抗体分子の人工設計を目指す抗原抗体相互作用の精密解析

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09780592
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 津本 浩平 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90271866)
• キーワード: 抗原抗体反応 / 相互作用 / X線結晶構造解析 / 可変領域断片 / 特異性 / 親和性

研究概要

抗体分子の抗原に対する認識能の特徴は高い特異性と親和性にあり、その機構解明は蛋白質の分子設計を行う上で、多くの有益な知見を与える。研究代表者らは、抗原抗体双方に変異を導入し相互作用を解析できる系を構築した。この系を基に、遺伝子工学による部位特異的アミノ酸置換並びに滴定型熱量測定により抗原抗体反応の詳細な解析を行ってきた。本研究では、抗体分子の自在な設計を目指し、以下の二つの観点から研究を推進した。
(1) HyHEL10が弱い認識能を示すシチメンチョウリゾチームに対して、前年度において進化分子工学的手法により選択された変異体の認識能を詳細に解析した。可変領域断片(Fv)並びにペプチドリンカーを用いて一本鎖化した一本鎖抗体(scFv)を大腸菌の分泌発現系を用いて調製し、表面プラスモン共鳴並びに熱力学的に解析した。親和性の向上と特異性の向上は、解離速度定数の大幅な減少に由来していたが、熱力学的には二つの方向性(エンタルピー駆動型、エントロピー駆動型)に分かれていた。一本鎖抗体については野生型が単量体で構成されるのに対し、変異体が二量体と単量体の混合物であることが分かり、このことは可変領域間の相互作用に変化を及ぼしていることを示し、この相互作用の変化が特異性親和性の改良をもたらしていることが示唆された。(2)部位特異的変異導入を施した抗体Fv断片と抗原の複合体について、結晶構造解析を行った。野生型Fvについては、Fabと異なる分子機構で、抗原を認識している可能性が示唆された。塩橋に関与するアミノ酸残基に変異を導入した抗体(32A,96A)と抗原の複合体については、変異導入の効果が、構造変化による場合(32A)と水分子の導入による場合(96A)が観察された。

研究成果

• [文献書誌] Tsumoto et al.: "Novel selection method for engineered antibodies using the mechanism of Fv fragment stabilization in the presence of antigen" Protein Engineering. 10. 1311-1318 (1997)
• [文献書誌] Furuta et al.: "Construction of mono- and bi-valent human single-chain Fv fragments against the D-antigen in the Rh blood group." Protein Engineering. 11. 233-241 (1998)
• [文献書誌] Tsumoto et al.: "Highly efficient recovery of functional single-chain Fv fragment from inclusion bodies overexpressed in E coli by controlled……" Journal of Immunological Methods. 219. 119-129 (1998)
• [文献書誌] Koshiba et al.: "Thermal study of mutant human lysozymes with partially introduced Ca^<2+> binding sites by using efficient refolding system" Protein Engineering. 11. 583-590 (1998)
• [文献書誌] Chaudhuri et al.: "Effect of the extra N-terminal methionine residue on the stability and folding of recombinant α-lactalabumin in E.coli" Journal of Molecular Biology. 285. 1179-1199 (1999)
• [文献書誌] Merk et al.: "Cell-free expression of two single-chain monoclonal antibodies against lysozyme" Journal of Biochemistry. 125. 328-331 (1999)
• [文献書誌] Sakurai et al.: "SEA-scFv as bifunctional antibody." Biochemical Biophysical Research Communication. (印刷中). (1999)
• [文献書誌] Suzuki et al.: "Open sandwich ELISA with VH-NL-alkaline phosphatase fusion proteins" Journal of Immunological Methods. (印刷中). (1999)
• [文献書誌] Kitamura et al.: "Expression of a Model Peptide of a Marine Mussel Adhesive Protein in E.coli." Journal of Polymer Science,A.Polymer Chemistry. (印刷中). (1999)
• [文献書誌] 熊谷,津本: "生体外選択系による新機能抗体分子の創製" 蛋白質核酸酵素. 43. 159-167 (1998)
• [文献書誌] 熊谷,津本,前仲: "ファージ提示系による抗体工学" 日本生物物理学会誌. 213. 1219-1222 (1997)
• [文献書誌] 上田ら: "新たな免疫測定法" 遺伝子医学. 3. 170-175 (1999)
• [文献書誌] 熊谷,津本,前仲: "構造生物学(共著)" 朝倉出版, 13 (1998)
• [文献書誌] 熊谷,津本: "遺伝子工学(分子遺伝学 共著)" 丸善出版社, 25 (1997)
• [文献書誌] 熊谷,津本: "抗体工学(天然高分子研究の新展開,共著)" CMC出版, 12 (1998)