High-throughput mapping of antigen specificity to B-cell-receptor sequence for characterizing antibody responses in HIV-vaccinated and infected individuals

B 细胞受体序列抗原特异性的高通量图谱,用于表征 HIV 疫苗接种者和感染者的抗体反应

基本信息

  • 批准号:
    10252047
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 85.9万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-02 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary. The search for an effective HIV-1 vaccine remains a top priority, and a deeper understanding of how the immune system recognizes HIV-1 can help inform vaccine design. Lately, much effort has focused on understanding antibody responses to HIV-1 infection and vaccination, since antibodies have proven useful in therapy and prevention, and as templates for antibody-specific vaccine design. While antibody responses to HIV-1 are polyclonal and complex, advances in next-generation sequencing (NGS) technologies enable us to see such polyclonal responses at an unprecedented resolution, as a collection of individual monoclonal antibody sequences. Sequence identification is typically followed by functional antibody characterization, a primary component of which is the mapping of antigen/epitope specificity. A major challenge with the standard antibody analysis pipeline is that the sequence identification and functional characterization processes for antibodies are generally decoupled. This prevents truly high- throughput mapping of antibody-antigen specificity, providing only limited information for a small subset of selected antibody sequences from any given sample. To address this challenge, here we propose to develop a technology that, for a given sample, will enable the mapping of antibody sequence to antigen specificity from a single high-throughput experiment. The technology, LIBRA-seq (LInking B-cell Receptor to Antigen specificity through sequencing), involves physically mixing a B-cell sample with a (theoretically unlimited) pool of barcoded antigens, thus enabling the simultaneous recovery of: (i) paired heavy-light chain BCR sequences and (ii) antigen specificity for a given B cell. In particular, this technology development project will broadly focus on two specific aims: In Specific Aim 1, we will evaluate the effect of different antigen barcoding strategies and other assay variables on LIBRA-seq accuracy and performance. The goal in this aim is to optimize the LIBRA- seq ability to accurately detect BCR sequence and antigen specificity from a sequencing experiment. In Specific Aim 2, we will aim to simultaneously map the target epitope of a given HIV-specific B cell, by screening a cocktail of antigens with epitope-knockout mutations along with the wildtype antigens. These efforts will not only lead to the identification of HIV-specific B cells, but will also provide residue-level information about the specific epitope target on the antigen from the same high-throughput experiment. Ultimately, for a given infection or vaccination sample, the LIBRA-seq technology will provide the ability to recover antibody sequence and antigen specificity for tens to hundreds of thousands of B cells at the single- cell level. To demonstrate the utility of LIBRA-seq, we will characterize samples from HIV-1 infection and vaccination cohorts. More generally, LIBRA-seq will be an integral tool for efficient and accurate B-cell analysis, with the potential for broad impact on the fields of vaccine and antibody discovery not only for HIV-1 but also for a wide range of other pathogens of biomedical significance.
项目摘要。寻找有效的 HIV-1 疫苗仍然是当务之急,并且需要更深入的研究 了解免疫系统如何识别 HIV-1 有助于为疫苗设计提供信息。最近,很多 工作重点是了解抗体对 HIV-1 感染和疫苗接种的反应,因为抗体 已被证明可用于治疗和预防,并可作为抗体特异性疫苗设计的模板。尽管 HIV-1 抗体反应是多克隆且复杂的,下一代测序 (NGS) 取得进展 技术使我们能够以前所未有的分辨率看到这种多克隆反应,作为 单独的单克隆抗体序列。序列鉴定之后通常是功能性抗体 表征,其主要组成部分是抗原/表位特异性的映射。 标准抗体分析流程的一个主要挑战是序列识别和 抗体的功能表征过程通常是解耦的。这可以防止真正的高 抗体-抗原特异性的通量图,仅提供一小部分的有限信息 从任何给定样本中选择抗体序列。为了应对这一挑战,我们建议开发一个 对于给定的样品,该技术将能够将抗体序列映射到抗原特异性 单一高通量实验。 LIBRA-seq 技术(将 B 细胞受体与抗原特异性连接起来) 通过测序),涉及将 B 细胞样本与(理论上无限的)池进行物理混合 条形码抗原,从而能够同时恢复:(i)配对的重链-轻链 BCR 序列 (ii) 对给定 B 细胞的抗原特异性。特别是,该技术开发项目将广泛关注 关于两个具体目标:在具体目标 1 中,我们将评估不同抗原条形码策略的效果和 其他影响 LIBRA-seq 准确性和性能的分析变量。这一目标的目标是优化 LIBRA- seq 能够通过测序实验准确检测 BCR 序列和抗原特异性。在 具体目标 2,我们的目标是同时绘制给定 HIV 特异性 B 细胞的目标表位,方法是 筛选具有表位敲除突变的抗原混合物以及野生型抗原。这些 努力不仅会导致 HIV 特异性 B 细胞的鉴定,而且还将提供残留水平 来自同一高通量实验的有关抗原上特定表位靶标的信息。 最终,对于给定的感染或疫苗接种样本,LIBRA-seq 技术将提供以下能力: 恢复数万至数十万个 B 细胞的抗体序列和抗原特异性 细胞水平。为了证明 LIBRA-seq 的实用性,我们将对 HIV-1 感染样本进行表征,并 疫苗接种队列。更一般地说,LIBRA-seq 将成为高效、准确的 B 细胞的不可或缺的工具 分析,不仅针对 HIV-1,还可能对疫苗和抗体发现领域产生广泛影响 而且对于广泛的其他病原体也具有生物医学意义。

项目成果

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