使用生物信息学工具助力肿瘤免疫治疗

使用生物信息学工具助力肿瘤免疫治疗2023/6/91

项目介绍

-1.纳米抗体数据库的构建及序列分析一、纳米抗体背景

-从抗体到纳米抗体多克隆抗体单克隆抗体基因工程抗体骆驼重链抗体纳米抗体3

VHH（PDBID:4W6W）

VH（PDBID:1IGT）CDR2CDR3CDR1CDR2CDR3CDR1人源VH和骆驼VHH结构图一、纳米抗体背景-纳米抗体的特征：高溶解性高稳定性、易复性高亲和力、特异性组织渗透能力强表达量高、易纯化免疫原性低、人源化简单半衰期短，可通过Fc融合、白蛋白融合延长半衰期WeslolowskiJ,etal.MedicalMicrobiologyandImmunology.2009一、纳米抗体背景-纳米抗体的优势大部分条目未注释抗原信息注释信息不全面，搜索结果不精准一、纳米抗体背景-纳米抗体数据库的现状收录全面搜索简单用户友好注释充分定期更新常用工具InstituteCollectionandAnalysisofNanobodies一、纳米抗体背景-建立iCAN纳米抗体数据库的必要性二、纳米抗体数据库1.数据收集和整理2.iCAN网站介绍二、纳米抗体数据库

-数据收集和整理313个条目237篇中文专利527篇英文专利2534个纳米抗体MySQL数据库

构建数据库、序列分析抗原及表位信息来源信息、序列信息、功能、抗原信息等Python程序二、纳米抗体数据库

-iCAN网站介绍iCAN网站架构图Mainpage

SearchpageStructurepageSubmitpageBlastClustalomegaMotiftoolCDRPredictiontoolFridyPC,LiY,KeeganS,etal.NatMethods.2014Translationtool

第二部分

平台项目介绍

-2.肝癌基因组研究中国人群乙型肝炎病毒基因组突变诱发原发性肝癌的机制研究一、获得HBV病毒与肝癌发生相关的候选热点突变；二、通过使用结构生物信息学方法，分析候选HBV突变导致免疫逃逸的机制；三、通过比较HBV病毒基因组和宿主肝癌基因组特征，分析候选HBV突变与宿主基因组共进化机制一、公共数据揭示热点突变整理了目前已经发表的全部HBV基因组突变信息。在2536个HBV相关研究中，整理出符合要求的157个研究总计12572个HBV病毒基因组信息。结合HBV病毒数据库HBVdb的信息，明确不同基因型HBV病毒的热点突变和突变类型。突变分布和类型C型HBV病毒基因组结构及其编码的蛋白质。第一层外圈（蓝色）表示全部突变类型的突变信息。突变位置通过相应的坐标定位于HBV病毒C基因型的基因组及其编码蛋白质，突变频率使用柱的高度表示。最外层的绿色的圈展示了C→T的热点突变的位置及其相应的频率一、公共数据揭示热点突变我们发现HBV的突变主要集中在X基因区，PreS1区等区域。通过与已知的HBV病毒特应性的CD8+T细胞的抗原表位数据库Hepitopes进行比较，发现部分突变是改变了CD8+T细胞识别的HBV抗原表位的突变。我们筛选热点突变（多于10个独立研究或者多于100例以上的样本共有的突变），较为常见的突变包括G1896A，A1762T，G1764A，C1653T，T1753V(C或A或G)尤其是位于X基因的basalcorepromoter(BCP)的双突变A1762T/G1764A在18个独立研究中呈现高频率的出现。二、分析候选HBV突变在导致肝癌发生中的免疫逃逸机制分析HBV病毒突变改变其抗原肽与MHCI类分子结合的亲和力。预测候选突变序列产生的可能的抗原肽序列。确定与抗原肽结合的MHCI类分子的信息。使用分子对接和分子动力学方法，预测HBV病毒突变的抗原肽与MHCI类分子结合的亲和力改变情况。分析哪些HBV突变可能通过改变其抗原肽与MHCI类分子的结合力而产生免疫逃逸。二、免疫逃逸机制

-预测HBV突变产生的抗原肽使用netMHCPan，PickPocket和netMHCstabpan等开源生物信息学工具预测候选HBV病毒序列作为抗原肽的可能性。以此结果作为参考。同时，编写程序针对HBV突变序列，生成9肽的重叠多肽库（每两个相邻多肽均有8个氨基酸序列的重叠），作为待检测的HBV突变抗原肽文库，用于后面分子对接和分子动力学模拟。二、免疫逃逸机制

-确定MHCI类分子序列针对有病人基因组序列的情况，我们通过分析病人基因组序列，使用Polysolver,HLAMiner或OptiType方法来获得病人的MHCI类分子的情况。针对仅有HBV病毒序列而无宿主基因组的情况，我们将根据Han-MHC数据库中MHC的序列信息，在每个等位位点，选取中国人群中频率最高的序列作为设定的MHCI类分子的序列。构建设定的MHCI类分子的蛋白结构。用于后续的分析。分析从TheCancerGenomeAtlas（TCGA）数据库中获得的377例欧美原发性肝癌人群的HBV病毒基因组序列特征和病人HLA类型，并与中国人群的数据进行比较，确定中国人群在HLA序列，感染HBV病毒株亚型，HBV突变类型，及其肝癌细胞基因组特征等方面的特异性。二、免疫逃逸机制

-确定MHCI类分子序列中国人群的肝癌病人易感的HBV株型和HBV病毒相关肝癌的HLA位点具有种族特异性。我们对1507例HBV相关的肝癌与1560例HBV病毒携带者的病毒基因组进行了分析，确定了HBV病毒感染亚型以B型和C型为主，尤其是C型在我们研究的肝癌病人样本中高达80.6％。针对HLA信息，我们使用polysolver工具分析了我们研究的81例病人的HLA的A，B，DR的等位基因类型。我们发现这81例中国人群的HLA的A2的类型主要为A2*02:03，A2*02:07等，不同与欧美人群常见的A2*02:01亚型。二、免疫逃逸机制

-分子对接和分子动力学模拟抗原肽与MHCI类分子的亲和力使用薛定谔软件（SchrodingerSuites2017）中PeptideDocking和Bioluminate模块进行分子对接（docking）。使用薛定谔软件中Desmond模块进行分子动力学模拟，以开源程序GROMACS的分子动力学模拟结果作为参考。使用分子对接和分子动力学方法，预测HBV病毒突变的抗原肽与宿主MHCI类分子结合的亲和力和稳定性。筛选出改变与MHCI类分子的亲和力的HBV突变。二、免疫逃逸机制

-分子对接预测抗原肽与MHCI类分子的亲和力选取HBV病毒核心蛋白产生的抗原肽（hepatitisBcore(HBc)18-27，FLPSDFFPSV，peptide1）及其突变后产生的两个新的抗原肽(FLPNDFFPSA，peptide2，FLPADFFPSI，peptide3)与HLA-A2.1亚型的MHCI类分子进行分子对接。肽1与MHCI类分子蛋白的结合模式图肽1与MHCI类分子蛋白残基的相互作用图二、免疫逃逸机制

-分子动力学模拟抗原肽与MHCI类分子的亲和力以对接结合模式为初始构象，针对三个肽与MHCI类分子抗原肽结合结构域（2-182号残基）进行了10ns分子动力学模拟。采用MMGBSA方法分别对肽1以及突变肽2，3与MHCI蛋白的复合物体系进行了结合自由能计算，计算结果分别为-81.99，-70.11，-72.79kcal/mol。预测的结合能力为肽1>肽3>肽2，与实验的结果具有较好的一致性（J.Exp.Med,Vol.180,1994）二、免疫逃逸机制

-分子动力学模拟抗原肽与MHCI类分子的亲和力为了确定MHCI类分子蛋白与抗原肽结合的关键残基，采用能量分解方法分析了体系中每个残基对结合自由能的贡献。第4位残基从S突变为N、A时，结合自由能贡献从-1.26kcal/mol改变为-0.54、-0.39kcal/mol；第10位残基从V突变为A、I时，结合自由能贡献从-4.13kcal/mol改变为-0.15、-5.77kcal/mol。从结合模式与结合自由能分析，