Anti-Nucleic Acid Antibody-Mediated Cross Presentation of An Antigen and Its CD8+ T Cell Activation

Abstract

Cross-presentation is important for initiating cytotoxic T lymphocyte (CTL) responses against tumors. Delivery of exogenous antigens to the cross-presentation pathway in dendritic cells using a number of different carriers has been attempted to further understand the mechanisms underlying cross-presentation and to develop therapeutic tumor vaccines. The present study reports a new antigenic carrier molecule: a single chain variable region fragment (scFv) of a nucleic acid-hydrolyzing antibody, 3D8. As the CD8-T cell epitopes, chicken ovalbumin amino acid 257-264 (OVA257-264-SIINFEKL) and 250-264 (OVA250-264-SGLEQLESIINFEKL) were used for 3D8 scFv fusion partners. Purified 3D8 scFv-OVA fusion proteins with ~95% purity retained DNA-binding, DNA-hydrolyzing, cell-penetrating, and cytotoxic activity comparable to 3D8 scFv. Although 3D8-OVA proteins induced B16 and MO5 melanoma cancer cell death up to 80%, they just had little effect on the viability of DC2.4 dendritic cells. Both 3D8-OVA257-264 and 3D8-OVA250-264 showed OVA-specific CD8 T cell stimulatory effect but the activity of 3D8-OVA250-264 was higher than that of 3D8-OVA257-264. Furthermore, 3D8-OVA250-264 stimulated OVA-specific CD8 T cells through cross-presentation by dendritic cells via a proteasome dependent, brefeldin- and cycloheximide-sensitive, chloroquine- and primaquine-insensitive pathway, resulting in loading of the CTL epitope onto H-2Kb. In vivo cross-presentation and cross-priming was efficient, even without adjuvant; injection of mice with 3D8 scFv-OVA250-264 induced cross-presentation of the CTL epitope by draining lymph node CD11c+ B7.1+ MHC class IIhigh dendritic cells, elicited a CTL response, and suppressed the growth of tumors expressing the OVA epitope. This is the first report of an anti-nucleic acid antibody used to deliver exogenous antigen to the cross-presentation pathway and inhibit in vivo tumor growth.

수지상 세포에 의한 교차항원제시 (cross-presentation)는 종양에 대한 세포독성 CD8+ T 림프구 반응 유도에 중요하다. 본 연구는 수지상 세포에서 3D8 scFv 항체의 교차항원제시 능력 및 기전, 교차항원제시에 의한 항원 특이적 T 세포 활성화 분석에 관한 것이다. 이를 위하여 CD8+ T 세포의 모델에 피톱으로서 잘 알려진 닭 오발부민 단백질 유래의 펩티드 SIINFEKL (OVA257-264)를 3D8 scFv 항체에 연결시킨 3D8-OVA250-264 융합단백질을 박테리아 배양으로부터 정제하여 본 연구에 사용하였다. DC2.4 수지상 세포 (H-2Kb)에 3D8-OVA250-264 단백질을 처리했을 때, 3D8-OVA250-264이 DC2.4 세포 내로 유입된 후, 세포질에 위치한 프로테아좀에 의해 항원처리(antigen processing) 되어, OVA257-264 에 특이적인 CD8+ T 세포가 활성화됨을 확인하였다. 생체 내 수지상 세포에서 3D8-OVA250-264 단백질의 교차항원제시 능력을 확인하기 위하여, 3D8-OVA250-264 단백질을 C57BL/6 생쥐 (H-2Kb)에 접종한 후, 유출 림프절 (draining lymph nodes)에 존재하는 CD11c+수지상 세포의 표면분자를 분석하였다. 그 결과, CD11c+수지상 세포의 성숙이 유도 (B7.1+/MHC classIIhigh 세포 검출) 되었을뿐만 아니라, 이들 성숙된 수지상 세포에 의한 OVA 항원의 교차항원제시를 통하여, OVA 특이 CD8+ T 세포가 활성화됨을 확인하였다. 또한 OVA 에피톱을 발현하는 종양이 자라고 있는 생쥐에, 어쥬번트 추가없이, 3D8-OVA250-264을 단독 접종했을 때 종양성장이 현저히 억제되었다. 본 연구결과는 항-핵산 항체의 교차항원제시 능력을 최초로 보여주는 것이며, 교차항원제시 능력이 있는 항체를 활용하는 새로운 항암, 항바이러스 백신 개발 전략을 제공한다.