本发明涉及生物医药,具体涉及抗体分类技术及其应用。
背景技术:
1、抗体是一种重要的免疫蛋白质,通常由人体内的b淋巴细胞生成,具有极高的特异性和选择性。它们能够通过结合病原体表面的抗原,触发一系列免疫反应来消灭病原体或者防止其进一步侵袭机体。抗体通常由四个多肽链(两个重链和两个轻链)构成,其中每条链都包含一个可变区(v区)和一个恒定区(c区)。可变区的高度可塑性确保了抗体可以针对不同的抗原。
2、抗原主要分为内源性抗原和外源性抗原。内源性抗原指来自于身体内部的自身抗原或变异抗原,如癌细胞、病毒感染细胞等。内源性抗原是由机体自身组织中产生的抗原,通常分为普遍性抗原和专一性抗原两种。普遍性抗原广泛存在于机体内部组织中,如组织因子、细胞膜分子等,不会引起自身免疫反应。专一性抗原则是由自身细胞发生变异后在机体内部产生的,如癌细胞、感染细胞等。自身免疫病变通常与对自身产生免疫反应的特定性自身抗原有关。外源性抗原指来自于身体外部环境的抗原,如细菌、病毒、真菌和寄生虫等。外源性抗原在机体内部被摄取后分解成抗原片段,随后递呈给t细胞进行识别,从而激发相应的免疫反应。
3、抗体的多样性由位于抗体基因座上不同的v区(可变区)、d区(多样性区)和j区(连接区)基因片段重组产生的,称为vdj重排。重排过程由rags(重排激活蛋白)催化,其会在dna中寻找适当序列并在其两侧产生双链断裂,这些适当序列称为重组信号序列(rss)。rss由寡核苷酸组成的七聚体(5′cacagtg3′)、九聚体(5′acaaaaacc3′)和两者之12bp或23bp长度的间隔序列(spacer)组成。在重组酶的作用下,由于碱基互补,带有12bp间隔序列的rss基因片段只能和带有23bp间隔序列的基因片段结合。如果一个v基因片段与一个j基因片段成功重组,那么就会形成一个v-j连接。如果d基因片段也被整合在其中,那么就会形成一个v-d-j连接。随后,中间未成功重组的dna序列形成一个dna环。在一系列随机插入和连接后,dna环被酶解。最终,经过剪接和翻译调控,形成成熟的、可以结合到抗原并进行信号传递的抗体蛋白质分子。
4、人类抗体重链igh(ig heavy chain)在识别不同抗原序列时发挥重要作用。其中igh的v区,也称为变异区(variable region),由vh(variable domain of heavy chain)和ch1(constant domain 1)两个区域组成。vh区域包括了三个亚域(fr1、cdr1和fr2),cdr1和fr2之间有一个插入区域(cdr2),cdr2和fr3之间还有一个cdr3区。vh区域是抗体分子中的变异和多样性部分,其中的cdr序列(complementarity-determining region)直接与抗原接触,在特异性识别中起到关键作用。
5、随着基因工程技术和生物计算技术的发展,使得抗体的研究和开发更加高效和快速。基因工程技术可以通过包括基因克隆、dna测序、pcr扩增、基因表达和蛋白质纯化等技术将人体或动物产生的抗体基因序列克隆到细菌、酵母或哺乳动物细胞中,大规模生产抗体。同时,基因工程技术还可以利用点突变、插入、删除等方法进行抗体的改良和优化,使其具有更好的特性和功能。生物计算技术则加速抗体的研究和开发过程。例如,通过计算机模拟、人工智能和机器学习等方法,预测和设计抗体分子的三维结构、抗原结合位点等特性,提高抗体筛选的成功率。
6、目前,越来越多抗体与抗原的结合形式被证实,这使得有必要建立一个更全面的抗体与抗原特异性分类系统。前期研究中,部分研究人员已经尝试提出一些分类标准,例如结合构象分类、空间序列分类、功能分类等。它们提供了理解抗体和抗原特异性的新方法,但却存在覆盖面小、缺乏理论依据等缺点,因此寻找一种普适性的针对抗体和抗原特异性的分类方式显得尤为重要。
技术实现思路
1、针对上述存在的技术局限性,本发明提出了抗体分类类别的判定方法及其在评估人类抗体偏好性中的应用;其克服了背景技术中提到的不足和缺陷。
2、为实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:
3、本发明的发明点是提供了抗体分类类别的判定方法,所述判定方法是将通过检测到的抗体间隔序列中保守ag碱基组的数量设定为判定标准,对抗体分类类别进行区分。
4、可选地,上述的抗体分类类别的判定方法,所述抗体间隔序列的确定方法,包括以下步骤:
5、1)依据物种重链可变区vh的基因座位置信息,抽提判定得到重组信号序列rss;
6、2)依据重组信号序列rss中保守的七聚体和九聚体位置,抽提判定得到间隔序列。
7、可选地,上述的抗体分类类别的判定方法,所述步骤2)中,七聚体的序列为5'-cacagtg-3',九聚体的序列为5'-acaaaaacc-3',间隔序列的长度为23bp。
8、所述人类抗体是指,以国际免疫遗传学信息系统imgt所获得的重链可变区vh序列及所处基因座位置得到的抗体间隔序列,区分出的两类抗体,命名为ighva和ighvb。
9、以检测到抗体间隔序列中保守ag碱基的数量为判定标准时,间隔序列中ag碱基数量小于等于2的情况下,抗体为ighva;间隔序列中ag碱基数量大于2的情况下,抗体为ighvb。
10、按照现有的分类体系来看,ighva包含有ighv1、ighv2和ighv7;ighvb包含有ighv3、ighv4和ighv6。
11、本发明的第二个发明点是提供了一种人工抗体筛选或设计时的应用。
12、ighva和ighvb这两类抗体,在人体中表现出了对不同来源的抗原有不同的偏好。具体地说,当人体遇到外源性蛋白引起的免疫反应时,人体产生的抗体主要是ighva类抗体;当人体遇到内源性蛋白引起的免疫反应时,人体产生的抗体主要是ighvb类抗体。根据上述机制在针对由外源性蛋白引起的疾病或者外源性蛋白在疾病中起重要作用的疾病,在进行抗体筛选、抗体制备时采用ighva类抗体。在针对由内源性蛋白引起的疾病或者外源性蛋白在疾病中起重要作用的疾病,在进行抗体筛选、抗体制备时采用ighvb类抗体。
13、上述“外源性蛋白”是指免疫反应所在个体的体外来源的蛋白;“内源性蛋白”是指免疫反应所在个体的自身体内表达的蛋白。
14、同时,发明人对多物种基因组中mrna剪切位点的ag(碱基)占比进行的分析显示,mrna剪切位点的ag(碱基)的占比随着生物进化树的进化过程逐渐增高,在人类基因组(尤其抗体基因座上非编码位置)中mrna剪切位点的ag(碱基)的占比最高。这表明,从低等动物到高等动物的进化过程中,mrna中剪切位点上ag碱基的占比趋势是上升的,通过实验证明在含抗体的动物(高等动物,如脊椎动物)中,较之于不含抗体的动物(低等动物,如无脊椎动物),其ag碱基的占比要大幅提升。因此以mrna剪切位点的ag(碱基)占比作为一种生物进化研究的指标是可行的、有意义的,这在生物分类、进化生物学等领域可能有广泛意义。
15、根据前述的
技术实现要素:
,为了使用本发明的分类方法对抗体进行分类时,具体操作的步骤为:
16、1、从国际免疫遗传学信息系统(imgt)中收集不同物种可获得的重链可变区(vh)序列及所处基因座位置。构建包含多物种抗体的相关序列数据集,使用该数据集进行进化树构建,得到在物种进化上具有不同特征的抗体间隔序列,以抗体间隔序列中ag个数作为分类标准,即抗体间隔序列中ag个数小于等于2的为ighva(包含ighv1、ighv2、ighv7),抗体间隔序列中ag个数大于2的为ighvb(包含ighv3、ighv4、ighv6);
17、2、从国际免疫遗传学信息系统(imgt)2d结构数据库中获取全部人类抗体的相关信息,对抗体结构等信息与物种进化上具有不同特征的抗体间隔序列进行归纳和总结,得到可以普适性的区分针对内外源性抗原的新型抗体分类方式。
18、本发明提供的抗体分类类别的判定方法,是一种通过人类重链可变区(vh)重组信号序列(rss)普适性的针对内外源性抗原的抗体分类方法,该方法使用重组信号序列中长度为23bp的非保守间隔序列(spacer sequence),即可区分不同重链可变区抗体针对抗原的内外源性,更好地从dna序列层面上理解抗体重排以及与特异性抗原结合的规律。
19、这种识别方式,是在已知道免疫系统抗原递呈后,根据抗原氨基酸组成不同,产生相应抗体系统之外的、以前尚未被发现的、识别内外源蛋白的、新种类的作用系统,本dna特征序列是这种方式的基因组基础,应该存在尚未知晓的蛋白、核酸等作用机器。
20、与现有技术相对比,本发明具有以下优点:
21、本发明提供了一种从“最底层”dna序列中即可获取的抗体特征性信息的方法,揭示了抗体多样性的规律。该方法打破了传统仅根据抗体重链/轻链cdr区序列进行的抗体序列筛选方法,解释了传统方法筛选的某些抗体在实际应用时中和效应低的可能原因,为抗体序列分类及筛选提供了新方法。该方法可运用于生物学、免疫学、生物工程等多个相关领域。
1.抗体分类类别的判定方法,其特征在于,所述判定方法是将通过检测到的抗体间隔序列中保守ag碱基组的数量设定为判定标准,对抗体分类类别进行区分。
2.根据权利要求1所述的抗体分类类别的判定方法,其特征在于,所述抗体间隔序列的确定方法,包括以下步骤:
3.根据权利要求2所述的抗体分类类别的判定方法,其特征在于,所述步骤2)中,七聚体的序列为5'-cacagtg-3',九聚体的序列为5'-acaaaaacc-3',间隔序列的长度为23bp。
4.权利要求1-3任一所述的抗体分类类别的判定方法在评估人类抗体偏好性中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述人类抗体是指,以国际免疫遗传学信息系统imgt所获得的重链可变区vh序列及所处基因座位置得到的抗体间隔序列,区分出的两类抗体,命名为ighva和ighvb。
6.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述人类抗体偏好性是指,人类抗体在针对内外源性抗原中的偏好性。
7.根据权利要求5或6所述的应用,其特征在于,所述区分出的两类抗体中,ighva包含有ighv1、ighv2和ighv7;ighvb包含有ighv3、ighv4和ighv6。
8.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,以检测到抗体间隔序列中保守ag碱基的数量为判定标准时,间隔序列中ag碱基数量小于等于2的情况下,抗体为ighva;间隔序列中ag碱基数量大于2的情况下,抗体为ighvb。