超高通量抗體芯片PETAL的開發(fā)及其在蛋白質(zhì)組與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究

西北大學(xué)王朝暉課題組與上海交通大學(xué)陶生策課題組合作，于2020年3月11日在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》（Science Advances）上發(fā)表了題為“An Array of 60,000 Antibodies for Proteome-Scale Antibody Generation and Target Discovery”的研究論文。該研究成功構(gòu)建了一個(gè)包含六萬種抗體的高通量陣列平臺(tái)，建立了覆蓋蛋白質(zhì)組規(guī)模的抗體資源庫，為系統(tǒng)性蛋白質(zhì)功能解析及分子靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)提供了重要技術(shù)支撐。此項(xiàng)工作標(biāo)志著蛋白質(zhì)組學(xué)工具開發(fā)取得了突破性進(jìn)展，為后續(xù)大規(guī)模生物標(biāo)志物篩選與功能研究奠定了方法學(xué)基礎(chǔ)。

為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，本研究開發(fā)了一種集成62,208種單克隆抗體的超高通量抗體芯片。該平臺(tái)創(chuàng)新性地利用抗體多特異性識(shí)別機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了新抗體的高效發(fā)掘與篩選。經(jīng)驗(yàn)證，該芯片系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于快速蛋白抗體制備、蛋白質(zhì)組規(guī)�？贵w庫構(gòu)建、表型相關(guān)蛋白質(zhì)篩選以及腫瘤藥物靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)等多個(gè)研究方向。

本研究所用抗體庫具有高度多樣性，其免疫原覆蓋來自400余種物種的3,000多種蛋白質(zhì)，包含超過15,000個(gè)線性表位。通過大規(guī)模小鼠免疫、骨髓瘤細(xì)胞融合及系統(tǒng)性篩選，最終成功建立了這一涵蓋62,208種單克隆抗體的綜合性資源庫，為蛋白質(zhì)組尺度上的系統(tǒng)生物學(xué)研究提供了重要的工具支持。

為進(jìn)一步評(píng)估PETAL在蛋白質(zhì)組水平抗體開發(fā)中的可行性，研究人員提取多種人源細(xì)胞系的膜蛋白與核蛋白組分，通過批量篩選成功獲得了149個(gè)膜蛋白特異性單抗及55個(gè)核蛋白特異性單抗。經(jīng)嚴(yán)格的特異性驗(yàn)證，這些抗體均可成功應(yīng)用于免疫熒光（IF）、染色質(zhì)免疫沉淀測(cè)序（ChIP-seq）等多種常用實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)還在超過10個(gè)不同物種（涵蓋病毒、細(xì)菌、真菌、植物及動(dòng)物）中成功驗(yàn)證了PETAL平臺(tái)可用于批量開發(fā)物種特異性抗體。該結(jié)果表明，PETAL技術(shù)有望為目前缺乏高效抗體研究工具的非模式物種，提供一種規(guī)模化、系統(tǒng)性的抗體開發(fā)解決方案。

研究團(tuán)隊(duì)以“玉米籽粒發(fā)育”和“斑馬魚心臟再生”為模型，成功運(yùn)用該策略鑒定出19個(gè)與玉米發(fā)育密切相關(guān)的蛋白質(zhì)，以及6個(gè)與斑馬魚心臟損傷修復(fù)過程相關(guān)的蛋白質(zhì)。該方法的核心優(yōu)勢(shì)在于，能夠在一次性實(shí)驗(yàn)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵靶標(biāo)蛋白的鑒定與對(duì)應(yīng)高質(zhì)量單克隆抗體的獲取，從而為后續(xù)的功能驗(yàn)證與機(jī)制研究提供高效、可靠的實(shí)驗(yàn)工具。

作為論文作者之一，上海交通大學(xué)陶生策教授指出：“抗體芯片技術(shù)雖已有一定研究基礎(chǔ)，但既往芯片通常僅覆蓋約千種抗體。本研究構(gòu)建的芯片整合抗體數(shù)量達(dá)以往規(guī)模的60倍以上，這標(biāo)志著該技術(shù)在應(yīng)用廣度與深度上取得了實(shí)質(zhì)性跨越，為蛋白質(zhì)組學(xué)研究和抗體藥物開發(fā)提供了前所未有的工具支撐。”

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