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编号:10258189
利用噬菌体肽库确定IL-2Rα表位序列①
http://www.100md.com 《中国免疫学杂志》 1999年第12期
     作者:刘北一 李一 王莉 于春雷 杨贵贞 富宁 周长城 齐杰 周慧 李惟

    单位:刘北一 李一 王莉 于春雷 杨贵贞 (白求恩医科大学免疫学教研室,长春130021);富宁 (第一军医大学免疫学教研室,广州510515);周长城 齐杰 周慧 李惟 (吉林大学生命科学学院,长春130021)

    关键词:噬菌体肽库;IL-2R表位;免疫抑制剂

    中国免疫学杂志991202 摘 要 目的:确定IL-2Rα表位,为研制高效特异性强的小分子肽类免疫抑制剂奠定基础。方法:用抗IL-2Rα单克隆抗体5G1对噬菌体六肽库进行筛选,选择出与5G1结合较强的克隆,经DNA序列分析,获得保守序列。对含保守序列的克隆进行生物学活性鉴定。结果:选择出31个与5G1结合较强的克隆。获得Ser-Ser-Phe和Ser-Ser-Arg两种保守序列。生物学活性鉴定表明:含Ser-Ser-Arg序列克隆较含Ser-Ser-Phe被抑制效果好。结论:Ser-Ser-Arg是IL-2Rα表位的关键序列。以此表位序列合成的小分子肽可作为IL-2Rα的拮抗剂而成为免疫抑制剂。
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    中国图书分类号 R392-33

    Identification of IL-2Rαepitope sequences by phage peptide library

    LIU Bei-Yi, LI Yi, WANG Li et al.

    Department of Immunology, Norman Bethune University of Medical Sciences, Changchun 130021

    Abstract Objective: To determine the amino acid sequences of IL-2R epitope that would be useful in making small peptide drugs as immunosuppressant. Methods: A mouse monoclonal antibody that is specific for the human IL-2Rα 5G1(anti Tac antibody) was used to screen a random phage peptide library which have 6 amino-acid residues displayed. Phage clones which could highly react with 5G1 was selected. After DNA sequencing, conservative sequences were acquired. The biological activities of phage clones were studied by sIL-2R blocking assay. Results: After 4 round of biopanning 31 phage clones were selected; two kinds of conservative sequence(Ser-Ser-Phe and Ser-Ser-Arg) were determined by single-strand dideoxy-sequencing by chine termination method. Ser-Ser -Arg clones were more effective than Ser-Ser-Phe clones. Conclusion:Ser-Ser -Arg sequence is the IL-2R epitope.
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    Key words Phage peptide library IL-2R epitope Immunosuppressant

    噬菌体呈现技术(Phage displayed techniques,PDT)是利用丝状噬菌体在体外表达外源基因的一项新技术[1]。其技术要点是将外源基因插入改建过的噬菌体外壳蛋白基因PⅢ或PⅧ区以表达外源短肽。利用PDT技术制备的噬菌体表达文库主要包括肽文库(Peptide library)和抗体库(Antibody library)。噬菌体肽文库技术目前已成功地用于抗原表位分析、研究细胞因子表位、疫苗设计等[2~7]。本研究利用抗人IL-2Rα单克隆抗体5G1筛选噬菌体六肽库以确定IL-2Rα表位为研制高效特异性强的小分子肽类免疫抑制剂奠定基础。

    1 材料与方法

    1.1 噬菌体肽库系统 噬菌体六肽库、受体菌K91kan、野生型噬菌体FuseI由美国Missouri大学Dr.Smith惠赠。抗IL-2Rα单克隆抗体5G1、兔抗鼠IgG、HRP标记驴抗兔IgG系由本教研室制备。豚鼠抗M13多抗系本室自制。HRP标记金葡菌A蛋白购自上海生化所。
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    1.2 测序试剂 测序引物由美国Missouri大学Dr.Smith惠赠,[α-32P]dATP购自北京市亚辉生物医学公司,DNA序列分析试剂盒系上海Promega生物产品有限公司产品。

    1.3 肽库筛选 用单克隆抗体5G1筛选噬菌体六肽库方法参见文献[8]。

    1.4 单个噬菌体克隆制备 方法参见文献[8]。

    1.5 利用3种不同ELISA法 选出与5G1具有较强结合性的噬菌体克隆,方法参见文献[9]。

    1.6 DNA序列分析 对与5G1具有较强结合性的噬菌体提取单链DNA,利用T7DNA聚合酶测序试剂盒,用Sauger双脱氧链末端终止法进行序列分析。

    1.7 含保守序列的噬菌体克隆进行生物学活性鉴定
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    1.7.1 IL-2R阻断试验 5G1(4 μg/ml)包被40孔酶标板(浙江产),1%BSA封闭后,依次加入不同浓度 IL-2R(1 600、800、400、200、100、50),再加含保守序列的噬菌体克隆。阴性对照用Fuse1,空白对照用PBS。作用后加豚鼠抗M13多抗。再加HRP-SPA显色。测OD490,计算抑制百分率,

    1.7.2 IL-2竞争抑制试验 5G1(4 μg/ml)包被40孔酶标板(浙江产),1%BSA封闭后,同时加入等体积不同浓度 IL-2(10.00、5.00、2.50、1.25万U、荷兰CHIRON产品)及含保守序列的噬菌体克隆,作用43℃,30 min后,加豚鼠抗M13多抗,加HRP-SPA显色,测OD490,计算抑制百分率。

    2 结果

    2.1 肽库筛选 进行四轮筛选,每一轮结束后均记录噬菌体投入量及回收量(TU:四环素转导单位),并计算回收率。结果见表1。
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    表1 用5G1筛选肽库的结果

    Tab.1 The result of screening peptide library with 5G1 Screening

    Inputing phage

    (TU)

    Recovery phage

    (TU)

    Recovery

    (%)

    1st

    2.64×1010
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    1.76×105

    6.65×10-4

    2nd

    3.43×1011

    2.61×106

    7.60×10-4

    3rd

    2.20×1011

    2.61×106

    1.19×10-3
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    4th

    2.53×1010

    0.55×106

    2.17×10-5

    2.2 阳性克隆筛选 利用3种ELISA方法对随机挑取50个筛出的噬菌体克隆进行5G1结合筛选。选出结合较好的31个噬菌体克隆用于DNA序列分析。结果参见文献[9]。

    2.3 DNA序列分析 对31个噬菌体克隆进行DNA序列分析,结果表明①Ser、Ser、Phe在序列中出现机率较多。②得到两种保守序列:Ser-Ser-Phe包含在4个序列为Ser-Ser-Phe-Tyr-Pro(Leu)-Ile的噬菌体克隆中;Ser-Ser-Arg包含在10个序列为Lys-Phe(Cys)-Ser-Ser-Arg-Leu(Lys) 的噬菌体克隆中(见表2)。
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    表2 DNA测序所得的氨基酸序列

    Tab.2 Amino acid sequences deduced from DNA sequences No

    Sequence

    2

    Lys-Phe-Ser-Ser-Arg-Leu

    3

    Ser-Arg-Arg-Trp-His-Asn

    5

    Lys-Phe-Ser-Ser-Arg-Leu

    6
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    Lys-Phe-Ser-Ser-Arg-Leu

    7

    Lys-Phe-Ser-Ser-Arg-Leu

    10

    Lys-Phe-Ser-Ser-Arg-Leu

    12

    Lys-Phe-Ser-Ser-Arg-Leu

    13

    Thr-Phe-Val-Lys-Ala-His

    15

    Arg-Tyr-Ser-Glu-Glu-Phe
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    16

    Lys-Cys-Ser-Ser-Arg-Lys

    17

    Lys-Phe-Ser-Ser-Arg-Leu

    18

    Lys-Phe-Ser-Ser-Arg-Leu

    19

    Lys-Phe-Ser-Ser-Arg-Leu

    25

    Gly-Ile-glu-Leu-Met-Leu

    26
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    Leu-Ile-Pro-Thr-Lys-Gly

    30

    Ser-Arg-Phe-Pro-Arg-Gly

    31

    Ser-Ser_Phe-Tyr-Pro-Ile

    32

    Ser-Ser_Phe-Tyr-Leu-Ile

    33

    Ala-Arg-Arg-Pro-Ser-Thr

    34

    Ser-Ser-Phe-Tyr-Pro-Ile
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    35

    Ala-Val-Val-Leu-Ser-Thr

    36

    Ile-Ala-Arg-Leu-His-Ser

    37

    Ile-Ala-Pro-Lys-His-Met

    40

    Ile-Thr-Gly-Thr-Leu-Ser

    41

    Gly-Ile-Gly-Leu-Met-Leu

    42
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    Gly-Ile-Glu-Leu-Met-Leu

    43

    Ser-Ser-Phe-Tyr-Pro-Ile

    45

    Asn-Ala-Ala-Ser-Val-Gly

    46

    Arg-Ile-Lys-Gly-Asp-Ala

    47

    Cys-Ser-Ser-Cys-Ser-His

    50

    Ser-Phe-Phe-Ser-Phe-Ala
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    2.4 IL-2R/IL-2 竞争阻断试验 由于5G1属抗Tac抗原类抗体,用不同浓度的IL-2R和IL-2分别阻断,竞争抑制含保守序列的噬菌体克隆与5G1结合。由此间接反映这些保守序列是否能模拟IL-2Rα抗原表位。

    2.4.1 IL-2R阻断试验 选择含保守序列的3个噬菌体克隆进行试验。结果如图1所示:Ser-Ser-Arg被阻断效果较Ser-Ser-Phe好。

    图1 sIL-2R阻断实验

    Fig.1 sIL-2R blockage assay

    2.4.2 IL-2竞争抑制试验 将上述含保守序列的3个噬菌体克隆进行IL-2竞争抑制试验。结果显示含Cys-Ser-Ser-Arg序列及Phe-Ser-Ser-Arg序列克隆较好地被IL-2抑制,并前一序列效果明显。而含Ser-Ser-Phe序列克隆在10万U IL-2时即不被抑制,这与IL-2R阻断试验结果相符(见图2)。
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    图2 IL-2竞争抑制实验

    Fig.2 IL-2 competive inhibition assay

    3 讨论

    单抗5G1属抗Tac抗原类抗体,其特点是与受体有较强亲合力和特异性,只与IL-2R细胞发生反应,对IL-2依赖性T细胞增殖具有强大抑制作用,也可抑制同种异体混合淋巴细胞反应。以此抗体对噬菌体六肽库进行筛选所得表位序列而合成的小分子肽可作为IL-2Rα的拮抗剂。

    对31个噬菌体克隆的DNA序列进行分析,获得Ser-Ser-Phe和Ser-Ser-Arg两种保守序列。这两种保守序列既具有相关性(都含Ser)又有明显区别(Phe为碱性氨基酸,Arg为芳香族氨基酸)。含这些序列的一些克隆在ELISA检测中抗原性并非最强,但出现机率却很高。说明它们与5G1亲和性较强。这两种序列与文献中IL-2R cDNA序列无相关性[10,11],可能该序列模拟的是IL-2R非线性表位,因此,我们对这两种序列的噬菌体克隆的生物学活性进行了研究。
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    首先用含保守序列的噬菌体克隆竞争抑制IL-2R与5G1的结合,结果不理想。主要原因是噬菌体克隆不同于一般蛋白质小肽,浓度不容易掌握。而进一步IL-2阻断竞争抑制试验则显示IL-2可明显阻断占测序克隆中1/31的Lys-Cys-Ser-Ser-Arg-Lys噬菌体与5G1的结合;Lys-Phe-Ser-Ser-Arg-Lys噬菌体次之;而Ser-Ser-Phe-Tyr-Pro-Ile噬菌体被抑制效果最差,其原因可能是该序列并非模拟IL-2R上与IL-2结合的表位,而前两个克隆(均含Ser-Ser-Arg)则较好地模拟IL-2Rα表位。上述结果提示Ser-Ser-Arg很可能是IL-2Rα的关键表位序列。

    按模拟IL-2R噬菌体表位序列合成的小分子肽,有可能作为IL-2Rα的拮抗剂而成为一种免疫抑制剂。进行T细胞功能测定,将进一步证实该序列的生物学活性,为其在临床应用提供理论依据。

    资金项目:本课题受卫生部科学研究基金资助(No.98-1-203)
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    作者简介:刘北一,女,30岁,硕士研究生,主要从事噬菌体肽库的研究;

    李一,女,副教授,硕士研究生导师,主要从事神经免疫学研究

    参考文献

    1 Smith G P.Filamentous fusion phage: novel expression sectors that displayed cloned antigens. Science,1985;228:1315

    2 Kay B K, Adey N B, He Y S et al. An M13 phage library displaying random 38 amino acid peptides as a source of a novel segments with affinity to selected targets. Gene,1993;128:59
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    3 Dybwad A, Bogen B, Natving J B et al. Peptide phage libraries can be an efficient for identifying antibody ligands for polyclonal antisera. Clin Exp Immunol,1995; 102:438

    4 Sioud M, Dybwad A, Jespersen L et al. Characterization of naturally occurring autoantibodies against tumour mapping by phage epitope. Clin Exp Immunol, 1994; 98:520

    5 Yayon A, Aviezer D, Safran M et al. Isolation of peptides that inhibit binding of basic fibroblast growth factor to its receptor from a random phage-epitope libray. Proc Natl Acad Sci USA, 1993;90:10643
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    6 Wrighton N C, Farrell F X, Chang R et al. Small peptides as potent mimics of the protein hormones erythropoietin. Science,1996;273:458

    7 Yanofsky S D, Baldwind D N, Bulter J H et al. High affinity type I interleukin 1 receptor antagonist discovered by screening recombinant peptide libraries. Proc Natl Acad Sci USA,1996;93:7381

    8 Stephen F, Smith G P. Antibody-selectable flamentous fd phage vector: affinity purification of target genes. Gene,1988;73:305-318
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    9 刘北一,李 一,富 宁 et al.三种检测噬菌体阳性克隆的比较. 免疫学杂志,1998;14(1):54

    10 Lenardo W J, Pepper J M, Crabtree G R et al. Molecular cloning and expression of cDNA for the human interleukin-2 receptor. Nature, 1984;311:626

    11 Nikaido T, Shimizu A, Jshida N et al. Molecular cloning of cDNA encoding human interlukin-2 receptor. Nature,1984;311:631

    收稿1998-07-10 修回1999-09-30

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