通过结合原子力显微镜与生物淘选技术,我们建立了一套针对任意生物样本中疾病特异性蛋白质变体(即使浓度较低)的阴性和阳性生物淘选系统,成功获得了针对肌萎缩侧索硬化症相关TDP-43蛋白变体的抗体。
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通过结合原子力显微镜与生物淘选技术,我们建立了一套针对任意生物样本中疾病特异性蛋白质变体(即使浓度较低)的阴性和阳性生物淘选系统,成功获得了针对肌萎缩侧索硬化症相关TDP-43蛋白变体的抗体。
由于蛋白质变体在多种疾病中发挥关键作用,例如TDP-43在肌萎缩侧索硬化症(ALS)中、α-突触核蛋白在帕金森病中,以及β-淀粉样蛋白和tau蛋白在阿尔茨海默病中,因此开发能够选择性靶向这些疾病特异性蛋白质变体的形态特异性试剂至关重要,可用于研究这些变体在疾病病理中的作用,并具有潜在的诊断和治疗应用价值。我们已开发出基于原子力显微镜(AFM)的新型生物筛选技术,可分离出选择性识别疾病特异性蛋白质变体的试剂。该过程包含两个关键阶段:阴性筛选和阳性筛选阶段。在阴性筛选阶段,通过多轮减法筛选,利用一系列精心选择的非靶标抗原去除与非靶标抗原发生反应的噬菌体。阴性筛选阶段的一个关键特征是利用AFM成像对筛选过程进行监测,并确认所有非期望的噬菌体颗粒均已被清除。在阳性筛选阶段,将目标抗原固定在云母表面,洗脱并筛选结合的噬菌体,以鉴定能够选择性结合目标抗原的噬菌体。只要使用了适当的阴性筛选对照,目标蛋白质变体无需预先纯化。即使在复杂生物材料中仅以极低浓度存在的目标蛋白质变体,也可用于阳性筛选步骤。通过该技术的应用,我们已获得针对TDP-43蛋白质变体的抗体,这些变体选择性地存在于人类ALS脑组织中。我们预计,本方案适用于生成可选择性结合多种不同生物过程和疾病中蛋白质变体的试剂。
蛋白质变体的存在已被认为是多种疾病进展的因素,包括阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症(ALS)和额颞叶痴呆(FTD)等神经退行性疾病1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11。β-淀粉样蛋白和α-突触核蛋白的寡聚形式分别被认为是导致阿尔茨海默病和帕金森病的毒性物质2,3,4,5。TAR DNA结合蛋白43(TDP-43)的聚集物已被证实与ALS和FTD相关12,13,14。因此,能够选择性靶向不同蛋白质变体的试剂(如抗体)可作为诊断标志物和潜在治疗手段的有力工具。在本研究中,我们专注于开发可选择性结合与ALS相关的TDP-43蛋白变体的试剂,但本文所述技术应适用于分离针对多种蛋白质变体的试剂。
TDP-43 的细胞质聚集已被确定为肌萎缩侧索硬化症(ALS)的病理特征15,16,17,18,19。在正常个体的所有细胞中,TDP-43 通常位于细胞核内,尽管其在细胞质与细胞核之间具有一定的穿梭倾向15,17。然而,在 ALS 患者中,可在特定神经元和胶质细胞的细胞质中检测到聚集形式的 TDP-43,同时细胞核内的浓度降低,提示在疾病进展过程中 TDP-43 从细胞核向细胞质转移16,20。尽管大多数 ALS 病例中均存在 TDP-43 的聚集现象,但并非所有病例均由此引起,因为约 1%–2% 的 ALS 总病例(或约 15%–20% 的家族....
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1. 噬菌体的制备
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在 图1示意图展示了我们利用免疫管通过负向筛选去除文库中与脱靶抗原结合的噬菌体的过程。我们首先使用牛血清白蛋白(BSA)进行筛选,因为BSA是一种常用的封闭剂,任何会非特异性结合该靶标的噬菌体在后续的免疫检测中均可能造成干扰。随后,我们去除了与聚集态α-突触核蛋白结合的噬菌体,以消除那些对聚集蛋白的通用结构具有反应性的噬菌体即, 一种可与聚集态α-突触核蛋白、TDP-43、Aβ发生交叉反应的抗体 等等。)。原子力显微镜结果表明,在针对聚集态α-突触核蛋白进行一轮负向筛选后,噬菌体发生了结合图2A)且经过8轮后无结合图2B随后,我们使用健康人脑组织进行阴性淘选,以去除能够结合健康人脑匀浆中多种抗原的噬菌体。 图2C 显示噬菌体在经过1轮负向筛选后仍结合健康组织,而在经过10轮负向筛选后无噬菌体残留结合(图 2D)。由于可用于筛选的健康对照和额颞叶变性(FTD)免疫沉淀TDP-43蛋白的量较少,使用云母片而非免疫管可减少反应体积,从而降低.......
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蛋白质变体已被证实参与多种神经退行性疾病(如阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症和额颞叶痴呆)的进展1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11。分离能够选择性识别这些不同蛋白质变体靶标的抗体,可为研究、诊断乃至潜在治疗此类疾病提供有效的试剂。为获得此类变体特异性抗体,我们开发了一种新颖的生物筛选方法,该方法利用原子力显微镜监测每一步骤的进展。此前采用类似的阴性与阳性生物筛选联用策略,已成功获得可结合寡聚态β-淀粉样蛋白的克隆5。本文进一步拓展该研究,证明我们能够高效地生成选择性结合人脑组织样本中疾病特异性蛋白质变体的试剂。我们已分离出可特异性识别TDP-43变体的形态学特异性试剂,这些变体仅存在于人肌萎缩侧索硬化症脑组织中13,14。未来的研究需进一步表征所靶向的TDP-43变体的性质(如是否发生聚集或修饰)。
在阳性筛选阶段,确保获得针对任意蛋白质变体靶标的噬菌体的关键步骤是确认阴性筛选过程已去除所有可能交叉反应的噬菌体克隆。我们利用原子力显微镜(AFM)成像验证了在每轮阴性筛选过程中,几乎所有结合非靶标抗.......
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作者无任何利益冲突需要披露。
本研究由美国国立卫生研究院(NIH)资助:R21AG042066。我们感谢 Philip Schulz 在制作屏幕录制视频过程中的贡献。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 汤姆林森 I 型和 J 型文库 | MRC(剑桥,英格兰) | ||
| 希茨文库 | MRC(剑桥,英格兰) | ||
| 2xYT | BD Sciences | 244020 | |
| 葡萄糖 | Amresco | 0188-2.5KG | |
| 氨苄青霉素 | Amresco | 0339-25G | 刺激性物质 |
| KM13 辅助噬菌体 | MRC(剑桥,英格兰) | ||
| 卡那霉素 | OmniPur | 5880 | 刺激性物质 |
| 聚乙二醇 8000 | OmniPur | 6510 | 刺激性物质 |
| 氯化钠 | Macron | 7647-14-5 | |
| 磷酸氢二钠 | Amresco | 0404-1KG | 刺激性物质 |
| 氯化钾 | EMD | PX1405-1 | 刺激性物质 |
| 磷酸二氢钾 | Amresco | 0781-500G | 刺激性物质 |
| TG1 细胞 | MRC(剑桥,英格兰) | ||
| LB 琼脂培养基 | EMD | 1.10283.0500 | |
| 牛血清白蛋白 | Amresco | 0332-100G | |
| STEN 缓冲液 | Crystalgen 公司 | 33429775 | |
| 免疫管 | Thermo Scientific | 470319 | |
| 云母 | Spruce Pine Mica | 24365 | |
| 吐温 20 | EMD | ||
| 胰蛋白酶 | Sigma | T-0303 | 刺激性物质 |
| 三乙胺 | Sigma | T-0886 | 易燃物 |
| 甘油 | Amresco | 0854-1L | 刺激性物质 |
| 质粒 DNA 提取试剂盒 | Qiagen | 27106 | 刺激性物质 |
| 脱脂奶粉 | Carnation | ||
| 96 孔高结合 ELISA 板 | Costar | 3590 | |
| 抗 M13 HRP 抗体 | GE Healthcare Life Sciences | 27-9421-01 | |
| ELISA 化学发光底物试剂盒(Femto) | Thermo Scientific | 37074 | |
| 抗 TDP-43 多克隆抗体 | ProteinTech | 10782-2-AP | |
| 蛋白 A/G 琼脂糖微珠 | Santa Cruz Biotechnology | sc-2003 | |
| HB 2151 细胞 | MRC(剑桥,英格兰) | ||
| 异丙基硫代半乳糖苷 | Teknova | 13325 | |
| 9e10 HRP 抗体 | Santa Cruz Biotechnology | sc-40 | |
| 硝酸纤维素膜 | Bio-Rad | 162-0115 | 易燃物 |
| 离心机 | Thermo Scientific | Sorvall RC 6+ | |
| Nanoscope IIIa 原子力显微镜 | Veeco | ||
| 原子力显微镜探针 | VistaProbes | T300R-10 |
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