Park, Dong-Woon;Kim, Eon-Dong;Kim, Sung-Heon;Han, Jae-Yong;Kim, Jin-Kyoo
Korean Journal of Microbiology
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v.47
no.4
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pp.328-334
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2011
Leucine zipper motif consists of multiple periodic leucine residues, which forms amphipathic alpha helix. The hydrophobic nature of leucine zipper motif can dimerize proteins which contain this motif. Leucine zipper motif addition at C-terminus of single-chain Fv (ScFv) antibody induces its dimerization. Since the dimeric ScFv antibody contains two antigen binding sites (bivalency) like Y-shaped complete antibody, it could increase avidity. As a result, it could show higher antigen binding activity than monomeric ScFv antibodies. Based on this concept, monomeric chicken 8C3 ScFv antibody previously developed from chicken hybridoma was dimerized by the addition of leucine zipper motif at C-terminus of ScFv antibody. The dimeric 8C3 ScFv antibody specifically reacted with Eimerian sporozoite which causes Avian Coccidiosis. As expected, dimeric 8C3 ScFv antibody showed 3-folds higher antigen binding activity than monomer due to increased avidity. In addition, protien yields of dimer expression were 2-folds higher than monomer.
Purpose: Recombinant ScFv lym-1 was produced, using pET vector system for large scale production. Methods: ScFv lym-1 gene inserted pET-22b (+) vector, was expressed in E.coli BL-21 strain. ScFv lym-1 antibody extracted from periplasm, was purified with His-Taq column. To evaluated immunoreactivity with Raji cell, ScFv lym-1 was labeled with I-125 and I-125 ScFv lym-1 was purified with desalting column. Raji cell was injected into the C57BR/cdJ SCID mice. Gamma camera imaging were taken time point at 1, 8, 24, and 48 hr with 8 mm pinhole collimator. Results: An active scFv lym-1 could be produced in E. coli with soluble iron using PET vector system. Immuuoreaetivity and affinity constant of IgG lym-1 were 54% and $1.83{\times}10^9M^{-1}$, respectively, and those of scFv lym-1 were 53.7% and $1.46{\times}10^9M^{-1}$, respectively. Biodistribution of I-125 scFv lym-1 antibody showed faster clearance in blood, spleen, kidney and than I-125 IgG lym-1 antibody. Gamma camera image of I-125 scFv lym-1 antibody showed faster clearance and tumor targeting liver than I-125 IgG lym-1 antibody. Conclusions: In vitro properties of scFv lym-1 were similar to those of IgG lym-1. ScFv lym-1 showed faster blood clearance than IgG lym-1 There results suggest that scFv lym-1 antibody can be useful for tumor imaging agent.
Babaei, Arash;Zarkesh-Esfahani, Sayyed Hamid;Gharagozloo, Marjan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.21
no.5
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pp.529-535
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2011
Single-chain variable fragment (scFv) is a fusion protein of the variable regions of the heavy (VH) and light (VL) chains of immunoglobulin, connected with a short linker peptide of 10 to about 20 amino acids. In this study, the scFv of a monoclonal antibody against the third domain of human CD4 was cloned from OKT4 hybridoma cells using the phage display technique and produced in E. coli. The expression, production, and purification of anti-CD4 scFv were tested using SDS-PAGE and Western blot, and the specificity of anti-CD4 scFv was examined using ELISA. A 31 kDa recombinant anti-CD4 scFv was expressed and produced in bacteria, which was confirmed by SDS-PAGE and Western blot assays. Sequence analysis proved the ScFv structure of the construct. It was able to bind to CD4 in quality ELISA assay. The canonical structure of anti-CD4 scFv antibody was obtained using the SWISS_MODEL bioinformatics tool for comparing with the scFv general structure. To the best of our knowledge, this is the first report for generating scFv against human CD4 antigen. Engineered anti-CD4 scFv could be used in immunological studies, including fluorochrome conjugation, bispecific antibody production, bifunctional protein synthesis, and other genetic engineering manipulations. Since the binding site of our product is domain 3 (D3) of the CD4 molecule and different from the CD4 immunological main domain, including D1 and D2, further studies are needed to evaluate the anti-CD4 scFv potential for diagnostic and therapeutic applications.
Park, Tae-Hyun;Park, Chang-Woon;Awh, Ok-Doo;Lim, Sang-Moo
Biomedical Science Letters
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v.9
no.3
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pp.111-121
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2003
Recombinant single chain Fv (scFv) antibodies offer many advantages over mouse monoclonal antibodies such as faster clearance from blood, improved tumor localization, reduced human anti-mouse antibody (HAMA) response, and the availability to manipulate the scFv through genetic approaches. The recombinant phage display was constructed using lym-l hybridoma cells as a source of genetic starting material. mRNA was isolated from the corresponding antibodies hybridoma cells. VH and VL cDNA were amplified with RT-PCR and linked with ScFv by linker DNA to form ScFv DNA, which then were inserted into phagemid pCANTAB5E. The phage of positive clones selected with tube containing raji lymphoma cell and infected by competent E. coli HB2151 to express soluble scFv. The scFv lym-l was secreted into the cytosol and culture supernatant and shown to be of expected size (approximately 32 kDa) by western blot. An active scFv lym-l could be produced in E. coli with soluble form and high yield from hybridoma cell line, using phage display system. Immunoreactivity indicated that scFv lym1 showed a potential biding affinity against the raji lymphoma cell as its parental antibody (intact lym-l Ab).
Single-chain antibodies against epidermal growth factor receptor variant III (EGFRvIII) are potentially promising agents for developing antibody-based cancer treatment strategies. We described in our previous study the successful expression of an anti-EGFRvIII scFv antibody in Escherichia coli. However, we could also observe the formation of insoluble aggregates in the periplasmic space, limiting the production yield of the active product. In the present study, we investigated the mechanisms by which growth conditions could affect the expression of the soluble anti-EGFRvIII scFv antibody in small-scale E. coli NiCo21(DE3) cultures, attempting to maximize production. The secreted scFv molecules were purified using Ni-NTA magnetic beads and protein characterization was performed using SDS-PAGE and western blot analyses. We used the ImageJ software for protein quantification and determined the antigen-binding activity of the scFv antibody against the EGFRvIII protein. Our results showed that the highest percentage of soluble scFv expression could be achieved under culture conditions that combined low IPTG concentration (0.1 mM), low growth temperature (18℃), and large culture dish surface area. We found moderate-yield soluble scFv production in the culture medium after lactose-mediated induction, which was also beneficial for downstream protein processing. These findings were confirmed by conducting western blot analysis, indicating that the soluble, approximately 30-kDa scFv molecule was localized in the periplasm and the extracellular space. Moreover, the antigen-binding assay confirmed the scFv affinity against the EGFRvIII antigen. In conclusion, our study reveals that low-speed protein expression is preferable to obtain more soluble anti-EGFRvIII scFv protein in an E. coli expression system.
Enzyme immunoassay to analyze specific binding activity of antibody to antigen uses horseradish peroxidase (HRP) or alkaline phosphatase (AP). Chemical methods are usually used for coupling of these enzymes to antibody, which is complicated and random cross-linking process. As results, it causes decreases or loss of functional activity of either antibody or enzyme. In addition, most enzyme assays use secondary antibody to detect antigen binding activity of primary antibody. Enzymes coupled to secondary antibody provide a binding signal by substrate-based color development, suggesting secondary antibody is required in enzyme immunoassay. Additional incubation time for binding of secondary antibody should also be necessary. More importantly, non-specific binding activity caused by secondary antibody should also be eliminated. In this study, we cloned AP isolated from Escherichia coli (E. coli) chromosome by PCR and fused to) hAY4 single-chain variable domain fragment (ScFv) specific to death receptor (DR4) which is a receptor for tumor necrosis factor ${\alpha}$ related apoptosis induced ligand (TRAIL). hAY4 ScFv-AP expressed in E. coli showed 73.8 kDa as a monomer in SDS-PAGE. However, this fusion protein shown in size-exclusion chromatography (SEC) exhibited 147.6 kDa as a dimer confirming that natural dimerization of AP by non-covalent association induced ScFv-AP dimerization. In several immunoassay such as ELISA, Western blot and immunocytochemistry, it showed antigen binding activity by color development of substrates catalyzed by AP directly fused to primary hAY4 ScFv without secondary antibody. In summary, hAY4 ScFv-AP fusion protein was successfully purified as a soluble dimeric form in E. coli and showed antigen binding activity in several immunoassays without addition of secondary antibody which sometimes causes time-consuming, expensive and non-specific false binding.
The scFv antibody towards the Burkholderia pseudomallei exotoxin was previously constructed by phage display and exhibited good specificity towards the exotoxin. We report here the optimization of the scFv expression in an E. coli expression system. Four different E. coli strains (ER2537, TG1, HB2151, and XL1-Blue) were examined for optimal expression of the scFv protein. Two types of carbon source (i.e. 0.2% glucose and 0.2% glycerol) were also tested for their ability to induce the scFv expression. Cells that carried the scFv construct were grown at $30^{\circ}C$ and induced with 0.05 mM IPTG. The expression was then monitored by SDS-PAGE, Western blotting, and indirect ELISA. The Western blot profile showed different levels of the scFv expression among the host strains; XL1-Blue exhibited the highest level of the scFv protein expression. Glycerol at a concentration of 0.2% (v/v) significantly increased the scFv protein expression level when compared to 0.2% (w/v) glucose. Further optimization demonstrated that the scFv protein expression in XL1-Blue was the most optimal with a glycerol concentration as low as 0.05%. However, by indirect ELISA, only the scFv protein that was expressed in 0.2% (v/v) glycerol exhibited high specificity towards the Burkholderia pseudomallei exotoxin.
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.
Multivalent and multi-specific antibodies can provide valuable tools for bio-medical research, diagnosis and therapy. In antigen-antibody interactions, the avidity of antibodies depends on the affinity and the number of binding sites.$^1$ As artificial multivalent antibody agents, single chain Fv-streptavidin fusion tetramer proteins $(scFv-SA)_4$ have been previously tested.$^{1,\;2}$ Although, the Fab domain is known to be more stable than scFv in animal models,$^{3,\;4}$ it has never been used to make a multivalent agent with a streptavidin fusion. In this study, we prepared tetra-valent $(Fab-cSA)_4$ by fusing Fab with core streptavidin (cSA). This molecule was made using inclusion body production, refolding and chromatography purification. Affinities of the Fab-cSA tetramer and a scFv-cSA tetramer to a cell surface antigen were compared by ELISA using biotin-HRP. The Fab-cSA tetramer showed higher binding avidity than the scFv-cSA tetramer. The higher binding avidity of the Fab-cSA tetramer demonstrates its potential as a therapeutic agent for target-specific antibody therapy.
As an alternative method to produce low cost reagents for immunodiagnosis and protect the plants from viral disease, a gene encoding a single chain variable fragment(scFv) recombinant antibody targeted to the coat protein of cucumber mosaic virus (CMV) was expressed in Nacotiana tabacum. The source of the scFv recombinant antibody gene was from spleen tissue of an immunized mouse. The gene was initially cloned into the pCANTAB5E phagemid and expressed in E. coli. In the following study, the antibody gene was subcloned into the plant expression vector, pCAMBIA-1301 and introduced into tobacco leaf tissue via Agrobacterium tumefacients mediated transformation. After transformation, 56 out of 58 plants were shown to carry the desired anti-CMV scFv gene by PCR analysis. Overall, only 12.5% of the 56 putative transgenic plants were found to express the antibody to a detectable level.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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