抗体101:单链片段变量(SCFV)

由Beth Kenkel.

提到抗体,你可能会想到单克隆抗体(mAbs)。自1975年以来,由于诺贝尔奖获奖的工作Milstein和科勒他开发了杂交瘤技术。但是单链片段变量(scFvs)呢?scFvs在1988年被两个独立的实验室(Bird等人,1988Huston等人。,1988年).scFvs是能与抗原结合的抗体分子的最小单位。虽然scFvs看起来很陌生,但它们通常是工程蛋白质的组成部分。让我们来熟悉一下scFvs。

什么是scFv?

SCFV是一种重组抗体。它们是〜25 kda单个多肽,其含有可变轻链(vl)和可变重链(vh)的抗体.这两条链是由柔性连接肽通常15-20个氨基酸长,由甘氨酸和丝氨酸组成使用分散的亲水残基来增加溶解度(Monnier等,2013)。该连接体使一个可变结构域的c端和另一个可变结构域的n端保持一定距离,有利于抗原结合位点的适当折叠和形成,同时也最大限度地减少单链抗体的低聚化。虽然你可能认为单链抗体的可变结构域会反映抗体(vl -link - vh),但vl -link - vh和vh -link - vl结构域都可以产生功能性单链抗体;然而,一些单独的scFvs在一种配置中表现得比另一种更好(Sandomenico等人,2020年)。

IgG与scFv的比较示意图。scFV要小得多,只由轻链和重链的可变区域组成。
图1:IgG抗体与单链抗体的比较。

SCFV与单克隆抗体的优缺点是什么?

scFvs的优点:

scFv的优势在于其规模。由于scFvs可以在细菌中表达,所以小的scFvs更容易制造,成本也更低,而单克隆抗体通常需要哺乳动物表达系统。scFvs也足够小,可以用于筛查在体外显示方法例如噬菌体展示(Bradbury et al., 2011)。在体外选择避免了动物免疫,并且还允许几代SCFV对两种不可能产生SCFV的抗原在活的有机体内:体内发现的抗原或自身抗原,以及对动物致命的毒素。

在临床中,scFvs的大小也提供了抗体的优势(Ahmed等人。,2012年贝茨和权力。, 2019年):快速血液清除,这对于成像应用是有用的;更好的组织渗透,可用于治疗和成像应用;施用时减少免疫原性在活的有机体内因为他们没有Fc区域

缺点SCFV:

与抗体相比,SCFV倾向于具有较低的亲和力,较低的长期稳定性,并且由于它们的小尺寸而汇总的可能性更高(贝茨和权力。, 2019年).它们从血液中快速清除可能是治疗应用的一个缺点,在治疗应用中,较长的滞留时间往往会提高治疗效果(Ahmed等人。,2012年).

你如何生成SCFV?

scFv序列传统上是通过扩增VH抗体序列来克隆的杂种细胞,但噬菌体显示是一种流行的产生scFvs的方法。

对于噬菌体展示,在噬菌体涂层上显示池的SCFV库,该过程链接基因型和表型。用板式抗原孵育噬菌体显示库有助于选择高亲和力SCFV。然后通过感染细菌来激化结合的噬菌体以进行额外的淘选和SCFV表征。

噬菌体展示阶段包括与抗原结合、清洗和增殖结合噬菌体。
图2:噬菌体展示开始于噬菌体外壳上显示的scFvs池库。本文库与板状结合抗原孵育,以筛选具有高亲和力的单链抗体。然后,结合噬菌体通过感染细菌增殖,以进行更多的筛选。创建Biorender.com。

一些噬菌体展示库从免疫动物的B细胞中筛选抗体基因,但使用半合成或完全合成的VL和VH序列可以避免动物使用。噬菌体展示也允许筛选从疾病或接种的人的B细胞抗体基因产生的单链抗体。

你如何产生SCFV?

虽然可以在哺乳动物、酵母、植物和昆虫细胞中产生scFvs,但它们最常在细菌(Ahmed等人。,2012年).细菌表达的一个挑战是在VL和VH结构域之间正确形成二硫键。这个键为scFv提供了稳定性和溶解度(Gaciarz和知更鸟。, 2017年),但需要氧化环境才能形成。当scFvs在细菌的非氧化细胞质中表达时,scFvs在不溶性包涵体中积累。虽然可以从包体中重新溶解和折叠scFvs,但这是费时费力的。

为了避免这种情况,通常使用一种或多种方法在细菌中表达scFv:

  1. 靶向细菌的氧化周质以允许适当的二硫键形成。
  2. 在氧化还原突变体的细菌菌株中的表达使得它们具有更氧化的细胞质。
  3. 在分子伴侣的存在下表达,帮助scFvs在细胞质中正确折叠(Sandomenico等人。,2020年).
  4. 转换为A.半胱氨酸自由格式在细胞质中更容易表达大肠杆菌,尽管这不是对所有scfv都可能的。

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scFvs的用途是什么?

scFvs的使用方式和抗体一样多。scFvs甚至被用来筛选新的抗体。为此,抗体可变结构域序列被表达为scFvs,并用scFvs进行筛选在体外测定选择强粘合剂。然后将所选SCFV的可变结构域的序列插入编码抗体恒定结构域支架中以将SCFV转化为抗体。

scFvs与其他蛋白质结构域结合的能力,就像乐高积木一样,使它们比抗体更适合作为工程蛋白的构建块。这种灵活性很大程度上是由于scFvs比抗体小。scFvs通常与其他蛋白质发生基因融合,这导致了它们在基础和转译研究中的应用。

SCFV的基础研究应用:

  • Suntag.系统使用scFv放大标记蛋白的荧光强度。SunTag有两个组成部分:1)一个有10-24个短表位GCN4拷贝标记的蛋白质,也称为支架;2)与GCN4结合的scFv与GFP融合。当scFv-GFP融合物的多个拷贝与SunTag支架结合时,荧光信号的强度会增强,并使活细胞中的单分子跟踪成为可能。
  • HA frankenbody是HA标签检测探针。它含有一个HA结合的SCFV,融合到荧光蛋白如GFP。哈兰克伦人就像一种基于抗体的探针,但由于遗传编码,因此更容易和更便宜地产生。

scFvs的翻译应用:

  • 就像抗体一样,临床试验中存在许多基于SCFV的疗法或已经在临床中(贝茨和权力。, 2019年).许多设计用于肿瘤学应用的scFvs被重新格式化为结合CD3和肿瘤特异性抗原的双特异性分子。当这些被称为双特异性T细胞受体(BiTE®s)的分子结合T细胞和肿瘤特异性抗原上的CD3时,它将T细胞带到肿瘤部位。ScFvs还可以与细胞毒素、放射性同位素、细胞因子和酶融合,用于癌症、自身免疫和/或炎症治疗。抗体片段(如scFvs)也用于眼病,如老年性黄斑变性(AMD),因为眼内定向注射可导致眼内药物浓度高,而对全身的副作用很小。
  • scFvs是设计的一部分嵌合抗原受体.汽车是SCFV和T细胞受体的嵌合体,并在T细胞上表达以制造汽车T细胞。受体的细胞外SCFV部分识别出感兴趣的抗原,而汽车的细胞内T细胞受体部分有利于信号转导和释放来自T细胞的细胞毒性颗粒。当一辆汽车具有与癌症相关抗原结合的SCFV时,受体的SCFV部分的结合可以激活T细胞以杀死癌细胞。
  • scFv的小体积也允许它们通过像AAV这样的病毒载体传递,这可能对传递很有用伟德BV下载抑制HIV的scFvs。

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引用和资源

引用:

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