AIツールを用いた機能的細胞内抗体の迅速かつ高効率な設計方法を開発~細胞内抗体を用いた診断や治療に向けた研究を加速~

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2026-01-27 東京科学大学

東京科学大学 を中心とする国際共同研究チームは、AIツールと生細胞スクリーニングを統合することで、機能的な細胞内抗体(intrabody)を迅速かつ高効率に設計する新手法を開発した。AlphaFold2による立体構造予測とProteinMPNNによる配列最適化を組み合わせ、抗原結合能を保持したまま抗体フレームワーク領域の安定性を向上させるAI駆動型パイプラインを構築した。その結果、設計した26種の抗体配列のうち19種(約73%)が細胞内で機能する一本鎖可変領域抗体として発現し、従来法(成功率10%以下)を大きく上回る効率を達成した。特にヒストン修飾を標的とする細胞内抗体の作製に成功し、遺伝子発現制御の解析、診断、治療への応用が期待される。本成果は、細胞内抗体開発の容易化・低コスト化を実現し、生命科学・医療研究の加速に貢献する。

AIツールを用いた機能的細胞内抗体の迅速かつ高効率な設計方法を開発~細胞内抗体を用いた診断や治療に向けた研究を加速~
図1. 細胞内抗体。
(A)一本鎖可変領域抗体は、重鎖と軽鎖からなる抗体のうち、抗原に結合する領域のみを結合させたものである。
(B)遺伝子の導入により、細胞内で一本鎖可変領域抗体を発現させることで、細胞内の標的を標識することができる。

<関連情報>

多様なペプチドやヒストン修飾を標的とした抗体配列をイントラボディに迅速に変換するためのAI支援タンパク質設計 AI-assisted protein design to rapidly convert antibody sequences to intrabodies targeting diverse peptides and histone modifications

Gabriel Galindo. Daiki Maejima. Jacob DeRoo. Scott R. Burlingham. […] , and Timothy J. Stasevich
Science Advances  Published:2 Jan 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adx8352

Abstract

Intrabodies are engineered antibodies that function inside living cells, enabling therapeutic, diagnostic, and imaging applications. While powerful, their development has been hindered by challenges associated with their folding, solubility, and stability in the reduced intracellular environment. Here, we present an artificial intelligence–driven pipeline integrating AlphaFold2, ProteinMPNN, and live-cell screening to optimize antibody framework regions while preserving epitope-binding complementarity-determining regions. Using this approach, we successfully converted 19 of 26 antibody sequences into functional single-chain variable fragment intrabodies, including a panel targeting diverse histone modifications for real-time imaging of chromatin dynamics and gene regulation. Notably, 18 of these 19 sequences had failed to convert using the standard approach, demonstrating the unique effectiveness of our method. As antibody sequence databases expand, our method will accelerate intrabody design, making their development easier, more cost effective, and broadly accessible for biological research.

生物工学一般
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