Experimentelles
Design für
die Zellinkubation und die Abtrennungsprotokolle
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Die
experimentellen Bedingungen, wie oben beschrieben, zum Panning von
Fab/Phagen-Bibliotheken für
anti-rote Blutkörperchen
reaktive Phagen wurden bestimmt nach Durchführen einer Serie von anfänglichen Untersuchungen
mit dem Ziel der Optimierung des Zellseparationsprozesses sowie
einer ultimativen Ausbeute von Antigen-spezifischen Fab/Phagen.
Die hauptsächlichen
Parameter, welche untersucht wurden, schlossen ein:
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Biotinylierung
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Die
Bedingungen wurden so konzipiert, dass sie die rote Blutkörperchen-Oberfläche in einer
Art und Weise biotinylierten, so dass eine hinreichende Anzahl von
Streptavidin-überzogenen
magnetischen Beads an die Zellen binden würden, wobei verursacht würde, dass
die roten Blutkörperchen
von einer magnetischen Säule
zurückgehalten
werden. In diesem Fall wird die Über-Biotinylierung,
welche die Antigenizität
des Rh(D)-Antigens
zerstören
könnte
oder die Zellen zur nicht-spezifischen Absorption von Antikörpern führen würde, zu
vermeiden. Um dieses Problem zu adressieren, wurden Rh(D)-positive/Kell-negative
rote Blutkörperchen
(wobei Kell ein rotes Blutzell-Antigen ist; (Walker, ed. 1993, Technical
Manual. 11th Edition, Bethesda: American
Association of Blood Banks) mit einem Bereich von Sulfo-NHS-LC-Biotin
Konzentrationen inkubiert und der Grad der Biotinylierung wurde
ausgewertet mit Hilfe von Durchfluss-Cytrometrie unter Einsatz von
Fluoreszein-konjugiertem Streptavidin.
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Um
den Grad der Zell-Oberflächenbiotinylierung
auszuwerten, wurden 5 μl
Aliquots von 3% Suspension von Rh(D)-positiven/Kell-negativen roten
Blutkörperchen
bei verschiedenen Biotin-Reagenzkonzentrationen biotinyliert und
wurden mit 200 μl
einer 1/100-Verdünnung
von FITC-Streptavidin (Jackson ImmunoResearch, Bar Harbor, Maine)
für 30
Minuten bei 4°C
(2) inkubiert. Die Mischung wurde mit Phosphat-gepufferter Salzlösung (PDS)
gewaschen, und mit Durchfluss-Mikrofluorimetrie (-☐-) analysiert.
Aliquots von Zellen wurden auch analysiert hinsichtlich des Erhalts
der Rh(D)-Antigenizität (-Δ-), (d.h.
spezifisches Anfärben)
oder für
das nicht Vorliegen von nicht-spezifischem
Anfärben
(-O-) durch Inkubation der Zellen mit 100 μl entweder von Anti-Rh(D) bzw. Anti-Kell-typisierten
Seren, Waschen der Zellen und ihr anschließendes Färben mit einer 1/100 Verdünnung von
FITC-Ziege-Anti-menschlichem IgG (Jackson ImmunoResearch).
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Eine
lineare nicht-sättigende
Antwort wurde beobachtet (2). Der
Erhalt der Rh(D)-Antigenizität wurde
ausgewertet unter Verwendung von Anti-Rh(D) typisierendem Serum
und wurde als nicht beeinträchtigt durch
die Derivatisierung von Zell-Oberflächen-Proteinen
mit Biotin bei allen getesteten Biotin-Konzentrationen gefunden
(2). Desweiteren absorbierten Kell-negative rote
Blutkörperchen
nicht nicht-spezifische
anti-Kell-Antikörper.
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Jede
biotinylierte rote Blutkörperchen-Probe
wurde dann mit einem Überschuss
an Streptavidin-gecoateten magnetischen Mikrobeads inkubiert und
einer magnetischen Abtrennungssäule
unterzogen. Es wurde bestimmt, dass bis zu 108 rote
Blutkörperchen
von der Säule
zurückgehalten
werden könnten,
bei roten Blutkörperchen-Proben,
die mit mehr als oder genau 500 μg/ml
Biotinreagenz biotinyliert wurden. Da die tatsächlichen rote Blutkörperchen/Phagen
Panning-Experimente zur Anwendung von nur ungefähr 107 (Rh(D)-positiven
Zellen (siehe unten) konzipiert wurden, wurde die rote Blutkörperchen-Zellbiotinylierung
bei 500 μg/ml
als hinreichend bestimmt.
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Konzentration von Rh(D)-positiven
und Rh(D)-negativen RBSs in der Inkubationsmischung
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Vor
dem Durchführen
des Fab/Phagen-Panning-Experimentes wurde die Fähigkeit der magnetisch aktivierten
Zellseparationstechnik, Rh(D)-positive und Rh(D)-negative Zellen
zu trennen, ausgewertet unter Verwendung von Anti-Rh(D)-typisierendem
Serum und Durchflusszytrometrien (3).
Streptavidin-Mikrobead-überzogene
biotinylierte Rh(D)-positive rote Blutkörperchen (8 × 106-Zellen) wurden mit einem 10fachen Überschuss
an Rh(D)-negativen nicht überzogenen
roten Blutkörperchen
(8 × 107-Zellen)
in einem 40 μl
Volumen an PBS enthaltend 2% nicht fetter trockener Milch (MPBS)
vermischt und die Mischung wurde auf eine MiniMACS-Säule aufgebracht.
Die Säule
wurde gewaschen und die gebundenen Zellen wurden, wie hier beschrieben,
eluiert. Aliquots von roten Blutkörperchen enthalten in der Originalmischung
(Panel a), der Säulenwaschlösung (Panel
b) des Säuleneluats
(Panel c) wurden mit Anti-Rh(D)-typisierendem
Serum und FITC-Ziege-anti-menschliches IgG angefärbt, wie in 2 beschrieben.
Die Durchflusszytogramme zeigten, dass obwohl ungefähr 90% der
Zellen in der Säulenbeladung
Rh(D)-negativ (Panel a) waren, beinahe alle von ihnen aus der Säule (Panel
b) ausgewaschen wurden, was zu einem Säuleneluat führte, das beinahe vollständig Rh(D)-positive
Zellen (Panel c) lieferte. Da ungefähr nur 6% des letztendlichen
Eluats Rh(D)-negative Zellen (Panel c) umfassen und Rh(D)-negative
Zellen anfänglich
in einen 10fachen Überschuss
im Vergleich zu Rh(D)-positiven Zellen vorlagen, waren nur 0,6%
der ursprünglichen
Antigen-negativen immunosorbenten Zellen kontaminierend für die letztendliche
Antigen-positive Herstellung. Diese Effizienz der Zellabtrennung
wurde als adäquat
für folgende
Paning-Experimente mit Fab/Phagen erachtet. In den oben beschriebenen
Experimenten war es nötig,
um das Verklumpen der magnetischen Abtrennungssäule zu vermeiden, die Säule in der Abwesenheit
eines magnetischen Feldes zu beladen. Dies machte ein Reaktionsvolumen
notwendig von weniger als, oder gleich 40 μl, so dass kein Material aus
der Säule
laufen konnte. Aus theoretischen Gründen (Kretzschmar et al., 1995,
Anal. Biochem. 224:413–419)
kann man geeignete Konzentrationen der Zellen, benötigt für ein 40 μl Volumen
berechnen, um mehr als 50% an Fab/Phagen, spezifisch für ein gegebenes
Zelloberflächen-Antigen
einzufangen. Solch eine Berechnung ist eine Funktion der Anzahl
der Antigenstellen pro Zelle und der Dissoziationskonstante (KD) des gebundenen Fab/Phagen. Unter Verwendung
eines Wertes von ungefähr
100,000 Rh(D)-Antigenstellen pro roten Blutkörperchen (Phenotyp „-D-/D-„) (Mollison
et al., 1993, Blood Transfusion in Clinical Medicine, Oxford, Blackwell
Scientific Publications) und der gewünschten Fab/Phagen-Affinität im Bereich
von KD = 10–8 bis
10–9 M
würden
dann 8 × 106 Rh(D)-positive rote Blutkörperchen
in einem 40 μl
Reaktionsvolumen benötigt
werden. Geht man von dieser Anzahl von Rh(D)-positiven Zellen aus,
wurde ein 10facher Überschuss
von Rh(D)-negativen Zellen als maximale Menge von Antigen-negativen Zellen
gefunden, welche effektiv von Antigen-positiven roten Blutkörperchen
durch magnetische Säule (3) abgetrennt werden könnten.
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Konstruktion und Panning
von Fab/Phagen-Bibliotheken
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γ1κ und γ1λ Phagen-Bibliotheken
wurden hergestellt, wie hier beschrieben, und man fand, dass sie
7 × 107 und 3 × 108 unabhängige
Transformanten enthielten. Tabelle 1 führt die Panning-Ergebnisse
für die
Bibliotheken auf.
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Ein
roter Blutzell-Agglutinations-Assay, welcher Anti-M13 sekundäre Antikörper einsetzte
als überbrückende Antikörper, wurde
verwendet, um Anti-Rh(D)-Fab/Phagen-Aktivität in den gepannten polyklonalen
Bibliotheken und den individuellen zufällig aufgelesenen Fab/Phagen-Klonen
(4) nachzuweisen. Die dargestellten Ergebnisse
sind ein repräsentatives
Beispiel des Assays und stellen negative Reaktivitäten mit Rh(D)-negativen
Blutzellen und stark positive Reaktivität mit Rh(D)-positiven roten
Blutzellen für
die γ1κ-Bibliotheken
(Panning #2) bis zu einer Verdünnung
von 1/2048 dar.
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Im
Falle der γ1κ-Bibliothek
scheint eine signifikante Anreicherung des Bindens an den Phagen
nach nur einer Runde des Pannings aufzutreten, wohingegen signifikante
Anreicherung für
die γ1λ-Bibliothek
während
der zweiten Runde auftritt. Dies wird sowohl durch das scharfe prozentuale
Ansteigen des gebundenen Phagen während einer gegebenen Runde
von Pannings reflektiert, wie auch durch die Fähigkeit der polyklonalen γ1κ und γ1λ Fab/Phagen-Bibliotheken,
Rh(D)-positive rote Blutkörperchen
nach einer bzw. zwei Runden des Pannings (Tabelle 1, 4)
zu agglutinieren.
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Monoklonale
Fab/Phagen wurden hergestellt aus zufällig aufgelesenen individuellen
bakteriellen Kolonien, erhalten während einer jeden Runde des
Pannings. Es war offensichtlich, dass durch die dritte Runde des
Pannings alle Klone Anti-Rh(D)-Spezifität (Tabelle
1) aufwiesen. Um zu bestätigen,
dass diese Fab/Phagen Anti-Rh(D)-Spezifität aufweisen
und nicht an andere nicht verwandte Antigene binden, welche zufällig auf den
speziellen Rh(D)-positiven roten Blutkörperchen vorlagen und auf speziellen
Rh(D)-negativen roten Blutkörperchen,
die in dem Agglutinationsassay verwendet wurden, nicht vorlagen,
wurden die Klone gegen ein Pannel von 11 Rh(D)-negativen und -positiven roten Blutkörperchen
von variierenden Blutgruppen Spezifitäten gescreent, um ihre Anti-Rh(D)-Spezifität zu verifizieren
((Walker, 1993, supra).
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Klonale Analyse
des genetischen Grades
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Um
die genetische Diversität
unter den zufällig
aufgelesenen Anti-Rh(D)-Klonen zu untersuchen, wurde Plasmid-DNA
hergestellt aus jedem der Klone und die korrespondierenden Schwer-
und Leicht-Ketten-Ig-Nukleotidsequenzen wurden identifiziert. In
Tabelle 2 wird eine Vielzahl von Attributen für jeden Klon aufgelistet, einschließend den
Namen der am stärksten
verwandten Keimbahn-schweren oder leichten Ketten Ig-Genen. Eine
detailliertere Analyse der Nukleotidspiegel führte zutage, dass unter allen
der anti-Rh(D)-bindenden Klone eine große Vielzahl von einzigartigen
schweren und leichtkettigen DNA-Sequenzen (Tabelle 3) vorlag. Aufgrund
des zufälligen
Auswählens
von schweren und leichten Ketten- und Gensegmenten, welche während der
Erzeugung einer Fab/Phagen-Display-Bibliothek vorlagen (Barbas et
al., 1991, supra), ist es evident, dass diese schweren Ketten und
leichten Ketten sich aus beinahe 50 unterschiedlichen anti-Rh(D)-Antikörpern kombinierten.
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Eine
detaillierte multiple Abgleichsanalyse der vorhergesagten Aminosäuresequenzen
führte
insgesamt 25 einzigartige schwere Ketten, 18 einzigartige kappa-leichte
Ketten und 23 einzigartige lambda-leichte Kettenproteine zutage.
Aufgrund des kombinatorischen Effektes während der Bibliothekkonstruktion
paarten sich diese schweren und leichten Ketten-Gensegmente so,
dass 50 einzigartige Fab-Antikörper
(20γ1κ und 30γ1λ) erzeugt
wurden. Interessanterweise wurden alle 25 einzigartigen schweren
Ketten und beinahe alle der 18 einzigartigen kappa-leichten Ketten
abgeleitet von nur 5 VHIII bzw. vier VκI
Keimbahn-Genen, wohingegen lambda-leichte Ketten abgeleitet wurden
von einem diverseren Satz an Keimbahn-Genen. Die Analyse der schweren
und leichten Ketten-Nukleotidsequenze von über 60 negativen Klonen von
dem ungepannten Bibliotheken wurden durchgeführt, um die Heterogenität in variablen
Regionfamilien-Repräsentationen
vor der Auswahl zu verifizieren. Klone, welche VH-Familien I (13%),
III (36%), IV (31%)m V (15%), und VI (5%) repräsentierten; Vκ-Familien I (43%),
II (14%), III (29%) und IV (14%); und Vγ-Familien
I (48%), II (4%), III (9%), IV (4%), V (9%), VI (17%) und VII (9%)
lagen vor.
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Klonale Analyse
auf Proteinebene
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Um
die Diversität
der Feinspezifität
(Rh(D)-Antigen-Epitop-Spezifität)
unter den Anti-Rh(D)-Klonen
zu untersuchen, wurden Agglutinationsexperimente durchgeführt mit
ausgewählten
Klonen und mit Sätzen
von seltenen Rh(D)-positiven roten Blutzellen, welche von Individuen
erhalten wurden, deren rote Blutzellen Rh(D)-Antigen erzeugten,
welches bestimmte Epitope nicht aufwies. Die Untersuchung des Musters
der Agglutination eines speziellen Anti-Rh(D)-Antikörpers mit
solchen Sätzen
von Mutanten von roten Blutkörperchen ermöglicht die
Identifikation des spezifischen Epitops auf Rh(D), auf welches der
Antikörper
gerichtet ist (Mollison et al., 1993, supra). Ein repräsentatives
Beispiel eines solchen Experimentes ist in 5 gezeigt
und Rh(D)-Epitope
für ausgewählte Anti-Rh(D)
Fab/Phagen-Klone sind in Tabelle 2 aufgelistet.
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Agglutinationsexperimente
wurden durchgeführt
mit anti-Rh(D)-negativen Blutkörperchen
(rr), Rh(D)-positive rote Blutkörperchen
(R2R2) und „partiell" Rh(D)-positiven roten Blutkörperchen
(Mosaics IIIa, IVa, Va, VI, VII). Die Ergebnisse, wie sie dargestellt
sind, sind ein repräsentatives
Beispiels des Assays für
5 zufällig
ausgewählte
Anti-Rh(D) Fab/Phagen-Klone (5).
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Verwendung der Fab/Phagen-Antikörper als
Blutbank-typisierende Reagenzien
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Die
Fähigkeit
der Anti-Rh(D) Fab/Phagen-Herstellungen, um akkurat Rh(D)-negative
und Rh(D)-positive roten Blutkörperchen
in Mikroplatten-Hämagglutinations-Assays
(4 und 5) zu unterscheiden, liefert
der Nachweis, dass ein Geltest (Lapierre et al., 1990, Transfusion
30:109–1130),
verwendet durch Blutbanken, um rote Blutkörperchen unter Verwendung von
konventionellen Antiserien zu phenotypisieren, adaptiert werden
konnte zur Anwendung von Fab/Phagen.
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Der
Geltest umfasst eine Plastikkarte von ungefähr 5 × 7 cm, enthaltend 6 Minisäulen jeweils
gefüllt mit
ungefähr
20 μl an
Dextran-Acrylamid-Beads suspendiert in Anti-menschlichem Globulin (Coombs Reagenz).
Rote Blutzellen, die typisiert werden sollen, werden inkubiert mit
dem gewünschten
menschlichen Antiserum und zentrifugiert durch das Gel. Rote Blutkörperchen,
welche positiv für
Antigene sind, gegen welche die Antiseren gerichtet sind, agglutinieren,
da sie auf das Anti-humane Globulin ansprechen und in oder oberhalb
der Gel-Matrix eingefangen werden. Unreaktive rote Blutzellen sedimentieren
durch die Gelpartikel und formen einen Niederschlag am Boden der
Mikrotube. Da der Geltest eine Vielzahl von Vorteilen anbietet,
gegenüber
traditionellen Blutbank-Verfahren zur Phenotypisierung von roten
Blutzellen, einschließend
vermindertes Reagenzvolumen, die Elimination von Zell-Wasch-Schritten
und eine objektivere Interpretation der Ergebnisse, haben viele
Blutbank-Ausstattungen diese neue Technologie adaptiert. Wie in 6 dargestellt, können Anti-Rh(D)-Fab/Phagen
verwendet werden mit Gelkarten, welche modifiziert sind, so dass
sie anti-M13-Antikörper enthalten.
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Um
den Assay durchzuführen,
wurden Rh(D)-negative oder positive rote Blutzellen inkubiert mit
Verdünnungen
von Anti-Rh(D)-Fab/Phagen (λ1κ-Bibliothek, Panning #2) und
wurden zentrifugiert in Mikrosäulen enthaltend
Beads, suspendiert in anti-M13-Antikörper. Unverdünnte Fab/Phagen
Stammlösungen
hatten einen Titer von 5 × 1012 cfu/ml ähnlich zu denjenigen bei auf
Mikroplatten absetzenden Assays (4). Da das Volumen
der Fab/Phagen verwendet in diesem Assay ein Viertel desjenigen
des Mikroplattenassays ist, ist die Menge von Fab/Phagen vorliegend
in 1:625 Verdünnung
ungefähr
gleich zu derjenigen vorliegend in der 1:2048 Verdünnung in 4.
Folglich ist die Anzahl von Fab/Phagen, nötig, um ein positives Ergebnis
zu erzielen, essentiell äquvalent
in beiden Assays.
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In
den anderen Assays, welche, wie eben beschrieben, durchgeführt wurden,
trat, wenn anti-M13-Antikörper
aus dem Assay eliminiert wurde, keine Agglutination von roten Blutkörperchen
beobachtbar auf. Darüber
hinaus reagiert der anti-IgG-Antikörper nicht mit rekombinanten
Fabs, welche auf der Oberfläche
des Bakteriophagen exprimiert werden. Nur Rh-positive Zellen, welche
mit anti-Rh-Phagen zur Reaktion gebracht wurden, wurden agglutiniert,
wenn Anti-M13-Antikörper
in dem Assay vorlag. Es sollte festgehalten werden, dass wenn hohe
Konzentrationen von Anti-M13-Antikörper verwendet wurden, sogar
Rh-negative Zellen agglutiniert erschienen. Dies ist ein Artefakt,
welcher vom Quervernetzen von ungebundenen (d.h. unreagierten) Phagen herrührt, welche
quervernetzt werden in der Gegenwart von hohen Mengen an anti-M13-Antikörper und
eine semi-undurchdringbare Matrix ausbilden, durch welche nicht
alle Rh-negativen Zellen wandern können. In den hier beschriebenen
Experimenten wurden auch anti-M13-Konzentrationen von ungefähr 100 μg/ml als
optimal für
die Agglutination und für
das Verhindern von falsch positiven Ergebnissen betrachtet. Abhängend von
präzisen
Konzentrationen von Reagenzien und Zellen verwendet in dem Assay
kann die Konzentration von anti-M13 von dieser Anzahl abweichen.
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Um
die relative Sensitivität
des anti-M13-modifizierten mikrotypisierten Systems auszuwerten,
wiesen die Säulen
der Micro-Typing-Systemkarten, daran angebracht, 100 μg/ml an Anti-M13-Antikörper auf.
Rh-negative oder Rh-positive Blutkörperchen wurden mit unverdünnten oder
mit 5fach seriell verdünnten
(1/5, 1/25, 1/625 und 1/3125) Anti-Rh-Phagen-Antikörpern inkubiert.
Die Karten wurden zentrifugiert und die Proben wurden ausgewertet
hinsichtlich Agglutination. Der modifizierte Micro-Typing-Systemkarten-Assay
war in der Lage, Anti-Rh-Agglutination bei einer Verdünnung von
zwischen 1/625 und 1/3125 nachzuweisen.
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Prozeduren
zur Isolation von tumorspezifischen Antikörpern
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Fab/Phagen
spezifisch für
Tumorzellen sind bedeutsam in der in vitro Diagnostik (Laborassays
von Biopsie, Flüssigkeiten
oder Blutproben), beim in vivo Labeling von Tumoren/Metastasen (Koppeln
von Antikörpern
an bildgebende Sonden) oder zur Behandlung von bösartigen Tumoren (Koppeln von
Antikörpern
an chemische oder radioaktive Toxine). Tumorspezifische Antikörper sind
auch bedeutsam für
die Identifikation von neuen Antigenen oder Markern auf Tumorzellen,
welche die Basis für
Anti-Tumorvakzine bilden können.
Des weiteren können
Tumor-spezifische Antikörper bedeutsam
für die
Erzeugung von Anti-idiotypische Antikörpern sein und können auch
eine Basis für
Anti-Tumorvakzine bilden.
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Anti-Tumor-Antikörper werden
essentiell, wie hier beschrieben, für die Erzeugung von Anti-Rh-Antikörpern erzeugt.
Tumorzellen, beispielsweise, jedoch nicht limitiert auf, bösartige
Melanomzellen, sind Zelloberflächen-biotinyliert,
gelabelt mit Streptavidin-magnetischen
Mikrobeads und werden dann mit einem Überschuss von normalen Melanozyten
vermischt. Fab/Phagen-Bibliotheken werden erzeugt aus peripheralen Blutlymphozyten
von Melanom-Patienten, welche therapeutisch bedeutsame Anti-Tumor-Antikörper besitzen. Eine
Vielzahl von Melanom-Patienten, welche sich offensichtlich „geheilt
haben", haben diese
realisiert bei Erzeugen einer humoralen (d.h. Antikörper) Immunantwort.
Diese Fab/Phagen-Bibliotheken werden inkubiert mit der Mischung
von Zellen. Fab/Phagen, welche gerichtet gegen Epitope, spezifisch
für bösartige
Zellen, sind, werden an die bösartigen
Zellen binden und können
dann isoliert werden unter Verwendung des magnetischen Säulen-Panning-Ansatzes.
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Isolation von Fab/Phagen,
welche bakterielle Viruleszenz-Faktoren identifizieren
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Der
Ansatz, wie hier beschrieben, kann verwendet werden, um Fab/Phagen
zu isolieren, welche in der Lage sind, Unterschiede zwischen den
Viruleszenz-Bakterien und ihren nicht-pathogenen Gegenspielern zu unterscheiden.
In diesem Fall wird der virulente Stamm an Bakterien magnetisch
gelabelt, verdünnt
mit den nicht-pathogenen Gegenspielern und eine Fab/Phagen-Bibliothek,
erzeugt aus Lymphozyten, erhalten von Individuen, infiziert mit
dem virulenten Strang. wird hinzugegeben. Fab/Phagen, welche isoliert
werden in dieser Art und Weise, können bedeutsam für die Identifikation
neuer bakterieller Antigene sein, gegen welche antibakterielle Verbindungen
und/oder Vakzine entwickelt werden können.