[發明專利]一種分子組學與計算結構聯用的腫瘤新生抗原檢測篩選方法及系統

在審

• 申請號: 202111462256.0
• 申請日: 2021-12-02
• 公開（公告）號: CN114333999A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 戴文韜;劉繼翔;李園園;顧婷婷
• 申請（專利權）人: 上海樸岱生物科技合伙企業（有限合伙）
• 主分類號: G16B25/10
• 分類號: G16B25/10;G16B20/30;G16B20/50;G16B35/20;G16B5/00;G16C20/20;G16C20/70
• 代理公司: 上海德禾翰通律師事務所 31319
• 代理人: 夏思秋

本發明公開了一種分子組學與計算結構聯用的腫瘤新生抗原檢測篩選方法。本發明公開的腫瘤新生抗原檢測方法，能夠快速高效地檢測出表達量高并且能夠與HLA高親和力且穩定結合的腫瘤新生抗原。本發明還公開了一種預測TCR?pMHC蛋白質三維結構的方法，從蛋白質結構的層面評估TCR、腫瘤新生抗原和MHC三者的親和力和穩定性，并將TCR與pMHC的親和力及穩定性預測篩選、抗原肽表達翻譯和疏水及突變模式等綜合納入到腫瘤新生抗原的檢測分析流程中。本發明還提出了進一步使用質譜方法驗證篩選出的新生抗原在癌癥病人中是否真實存在，評估抗原肽在人體中的結構穩定性。本發明還提出了預測腫瘤微環境的免疫細胞類型及比例的方法及系統。

本申請以申請日為2020年12月04日，申請號為202011398320.9的發明專利申請為優先權基礎。

技術領域

本發明屬于腫瘤新生抗原檢測領域以及蛋白質三維結構預測領域，具體涉及一種基于組學檢測的腫瘤新生抗原檢測方法以及TCR-pMHC蛋白質三維結構預測的腫瘤新生抗原篩選方法。

背景技術

腫瘤新生抗原(neoantigen)，又稱腫瘤特異性抗原(tumor-specific antigen，縮寫TSA)，是指腫瘤細胞所特有的能夠與主要組織相容性復合物(majorhistocompatibility complex，縮寫MHC)以及T細胞受體(T cell receptor，TCR)特異性結合的多肽片段。上世紀的研究表明，腫瘤細胞能夠特異性的表達一些短肽，這些短肽能夠被MHC結合并呈遞，這些短肽即為腫瘤新生抗原。到了上世紀90年代，Boon等人發現腫瘤新生抗原能夠被CD8+或CD4+的T細胞識別，并且，TCR、腫瘤新生抗原和MHC是通過形成三元復合物來發揮免疫效應的。

近些年，以CAR-T與免疫檢查點抑制劑為代表的免疫療法在腫瘤治療中取得了很好的療效，同樣作為免疫療法，基于癌癥病人所特有的腫瘤新生抗原開發的個性化腫瘤疫苗在近幾年也取得了較大的進展。2016年，Rosenberg研究團隊在《新英格蘭醫學雜志》上發表重要成果，他們針對KRAS基因G12D突變設計腫瘤新生抗原，并將表達這些腫瘤抗原的淋巴細胞回輸給癌癥病人，使得病人的癥狀得到了緩解。Catherine J.Wu研究團隊分別于2017和2019年在《nature》雜志上發表文章，報道了他們基于腫瘤新生抗原制備的腫瘤疫苗治療黑色素瘤和惡性膠質瘤的研究成果。其中，在接受腫瘤疫苗治療的黑色素瘤患者中出現了癌癥不再復發的例子，雖然，接受腫瘤疫苗治療的惡性膠質瘤患者全都死于并發疾病，但是，其中一些患者的存活時間得到了有效的延長，這些都說明個性化腫瘤疫苗對抑制腫瘤的發展具有很好的臨床效果。

最近十年，隨著高通量測序和機器學習在生物醫學中的廣泛應用，極大的提升了檢測腫瘤新生抗原的效率以及準確性。到目前為止，多個篩選腫瘤新生抗原的計算機流程已經被開發出來，包括：pVACseq、MuPeXI、Tlminer、OpenVax、NeoEpiScope、EpiSeq和CloudNeo等。但是，這些計算機流程都只能夠預測抗原肽與MHC的結合親和力，并沒有涉及pMHC(抗原肽與MHC形成的復合物)與TCR的結合。由于每一個人的TCR基因都存在基因重排的情況，使得每個人體內都存在成千上萬的TCR，導致TCR和pMHC沒有一種固定的結合模式，因此，基于蛋白質序列的機器學習方法并不適用于TCR與pMHC的親和力預測。

目前市場上還沒有出現能夠預測TCR與pMHC結合親和力及構象穩定性的腫瘤新生抗原檢測方法；同時在篩選過程中，對抗原肽疏水性、氨基酸突變位點、抗原肽長度和氨基酸分布規律等特征挖掘利用尚不充分。

發明內容

為克服上述現有技術中存在的缺陷，本發明創新提出了一種基于第二代基因組測序的腫瘤新生抗原檢測方法，所述方法可以預測抗原肽與MHC的親和力，還可以預測T細胞受體-腫瘤新生抗原-主要組織相容性復合物(TCR-pMHC)蛋白質復合物的三維結構，并對預測出的TCR-pMHC蛋白質結構進行打分，從蛋白質三維結構的層面評估TCR與pMHC的結合親和力和/或構象穩定性，有助于從多角度檢測腫瘤新生抗原。