Background: The heat shock proteins (HSPs) play an important role in cellular protection mechanisms against physical or chemical stresses. In this study scFv antibodies specific for human HSP70.1 were isolated from a semi-synthetic human scFv library with the ultimate goal of developing anti-HSP70.1 intracellular antibody (intrabody) that may offer an attractive alternative to gene targeting to study the function of the protein in cells. Methods: A semi-synthetic human scFv display library ($5{\times}10^{8}$ size) was constructed using pCANTAB-5E vector and the selection of the library against bacterially expressed recombinant human HSP70.1 was attempted by panning. Results: Three positive clones specific for recombinant HSP70.1 were identified. All three clones used $V_{H}$ subgroup III. On the other hand, $V_{L}$ of two clones belonged to the kappa light chain subgroup I, but the other utilized $V_{k}$ subgroup IV Interestingly, these scFv molecules specifically reacted to the recombinant HSP70.1, yet failed to recognize native HSP70 induced in U937 human monocytic cells by heat treatment. Conclusion: Our results indicated that affinity selection of an scFv phage display library using recombinant antigens produced in E. coli might not guarantee the isolation of scFv antibody molecules specific for a native form of the antigen. Therefore, the source of target antigens needs to be chosen carefully in order to isolate biofunctional antibody molecules.
Over decades of work, the probiotic research has grown rapidly with a number of new cultures, which is claimed a variety of benefit. However, many of the specific effects attributed to the ingestion of probiotics remain convoluted and scientifically unsubstantiated. Accordingly, the scientific community faces a greater challenge and must objectively seek cause and effect relationships for many potential and currently investigated probiotic species. Rational selection and design of probiotics remains an important challenge and will require a solid information about the physiology and genetics of candidate strains relevant to their intestinal roles, functional activities, and interaction of with other resident micro flora. As far as beneficial culture of lactic acid bacteria (LAB) is concerned, simple, cost-effective, and exact identification of candidate strains is of foremost importance among others. Until recently, the relatedness of bacterial isolates has been determined sorely by testing for one or several phenotyphic markers, using methods such as serotyping, phage-typing, biotyping, and so forth. However, there are problems in the use of many of these phenotype-based methods. In contrast, some of newer molecular typing methods involving the analysis of DNA offer many advantages over traditional techniques. These DNA-based methods have the greater discriminatory power than that of phenotypic procedures. This review focuses on the importance and the basis of molecular typing methods along with some considerations on de-sign and selection of probiotic culture for human consumption.
The application of the cellulase gene (celA) as a selection marker of food-grade integration system was investigated in Lactobacillus (Lb.) casei, Lactococcus lactis, and Leuconostoc (Leu.) mesenteroides. The 6.0-kb vector pOC13 containing celA from Clostridium thermocellum with an integrase gene and a phage attachment site originating from bacteriophage A2 was used for site-specific recombination into chromosomal DNA of lactic acid bacteria (LAB). pOC13 was also equipped with a broad host range plus replication origin from the lactococcal plasmid pWV01, and a controllable promoter of nisA ($P_{nisA}$) for the production of foreign proteins. pOC13 was integrated successfully into Lb. casei EM116, and pOC13 integrants were easily detectable by the formation of halo zone on plates containing cellulose. Recombinant Lb. casei EM 116::pOC13 maintained these traits in the absence of selection pressure during 100 generations. pOC13 was integrated into the chromosome of L. lactis and Leu. mesenteroides, and celA acted as an efficient selection marker. These results show that celA can be used as a food-grade selection marker, and that the new integrative vector could be used for the production of foreign proteins in LAB.
It is well established that blocking the interaction of EGFR with growth factors leads to the arrest of tumor growth, resulting in tumor cell death. ER414 is a human monoclonal antibody (mAb) derived by guided selection of the mouse mAb A13. The ER414 exhibited a ~17-fold lower affinity and, as a result, lower efficacy of inhibition of the EGF-mediated tyrosine phosphorylation of EGFR when compared with mAb A13 and cetuximab. We performed a stepwise in vitro affinity maturation to improve the affinity of ER414. We obtained a 3D model of ER414 to identify the amino acids in the CDRs that needed to be mutated. Clones were selected from the phage library with randomized amino acids in the CDRs and substitution of amino acids in the HCDR3 and LCDR1 of ER414 led to improved affinity. A clone, H3-14, with a ~20-fold increased affinity, was selected from the HCDR3 randomized library. Then three clones, ER2, ER78 and ER79, were selected from the LCDR1 randomized library based on the H3-14 but did not show further increased affinities compared to that of H3-14. Of the three, ER2 was chosen for further characterization due to its better expression than others. We successfully performed affinity maturation of ER414 and obtained antibodies with a similar affinity as cetuximab. And antibody from an affinity maturation inhibits the EGF-mediated tyrosine phosphorylation of EGFR in a manner similar to cetuximab.
The envelope glycoprotein E2 of hepatitis C virus (HCV) binds to various cell surface receptors for viral infection. We performed biopanning against this protein and selected peptides from phage display peptide libraries. Two short peptides, pep7-1 and pep12-1, were selected and their ability to inhibit the infection process was investigated. When pep7-1 was present, the infectivity of HCV particles in cell culture was notably decreased. This decrease was demonstrated by Western blot analysis, immunofluorescence assay, and reverse transcription PCR assay. However, pep12-1 showed little inhibitory effect on HCV infection.
Although smallpox was eradicated in 1980, it is still considered a potential agent of biowarfare and bioterrorism. Smallpox has the potential for high mortality rates along with a major public health impact, eventually causing public panic and social disruption. Passive administration of neutralizing monoclonal antibodies (mAbs) is an effective intervention for various adverse reactions caused by vaccination and the unpredictable nature of emerging and bioterrorist-related infections. Currently, vaccinia immune globulin (VIG) is manufactured from vaccinia vaccine-boosted plasma; however, this production method is not ideal because of its limited availability, low specific activity, and risk of contamination with blood-borne infectious agents. To overcome the limitations of VIG production from human plasma, we isolated two human single-chain variable fragments (scFvs), (SC34 and SC212), bound to vaccinia virus (VACV), from a scFv phage library constructed from the B cells of VACV vaccine-boosted volunteers. The scFvs were converted to human IgG1 (VC34 and VC212). These two anti-VACV mAbs were produced in Chinese Hamster Ovary (CHO) DG44 cells. The binding affinities of VC34 and VC212 were estimated by competition ELISA to $IC_{50}$ values of $2{\mu}g/ml$ (13.33 nM) and $22{\mu}g/ml$ (146.67 nM), respectively. Only the VC212 mAb was proven to neutralize the VACV, as evidenced by the plaque reduction neutralization test (PRNT) result with a $PRNT_{50}$ of ~0.16 mg/ml (${\sim}1.07{\mu}M$). This VC212 could serve as a valuable starting material for further development of VACV-neutralizing human immunoglobulin for a prophylactic measure against post-vaccination complications and for post-exposure treatment against smallpox.
A food-grade integration vector based on site-specific recombination was constructed. The 5.7-kb vector, pIMA20, contained an integrase gene and a phage attachment site originating from bacteriophage A2, with the ${\alpha}$-galactosidase gene from Lactobacillus plantarum KCTC 3104 as a selection marker. pIMA20 was also equipped with a controllable promoter of nisA ($P_{nisA}$) and a signal peptide-encoding sequence of usp45 ($SP_{usp45}$) for the production and secretion of foreign proteins. pIMA20 and its derivatives mediated site-specific integration into the attB-like site on the Lactococcus lactis NZ9800 chromosome. The vector-integrated recombinant lactococci were easily detected by the appearance of blue colonies on a medium containing $X-{\alpha}-gal$ and also by their ability to grow on a medium containing melibiose as the sole carbon source. Recombinant lactococci maintained these traits in the absence of selection pressure during 100 generations. The ${\alpha}-amylase$ gene from Bacillus licheniformis, lacking a signal peptide-encoding. sequence, was inserted downstream of $P_{nisA}\;and\;SP_{usp45}$ in pIMA20, and the plasmid was integrated into the L. lactis chromosome. ${\alpha}-Amylase$ was successfully produced and secreted by the recombinant L. lactis, controlled by the addition and concentration of nisin.
Lee, Myung-Shin;Kwon, Myung-Hee;Hwang Kim, Kyongmin;Park, Sun;Shin, Ho-Joon;Kim, Hyung-Il
IMMUNE NETWORK
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v.3
no.3
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pp.219-226
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2003
Background: Phage display is the most widely used technique among display methods to produce monoclonal antibody fragment with a specific binding activity. Having a large library for efficient antibody display/selection is quite laborious process to have more than $10^9$ members of transformants. To overcome these limitations, several in vitro selection approaches have been reported. Ribosome display that links phenotypes, proteins, directly to genotype, mRNA, is one of the in vitro display methods. Ribosome display can reach the size of scFv library up to $10^{14}$ molecules and it can be further diversified during PCR steps. To select the high affinity scFv from one pot library, we established ribosome display technique by modifying the previously reported eukaryotic translation system. Methods: To establish the antibody selection system by ribosome display, we used 3D8, anti-DNA antibody. A 3D8 scFv was synthesized in vitro by an in vitro transcription-translation system. The translated 3D8 scFv and the encoding 3D8 mRNA are connected to the ribosome. These scFv-ribosome-mRNA complexes were selected by binding to their specific antigens. The eluted mRNAs from the complexes are reverse transcribed and re-amplified by PCR. To apply this system, antibody library from immunized mouse with terminal protein (TP)-peptide of hepatitis B virus DNA polymerase TP domain was also used. This TP-peptide encompasses the 57~80 amino acid residues of TP. These mRNA/ribosome/scFv complexes by our system were panned three times against TP-peptide. The enrichment of antibody from library was determined by radioimmunoassay. Results: We specifically selected 3D8, anti-DNA antibody, against ssDNA as a model system. The selected 3D8 RNAs sequences from translation complexes were recovered by RT-PCR. By applying this model system, we enriched TP-peptide-specific scFv pools through three cycles of panning from immunized library. Conclusion: We show that our translating ribosome complexes are well maintained and we can enrich the TP-specific scFv pools. This system can be applied to select specific antibody from an antibody library.
Kim, Sangkyu;Park, Insoo;Park, Seung Gu;Cho, Seulki;Kim, Jin Hong;S.Ipper, Nagesh;Choi, Sun Shim;Lee, Eung Suk;Hong, Hyo Jeong
Molecules and Cells
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v.40
no.9
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pp.655-666
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2017
We constructed a large $na{\ddot{i}}ve$ human Fab library ($3{\times}10^{10}$ colonies) from the lymphocytes of 809 human donors, assessed available diversities of the heavy-chain variable (VH) and ${\kappa}$ light-chain variable (VK) domain repertoires, and validated the library by selecting Fabs against 10 therapeutically relevant antigens by phage display. We obtained a database of unique 7,373 VH and 41,804 VK sequences by 454 pyrosequencing, and analyzed the repertoires. The distribution of VH and VK subfamilies and germline genes in our antibody repertoires slightly differed from those in earlier published natural antibody libraries. The frequency of somatic hypermutations (SHMs) in heavy-chain complementarity determining region (HCDR)1 and HCDR2 are higher compared with the natural IgM repertoire. Analysis of position-specific SHMs in CDRs indicates that asparagine, threonine, arginine, aspartate and phenylalanine are the most frequent non-germline residues on the antibody-antigen interface and are converted mostly from the germline residues, which are highly represented in germline SHM hotspots. The amino acid composition and length-dependent changes in amino acid frequencies of HCDR3 are similar to those in previous reports, except that frequencies of aspartate and phenylalanine are a little higher in our repertoire. Taken together, the results show that this antibody library shares common features of natural antibody repertoires and also has unique features. The antibody library will be useful in the generation of human antibodies against diverse antigens, and the information about the diversity of natural antibody repertoires will be valuable in the future design of synthetic human antibody libraries with high functional diversity.
Moon, Seung Kee;Park, So Ra;Park, Ami;Oh, Hyun Mi;Shin, Hyun Jung;Jeon, Eun Ju;Kim, Seiwhan;Park, Hyun June;Yeon, Young Joo;Yoo, Young Je
Molecules and Cells
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v.39
no.3
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pp.217-228
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2016
To generate a biobetter that has improved therapeutic activity, we constructed scFv libraries via random mutagenesis of several residues of CDR-H3 and -L3 of hu4D5. The scFv clones were isolated from the phage display libraries by stringent panning, and their antiproliferative activity against HER2-positive cancer cells was evaluated as a primary selection criterion. Consequently, we selected AH06 as a biobetter antibody that had a 7.2-fold increase in anti-proliferative activity ($IC_{50}$: 0.81 nM) against the gastric cancer cell line NCI-N87 and a 7.4-fold increase in binding affinity ($K_D$: 60 pM) to HER2 compared to hu4D5. The binding energy calculation and molecular modeling suggest that the substitution of residues of CDR-H3 to W98, F100c, A101 and L102 could stabilize binding of the antibody to HER2 and there could be direct hydrophobic interactions between the aromatic ring of W98 and the aliphatic group of I613 within HER2 domain IV as well as the heavy and light chain hydrophobic interactions by residues F100c, A101 and L102 of CDR-H3. Therefore, we speculate that two such interactions were exerted by the residues W98 and F100c. A101 and L102 may have a synergistic effect on the increase in the binding affinity to HER2. AH06 specifically binds to domain IV of HER2, and it decreased the phosphorylation level of HER2 and AKT. Above all, it highly increased the overall level of p27 compared to hu4D5 in the gastric cancer cell line NCIN82, suggesting that AH06 could potentially be a more efficient therapeutic agent than hu4D5.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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