Assembly of monoclonal antibodies with IgG1 and IgA heavy chain domains in transgenic tobacco plants

Abstract

The genes encoding the heavy and light chains of a murine monoclonal antibody (mAb Guy's 13) have been cloned and expressed in Nicotiana tabacum. Transgenic plants have been regenerated that secrete full-length Guy's 13 antibody. By manipulation of the heavy chain gene sequence, constant region domains from an immunoglobulin alpha heavy chain have been introduced, and plants secreting Guy's 13 mAb with chimeric gamma/alpha heavy chains have also been produced. For each plant antibody, light and heavy chains have been detected by Western blot analysis and the fidelity of assembly confirmed by demonstrating that the antibody is fully functional, by antigen binding studies. Furthermore, the plant antibodies retained the ability to aggregate streptococci, which confirms that the bivalent antigen-binding capacity of the full length antibodies is intact. The results demonstrate that IgA as well as IgG class antibodies can be assembled correctly in tobacco plants and suggest that transgenic plants may be suitable for high-level expression of more complex genetically engineered immunoglobulin molecules. Since mAb Guy's 13 prevents streptococcal colonization in humans, transgenic plant technology may have therapeutic applications.

Assembly, Secretion, and Vacuolar Delivery of a Hybrid Immunoglobulin in Plants

“…1, no brefeldin A treatment). The presence of intracellular Ig breakdown products was previously reported (Ma et al, 1994. Their absence at the end of the pulse and appearance during the chase rule out the possibility that these fragments were generated during sample homogenation.…”

“…Therefore, the modification of the heavy chain by deletion of the C␥3 domain and the addition of C␣2 and C␣3 domains (Ma et al, 1994) is the structural characteristic that leads to the altered secretory phenotype.…”

“…SIgA/G and the parent IgG accumulate in tobacco leaves to 5% to 8% and 1% of total soluble proteins, respectively (Ma et al, 1994. What is the reason of this difference?…”

Impfschutz durch den Verzehr von gentechnisch verändertem Obst oder Gemüse?

“…[7] 1995 HIV, Typ 1 chim~ires Hª des cowpea Vigna unguiculata (i) mosaic virus mit Epitopbereich des HIV-1 [8] 1995 Plasmodium malariae chim~ires Hª des tobacco mosaic virus mit Epitopbereich von P. malariae [9] 1995 E. coli Untereinheit (11,6 kDa) des Hitze-Nicotiana tabacum (t) instabilen Enterotoxins von Solanum tuberosum (t) E. coli [10] 1995 Hepatitis B Virus Hª des Hepatitis B Nicotiana tabacum (t) Virus [11] 1996 Norwalk Virus virales Kapsid-Protein (58 kDa) Nicotiana tabacurn (t) des Norwalk Virus [12] Solanum tuberosum (t) Untersuchungen aus den Jahren 1990 bis 1994 haben gezeigt, dat~ in Analogie zu der Synthese und Assemblierung ron Antik6rpern in tierischen Zellen auch in pflanzlichen ZeUen die Untereinheiten der Antik6rper zun~ichst als Precursor mit Signalsequenzen im Zytoplasma synthetisiert und nach Prozessierung ira ER unter Mithilfe ron Chaperonen assembliert werden [16][17][18][19]. Darª hinaus konnte gezeigt werden, dafl das pflanzliche System auch zur Synthese von sekretorischen Antik6rpern bef~.higt ist [15], wie sie unter anderem auch im Darmtrakt auftreten.…”

“…Bislang ist es aufgrund der komplexen Struktur dieser SIgA mifllungen, monoklonale SIgA mit Hilfe tierischer Zellen zu gewinnen. Mit Hilfe entsprechend gentechnisch ver~inderter Pflanzen waren Ma et al [7] jedoch erstmals erfolgreich: Zuniichst wurden vier Tabakpflanzen mit der genetischen !nformation fª jeweils eine der vier verschiedenen SIgA-Untereinheiten transformiert. Anschlief~end wurde durch dreimaliges Einkreuzen die gesamte genetische Information fª die Synthese und Assemblierung der SIgA auf eine Tabakpflanze vereinigt.…”