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加州大学圣地亚哥分校
基因泰克科学家开发了潜在的破坏性抗体测序技术

2008年12月18日

道格·拉姆齐

加州大学圣地亚哥分校(University of California, San Diego)和基因泰克(Genentech)的生物信息学研究人员开发了一种新的、更快的单克隆抗体测序方法,这一过程比当今学术界和工业界研究人员通常使用的测序技术快许多倍。

努诺·班德拉照片
Nuno Bandeira是《自然-生物技术》这篇论文的第一作者,也是加州大学圣地亚哥分校新计算质谱分析中心的主任。

这一突破在2008年12月的《金融时报》上有详细介绍自然生物技术他在一篇题为“自动化”的文章中写道从头单克隆抗体的蛋白质测序。”在这篇文章中,作者提出了一种新的鸟枪式蛋白质测序方法,将未知抗体测序所需的时间缩短到36小时以下——与当今最广泛使用的技术相比,这是一种“大幅度减少”,这可能需要数周甚至数月的时间。这项技术也比许多实验室常用的互补DNA(cDNA)测序方法要快。

虽然DNA测序技术近年来取得了巨大的进步,但蛋白质测序在50年来几乎没有改变。因此,今天几乎所有的蛋白质都是用DNA而不是蛋白质测序技术发现的。虽然它对大多数蛋白质(由DNA编码)有效,但对某些重要蛋白质(如抗体)不起作用,这些蛋白质不是直接刻在基因组中的。

“我们的新方法有可能成为所有蛋白质测序应用的颠覆性技术,”该论文的主要作者、加州大学圣地亚哥分校新计算质谱中心(CCMS)主任努诺·班德拉说。“该项目是与抗体药物开发领域的领导者Genentech合作的,它说明了该中心和这项技术对加利福尼亚州和世界各地的生物技术产业的潜在影响。”

CCMS是雅各布斯工程学院计算机科学与工程(CSE)系和加利福尼亚电信与信息技术研究所(Calit2)UCSD分部的共同努力。Bandeira关于自然生物技术论文包括CSE教授Pavel Pevzner,基于calit2的算法和系统生物学中心(CASB)主任;三名来自旧金山基因泰克蛋白质化学系的研究人员:维多利亚·范姆、大卫·阿诺特和珍妮·r·里尔。

当互补DNA(cDNA)或原始细胞系不可用时,或当细胞在原始测序后发生变化后需要验证抗体的完整性和有效性时,鸟枪蛋白测序将特别有用。

基因泰克公司的珍妮·里尔说:“抗体在生物医学研究中是不可或缺的,它们被广泛用作诊断和治疗药物。”。“DNA测序通常用于单克隆抗体的初始表征,但随后的突变和其他变化意味着需要进一步的蛋白质水平分析。因此,出于多种原因对抗体进行测序至关重要,从监测分子的完整性,到对临床前表现进行故障排除化学分析。”

到目前为止,唯一可行的抗体测序方法是一种称为Edman降解的过程,以瑞典化学家Pehr Edman的名字命名。(该技术用于胰岛素测序,并于1958年获得诺贝尔化学奖。)虽然Edman降解仍然是一种低通量和耗时的方法,但在过去的半个世纪中,没有发现该技术的快速替代品。

Bandeira和他的同事们建议用基于质谱的蛋白质测序来替代这种古老的技术。

虽然质谱法通常用于对蛋白质的短片段(称为肽段)进行测序,但直到最近才出现了对整个蛋白质进行测序的技术。关键的瓶颈是计算,而不是实验,因为蛋白质组装的挑战是一个难题,其复杂性可与DNA测序相媲美。

提出的比较散弹枪蛋白测序(CSPS)可以描述为两个阶段的过程:将质谱组装成蛋白质的长片段(SPS阶段),并使用相似的蛋白质将这些片段排序成完整的蛋白质序列(比较阶段)。

Bandeira为CSP的算法基础提供了一个简单的类比。班德拉说:“想象一下,一本畅销书的修订版刚刚印刷出来,一位希望推迟发行的竞争对手偷偷溜进仓库,将所有的书撕成碎片,并销毁了原始模板。”。“在这种情况下,SPS步骤允许通过将片段组合成章节来重构文本的整个部分(类似于解谜方法),比较步骤使用非常旧的书版本将部分重新组织成最新版本的完整副本。与CSP相比,相互竞争的蛋白质测序技术更为劳动密集,更类似于要求作者从记忆中背诵整本书的过程。”

用CSPS替代Edman降解,可以在很短的时间内进行测序。此外,CSPS可以自动检测Edman降解或其他主流肽识别策略可能从未观察到的翻译后修饰。

“CSPS使得将意外的修饰与抗体效率的变化联系起来成为可能,同时跟踪突变,”首席作者Bandeira说。“这一过程揭示了传统测序方法无法发现的意想不到的变化。这对生物技术行业至关重要,因为意外的修改可能对抗体的有效性和安全性至关重要。”

论文的合著者Pavel Pevzner总结道:“与传统方法相比,CSPS为生物技术行业的序列发现提供了许多可能性。”

在他们的论文中,生物信息学研究人员承认,虽然CSPS可以很容易地处理小的蛋白质混合物,但为了实现该技术在全蛋白质组分析方面的全部潜力,还需要做更多的工作。加州大学圣地亚哥分校计算质谱分析中心正在进行的研究将专注于提高方法的效率、可靠性和稳健性。

出版:“自动化从头单克隆抗体的蛋白质测序作者努诺·班德拉(Nuno Bandeira)、维多利亚·范姆(Victoria Pham)、帕维尔·佩夫兹纳(Pavel Pevzner)、大卫·阿诺特(David Arnott)和珍妮·r·里尔(Jennie R. Lill)。自然生物技术,2008年12月,v26,n12,pp1336-1338。该项目得到了美国国立卫生研究院拨款NIGMS 1-R01-RR16522的支持。

传媒联络:道格拉姆齐, 858-822-5825


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