1. High-throughput single-cell activity-based screening and sequencing of antibodies using droplet microfluidics
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Andrew D. Griffiths, Alexei Godina, Guillaume Mottet, Gaël A. Millot, Bingqing Shen, Samantha N. Stewart, Vera Menrath, Sosthene Essono, Baptiste Saudemont, Clément Nizak, Annabelle Gérard, Antoine Sautel-Caillé, Scott McNamara, Matthieu Delince, Sami Ellouze, Jean Baudry, Marcel Reichen, Pablo Canales-Herrerias, Charina Ortega, Patrick England, Carlos Castrillon, Odile Richard-Le Goff, Colin Brenan, Klaus Eyer, Pascaline Mary, Luis Briseño-Roa, Allan Jensen, Pierre Bruhns, Raphael Clement Li-Ming Doineau, Adam Woolfe, Roshan Kumar, Bin Jia, Bruno Iannascoli, Yannick Pousse, Kevin Grosselin, Gregory Rose, Adeline Poitou, HiFiBiO Therapeutics SAS [Paris], Anticorps en thérapie et pathologie - Antibodies in Therapy and Pathology, Institut Pasteur [Paris] (IP)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Ecole Doctorale Frontières du Vivant - Programme Bettencourt (FdV), Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-PRES Sorbonne Paris Cité, Chimie-Biologie-Innovation (UMR 8231) (CBI), Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Colloïdes et Matériaux Divisés (LCMD), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), HiFiBiO Therapeutics Inc. [Cambridge], Abbvie Bioresearch Center [Worcester], Hub Bioinformatique et Biostatistique - Bioinformatics and Biostatistics HUB, Institut Pasteur [Paris] (IP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Biophysique Moléculaire (Plate-forme), Biophysique des macromolécules et leurs interactions, This work was supported by the French Agence Nationale de la Recherche (ANR-14-CE16-0011 project DROPmAbs), by the Centre d’Innovation et Recherche Technologique (Citech) through the Institut Carnot Pasteur Microbes & Santé (ANR 16 CARN 0023-01), by BPI France (OSIRIS and CELLIGO projects) and by the French ‘Investissements d’Avenir’ program via the CELLIGO project and grant agreements ANR-10-NANO-02, ANR-10-IDEX-0001-02 PSL, ANR-10-LABX-31 and ANR-10-EQPX-34. NGS was performed by the ICGex NGS platform of the Institut Curie and the Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC) platform (Gif-sur-Yvette) supported by the grants ANR-10-EQPX-03 and ANR-10-INBS-09-08 (France Génomique Consortium), by the Canceropole Ile-de-France and by the SiRIC-Curie program (SiRIC Grant INCa-DGOS- 4654). C.C. acknowledges financial support from CONCYTEC, Peru. P.C.H. is a scholar in the Pasteur - Paris University (PPU) International PhD program and was also supported by the Fondation pour la Recherche Médicale (FRM, FDT201904008240). K.E. acknowledges financial support from the Swiss National Science Foundation and The Branco Weiss Fellowship - Society in Science., We would like to thank M. Holsti and W. Somers (Pfizer, BioMedicine Design) for advice on the technology development and critical reading of the manuscript, R. Nicol (Whitehead Institute, MIT Center for Genome Research) for advice on barcoded sequencing, at the Institut Pasteur, H. Mouquet for advice on antibody sequence selection, and F. Jönsson for advice on flow cytometry analysis, T. Kirk and S. Foulon (ESPCI Paris) for their help developing the barcoded hydrogel beads, S. N. Stewart (HiFiBio Therapeutics Inc.) for her help producing and analysing recombinant antibodies, the Institut Pierre-Gilles de Gennes (IPGG) for use of clean room facilities and the laser engraver (CII08, Axyslaser)., ANR-14-CE16-0011,DROP-mAbs,Analyse en profondeur de répertoires d'anticorps par microfluidique en gouttelettes couplé à du séquençage haut-débit pour le diagnostic et la découverte d'anticorps thérapeutiques(2014), ANR-10-IDEX-0001,PSL,Paris Sciences et Lettres(2010), ANR-10-EQPX-0034,IPGG,Institut Pierre Gilles de Gennes pour la microfluidique(2010), ANR-10-EQPX-0003,ICGex,Equipement de biologie intégrative du cancer pour une médecine personnalisée(2010), ANR-10-INBS-0009,France-Génomique,Organisation et montée en puissance d'une Infrastructure Nationale de Génomique(2010), Institut Pasteur [Paris]-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Institut Pasteur [Paris]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Bruhns, Pierre, Appel à projets générique - Analyse en profondeur de répertoires d'anticorps par microfluidique en gouttelettes couplé à du séquençage haut-débit pour le diagnostic et la découverte d'anticorps thérapeutiques - - DROP-mAbs2014 - ANR-14-CE16-0011 - Appel à projets générique - VALID, Initiative d'excellence - Paris Sciences et Lettres - - PSL2010 - ANR-10-IDEX-0001 - IDEX - VALID, Equipements d'excellence - Institut Pierre Gilles de Gennes pour la microfluidique - - IPGG2010 - ANR-10-EQPX-0034 - EQPX - VALID, Equipements d'excellence - Equipement de biologie intégrative du cancer pour une médecine personnalisée - - ICGex2010 - ANR-10-EQPX-0003 - EQPX - VALID, and Organisation et montée en puissance d'une Infrastructure Nationale de Génomique - - France-Génomique2010 - ANR-10-INBS-0009 - INBS - VALID
- Subjects
[SDV.IMM] Life Sciences [q-bio]/Immunology ,Biomedical Engineering ,Somatic hypermutation ,Bioengineering ,Cancer Vaccines ,Applied Microbiology and Biotechnology ,Antibodies ,Mice ,03 medical and health sciences ,0302 clinical medicine ,Antibody Repertoire ,Antigen ,Animals ,Humans ,Antigens ,030304 developmental biology ,chemistry.chemical_classification ,B-Lymphocytes ,0303 health sciences ,biology ,High-Throughput Nucleotide Sequencing ,DNA ,Microfluidic Analytical Techniques ,Molecular biology ,Reverse transcriptase ,3. Good health ,Enzyme ,chemistry ,Immunization ,Immunoglobulin G ,biology.protein ,[SDV.IMM]Life Sciences [q-bio]/Immunology ,Molecular Medicine ,Single-Cell Analysis ,Antibody ,030217 neurology & neurosurgery ,Ex vivo ,Biotechnology - Abstract
International audience; Mining the antibody repertoire of plasma cells and plasmablasts could enable the discovery of useful antibodies for therapeutic or research purposes1. We present a method for high-throughput, single-cell screening of IgG-secreting primary cells to characterize antibody binding to soluble and membrane-bound antigens. CelliGO is a droplet microfluidics system that combines high-throughput screening for IgG activity, using fluorescence-based in-droplet single-cell bioassays2, with sequencing of paired antibody V genes, using in-droplet single-cell barcoded reverse transcription. We analyzed IgG repertoire diversity, clonal expansion and somatic hypermutation in cells from mice immunized with a vaccine target, a multifunctional enzyme or a membrane-bound cancer target. Immunization with these antigens yielded 100–1,000 IgG sequences per mouse. We generated 77 recombinant antibodies from the identified sequences and found that 93% recognized the soluble antigen and 14% the membrane antigen. The platform also allowed recovery of ~450–900 IgG sequences from ~2,200 IgG-secreting activated human memory B cells, activated ex vivo, demonstrating its versatility.
- Published
- 2020