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2020 年度 実績報告書

迅速探索と機械学習を利用した単一B細胞からの機能抗体分子創生技術開発

研究課題

研究課題/領域番号 19H02523
研究機関名古屋大学

研究代表者

中野 秀雄  名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (00237348)

研究分担者 ダムナニョヴィッチ ヤスミナ  名古屋大学, 生命農学研究科, 助教 (00754673)
兒島 孝明  名古屋大学, 生命農学研究科, 講師 (40509080)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワードウサギモノクローナル抗体 / 機械学習 / 無細胞タンパク質合成系 / 膜タンパク質 / 麹菌
研究実績の概要

申請者らが開発した、無細胞タンパク質合成系を用いてB細胞1個から迅速にモノクローナル抗体(Mab)を合成・選別できるEcobody技術を用い、ハイブリドーマ法等の既存の方法では取得が困難な膜タンパク質の立体構造を認識するMabのスクリーニング技術を開発する。さらに得られた多数の配列と抗原との親和性および細胞傷害活性とのデータを利用して、インフォマティクス解析と立体構造解析を行い、優れた抗体分子の創生スキームを構築することを目的に以下の実験を行った。
1)受容体の高次構造を認識するウサギモノクローナル抗体(rMab)を取得する技術開発:kisspeptin 受容体(Kiss2R)を対象とし、その動物細胞発現ベクターを構築、HEK293細胞での発現を確認した。そのベクターをウサギにDNA免疫を行い、Kiss2R発現HEK細胞に対する抗体価の上昇が得られた。ウサギ血液と脾臓から、Kiss2Rに対する抗体の候補を取得した。
2)機械学習による獲得抗体の高機能化:Ecobody法により取得した抗cAMP抗体の配列情報を基に、H鎖、L鎖におけるそれぞれ3か所のCDRのアミノ酸情報をアミノ酸パラメータにより数値化し、説明変数、抗原結合能を目的変数として、教師あり機械学習アルゴリズム5種類で結合活性予測モデルを構築した。このモデルの精度を、テストデータを用いて検証し、ランダムフォレストが76%の精度で標的抗原に対する結合能力を予測できることを確認した。現在、本構築予測モデルの正確性を実証するため、無細胞タンパク質合成系により9種類の新規抗体を調製し、ELISAによって検出される結合活性との比較照合を検討中である。
3) Fabの大量合成手法の開発:麹菌の分泌発現系を用いて、全長抗体として分泌発現を試みた。その結果培養上清を用いてELISAによる抗体結合能を確認できた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

新型コロナ蔓延に伴う教員および学生の活動停止などにより、当初の想定より実験の遅れがある。また抗体分泌細胞の選択において、高額なセルソーターをメーカーより借りることができたので、それを用いて実験を行ったが、かえってB細胞の選択効率が低下してしまった。

今後の研究の推進方策

細胞選択における上記の問題は解決したので、従来の予定に戻ることができる。今後は膜タンパク質(EGFRおよびKiss2R)に対するウサギもモノクローナル抗体のEcobody技術による取得、麹菌などをもちいた大量合成、配列の機械学習による高結合抗体の創出を遂行する。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 無細胞タンパク質合成系を利用した迅速抗体スクリーニング技術開発とその実用化2021

    • 著者名/発表者名
      加藤 晃代、中野 秀雄、兒島 孝明、永井 里美
    • 雑誌名

      生物工学会誌

      巻: 99 ページ: 62~67

    • DOI

      10.34565/seibutsukogaku.99.2_62

  • [雑誌論文] Development of a dual monoclonal antibody sandwich enzyme-linked immunosorbent assay for the detection of swine influenza virus using rabbit monoclonal antibody by Ecobody technology2020

    • 著者名/発表者名
      Sila-on Daorung、Chertchinnapa Phornnaphat、Shinkai Yusuke、Kojima Takaaki、Nakano Hideo
    • 雑誌名

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      巻: 130 ページ: 217~225

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2020.03.003

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Increasing cell‐free gene expression yields from linear templates in Escherichia coli and Vibrio natriegens extracts by using DNA‐binding proteins2020

    • 著者名/発表者名
      Zhu Bo、Gan Rui、Cabezas Maria D.、Kojima Takaaki、Nicol Robert、Jewett Michael C.、Nakano Hideo
    • 雑誌名

      Biotechnology and Bioengineering

      巻: 117 ページ: 3849~3857

    • DOI

      10.1002/bit.27538

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] DNA免疫を用いたウサギモノクローナル抗体取得法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      木原 もなみ, アディネゴロ ダッファ ショーン, 兒島 孝明, 長谷 哲成, 榎本 篤, 中野 秀雄
    • 学会等名
      日本農芸化学会2021年度大会
  • [学会発表] Rabbit Monoclonal Antibodies Screening Targeting Membrane Protein using Ecobody Technology2020

    • 著者名/発表者名
      ADINEGORO Daffa Sean, KOJIMA Takaaki, NAKANO Hideo
    • 学会等名
      日本農芸化学会 中部支部第187回支部例会
  • [学会発表] 無細胞タンパク質合成系を用いたモノクローナル抗体ハイスループット スクリーニング技術の開発と社会実装.2020

    • 著者名/発表者名
      中野 秀雄
    • 学会等名
      日本ビタミン学会第72回大会,
    • 招待講演
  • [学会発表] :無細胞タンパク質合成系を利用した迅速抗体スクリーニング技術開発とその実用化.2020

    • 著者名/発表者名
      加藤 晃代, 中野 秀雄, 兒島 孝明, 永井 里美
    • 学会等名
      生物工学Webシンポジウム2020
    • 招待講演
  • [備考] 名古屋大学院生命農学研究科 応用生命科学専攻 分 子 生 物 工 学 研 究 室

    • URL

      https://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~molbiote/

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公開日: 2021-12-27  

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