Perfis Anti-Neu5Gc IgG em Sera Humana com um Ensaio de Microarray de Sialoglicano
Summary
Um ensaio de microarrays de sialoglicano pode ser usado para avaliar anticorpos anti-Neu5Gc em soros humanos, tornando-se um possível ensaio de diagnóstico de alto rendimento para câncer e outras doenças crônicas causadas por inflamação mediada por doenças humanas.
Abstract
As células são cobertas com um manto de cadeias de carboidratos (glicanos) que é comumente alterado em câncer e que inclui variações na expressão do ácido siálico (Sia). Estes são os açúcares ácidos que possuem uma espinha dorsal de 9 carbonos e que captam vertebrados de glicanos nas superfícies celulares. Duas das principais formas Sia em mamíferos são o ácido N- acetilneuraminico (Neu5Ac) e sua forma hidroxilada, ácido N- glicolneuraminico (Neu5Gc). Os seres humanos não podem produzir Neu5Gc endógeno devido à inativação do gene que codifica a hidroxilase de cianina 5'-monofosfato-Neu5Ac (CMP-Neu5Ac) (CMAH). O Neu5Gc estrangeiro é adquirido por células humanas através do consumo dietético de carne vermelha e produtos lácteos e, posteriormente, aparece em glicanos diversos na superfície celular, acumulando-se principalmente em carcinomas. Consequentemente, os seres humanos possuem anticorpos anti-Neu5Gc circulantes que desempenham vários papéis no câncer e outras doenças mediadas por inflamação crônica e que estão se tornando potenciais diagnósticos e terapêuticosRgets. Aqui, descrevemos um ensaio de microarrays de sialoglicano de alto rendimento para avaliar esses anticorpos anti-Neu5Gc nos soros humanos. Os glicanos que contêm Neu5Gc e seus pares de controles correspondentes (glicanos contendo Neu5Ac), cada um com uma amina primária do núcleo, estão ligados covalentemente a lâminas de vidro revestidas com epóxi. Nós exemplificamos a impressão de 56 slides em um formato de 16 poços usando uma nano-impressora específica capaz de gerar até 896 arrays por impressão. Cada slide pode ser usado para exibir 16 amostras de soros humanos diferentes para a avaliação da especificidade, intensidade e diversidade de anticorpos anti-Neu5Gc. O protocolo descreve a complexidade desta ferramenta robusta e fornece uma orientação básica para aqueles que visam investigar a resposta ao antígeno de carboidratos dietéticos Neu5Gc em diversas amostras clínicas em um formato de matriz.
Introduction
Sias são açúcares ácidos que cobrem as cadeias de glicano nas glicoproteínas de superfície celular e glicolípidos em vertebrados. A expressão de Sia é modificada em células cancerosas 1 e correlaciona-se com progressão e / ou metástase 2 , 3 . Duas das principais formas Sia em mamíferos são Neu5Ac e sua forma hidroxilada, Neu5Gc 2 . Os seres humanos não podem sintetizar Neu5Gc devido a uma inativação específica do gene que codifica a enzima CMAH. Este Sia não-humano incorpora metabólicamente em células humanas como "auto", provenientes de alimentos ricos em minerais Neu5Gc ( por exemplo, carne vermelha) 4 , 5 . Neu5Gc está presente em níveis baixos nas superfícies celulares do epitélio humano e do endotélio, mas especialmente se acumula em carcinomas. Neu5Gc é reconhecido como estrangeiro pelo sistema imunológico humoral humano 2 , 6 .A complexidade antigênica de Neu5Gc-glycan pode surgir em vários níveis, incluindo modificação de Neu5Gc, ligação, glicanos subjacentes e andaimes e sua densidade, tudo refletido pela complexidade da resposta de anticorpos anti-Neu5Gc em seres humanos 6 . Alguns desses anticorpos servem como biomarcadores de carcinoma e potencial imunoterapêuticos 7 . O advento da síntese quimiomenzima de diferentes sialoglicanos 8 abriu caminho para a análise mais aprofundada de tais anticorpos, facilitada pelo uso de tecnologia de microarray de glicano 9 , 10 . Assim, com a preparação e manipulação facilitadas de grandes bibliotecas de carboidratos naturais e sintéticos, as microarrays de glicano tornaram-se uma poderosa tecnologia de alto débito para investigar as interações de carboidratos com uma miríade de biomoléculas 10 , 11 , </sup> 12 , 13 . Em um formato de matriz, são utilizadas quantidades mínimas de materiais e esta exibição multivalente de glicanos biologicamente relevantes permite a investigação de milhares de interações de ligação em um único experimento. Importante, esta tecnologia também pode ser aplicada à descoberta de biomarcadores e ao monitoramento de respostas imunes em várias amostras 7 , 12 .
A fabricação bem-sucedida de microarray de glicano requer a consideração de três aspectos importantes: o tipo de robô de impressora, química de conjugação de glicano e ótica de detecção. Quanto à consideração do instrumento de impressão, duas técnicas estão disponíveis: impressoras de contato e sem contato. Em impressão de contato, os pinos de aço 1-48 são mergulhados em uma placa de fonte de vários poços contendo solução de glicano e são manchados em lâminas de vidro funcionalizadas, contactando diretamente a superfície deslizante de vidro. A quantidade da solução é deO fator do slide é uma função da duração persistente na superfície deslizante. Geralmente, as amostras são primeiro pré-manchadas em um bloco de vidro (para alcançar manchas homogêneas) antes de serem impressas na superfície deslizante. Em impressoras sem contato ( por exemplo, a impressora piezoelétrica), os glicanos são impressos a partir de um capilar de vidro usando sinais elétricos controlados. O sinal elétrico pode ser finamente calibrado para obter uma impressão mais precisa em relação à impressão de contato. O tamanho e a morfologia das manchas também são relativamente mais homogêneas. Uma vantagem adicional é a reciclagem da amostra de volta para a placa de origem após a impressão. No entanto, a principal desvantagem das impressoras piezoelétricas é a limitação da tipagem de impressão (4 ou 8), resultando em uma duração de impressão muito longa, o que requer atenção especial para a estabilidade do slide, a temperatura, a umidade e a evaporação da amostra. A impressora a jato de tinta sem contato requer volumes de amostra maiores 14 .
<p class = "jove_content"> Em contraste com as opções disponíveis limitadas para métodos de impressão, a química de conjugação de glicano é uma consideração mais complexa, com muitas opções para escolher. A química de imobilização selecionada deve explicar os grupos ativos nos glicanos e a reatividade da superfície deslizante. Os glicanos a serem imobilizados sobre uma superfície de microarrays específica, sinteticamente sintetizada ou naturalmente isolada, exigem um grupo reativo idêntico. Além disso, os glicanos precisam ser puros e homogêneos. Por outro lado, a superfície de imobilização e a química devem proporcionar reprodutibilidade e densidade de ligação confiável. Múltiplos métodos de imobilização foram desenvolvidos com a inclusão covalente ou não covalente (absorção física) 10 , 11 , 12 , 13 . Para obter informações altamente detalhadas sobre a tecnologia impressa de microarray de glicano para os não iniciadosInvestigador, consulte estas excelentes críticas 13 , 15 . Importante, as informações mínimas recentes exigidas para uma iniciativa Glycomics Experiment (MIRAGE) descrevem diretrizes para a preparação de amostras 16 e para relatar dados de análises de microarrays de glicanos 17 para melhorar os padrões neste campo em crescimento.Aqui, descrevemos um protocolo detalhado para a fabricação de microarrays de sialoglicano usando uma nano-impressora de contato específico em um formato de 16 poços. Cada um dos glicanos possui uma amina primária que medeia a sua ligação covalente para lâminas de vidro activadas com epóxi. Também descrevemos o desenvolvimento e a análise de um slide usando várias amostras de soros humanos, anticorpos e lectinas de plantas vinculativas de Sia. Os ensaios de microarrays de Sialoglycan envolvem várias etapas principais que incluem fabricação, processamento, desenvolvimento e análise de matrizes. A fabricação de matrizes exige planejar o arLayout de raios, preparando os glicanos e a placa fonte, programando a nano-impressora e imprimindo as lâminas. Posteriormente, os slides são processados, desenvolvidos e analisados ( Figura 1 ).
Protocol
Representative Results
Discussion
Uma fabricação de microarrays de glicano bem-sucedida requer um planejamento cuidadoso e inclui várias etapas importantes no protocolo. Estes incluem: (1) planejar os layouts de blocos e placas que definem todos os parâmetros subseqüentes ( por exemplo, distâncias, espaçamento, quantidade de amostras e impressão); (2) limpar os pinos e garantir a integridade do pino, o que é crítico para controlar a homogeneidade do ponto; (3) mantendo alta umidade durante a impressão, crítica para evitar a evapora?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado, em parte, por um Prêmio de Pesquisa de Desenvolvimento de Carreira do Israel Cancer Research Fund, uma concessão da Iniciativa Nacional de Nanotecnologia de Israel e Helmsley Charitable Trust para uma Área de Tecnologia Focal em Nanomedicines para Teranostics Personalizados (VP-K) e National Institutos de saúde concedem R01GM076360 (para XC).
Materials
| Primary-amine containing sialoglycans | Glycohub, Inc., Davis, CA, USA (http://www.glycohub.com/services) | Contact info@glycohubusa.com for compound requests | Printed glycans |
| Monosodium phosphate monohydrate | Sigma | S9638 | Printing buffer component |
| Disodium phosphate heptahydrate | Sigma | S9390 | Printing buffer component |
| Phosphate buffered saline | Hy-Labs | BP-507/500D | Printing buffer/ incubation/washing buffer |
| Tris-base | Sigma | T1503 | Slide blocking reagent |
| Glycerol | Sigma | G-7893 | Printing buffer component |
| Ethanolamine | Thermo-Fisher Scientific | 0700/08 | Slide blocking reagent |
| Ovalbumin (Grade V) | Sigma | A5503 | Slide Blocking protein |
| Tween-20 | Sigma | P7949 | Slide washing detergent |
| Alexa 555-Hydrazide | Thermo-Fisher Scientific | A20501MP | Marker on array |
| ChromPure Human IgG, whole molecule | Jackson Immunoresearch | 009-000-003 | Printing component |
| Biotinylated- SNA | Vector Laboratories | B-1305 | Plant Lectin – binding Sia-alpha2–6-linked |
| Biotinylated-MALII | Vector Laboratories | B-1265 | Plant Lectin – binding Sia-alpha2–3-linked |
| Chicken-anti Neu5Gc IgY | BioLegend | 146903 | Primary detection |
| Cy3-Streptavidin | Jackson Immunoresearch | 016-160-0848 | Biotin binding |
| Cy3-anti Human IgG | Jackson Immunoresearch | 109-165-088 | Secondary detection against human IgG |
| Cy3-anti Chicken IgY | Jackson Immunoresearch | 703-165-155 | Secondary detection against chicken IgY |
| Human sera samples | Israeli Blood Bank | Primary detection | |
| Compressed Nitrogen (Grade 5) | General dusting/drying tool | ||
| Epoxy-coated slides | Corning | 40044 | Slides |
| Epoxy-coated slides | PolyAn | 2D 104-00-221 | Slides. In this type of slides the surface is more hydrophobic (compared to Coring slides) therefore the glycans Print Buffer would need to be supplemented with 0.005% Tween-20 to obtain 100 µm size spots. |
| 384-well microtiter plate | Genetix | 2070 | Printing plate |
| VWR lab marker | VWR | 52877-310 | Slide labeling |
| Staining Tube | ArrayIt | MST | Slide developing tool |
| Staining bath | VWR | 25608-904 | Slide developing tool |
| Slides glass holders | VWR | 631-9321 | Slide developing tool |
| GenePix Scanner | Molecular devices | 4000B | Slide scanner |
| LM-60 NanoPrinter | ArrayIt | LM-60 | Array printer |
| Pins | ArrayIt | 946MP3 | Printing pins |
| ProPlate Module | Grace Bio-Labs | P37004 | Slide developing module |
| Distilled water | Bio-Lab | 2321020500 | Required for arrayer and humidifier |
| Electronic Multi Pippete, 8 Channel , volume range 2-125 μL | Thermo-Fisher Scientific (Matrix) | MA-2131 Impact2 Equalizer 384 | Multi pippete for sample dispansing into 384-well plate |
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