Utskrevne Glycan matrise: En følsom teknikk for analyse av repertoaret av sirkulerende anti-karbohydrater antistoffer i små dyr
Summary
Dette arbeidet viser potensialet i trykte glycan matrise (PGA) teknologi for analyse av sirkulerende anti-karbohydrater antistoffer i liten dyrene.
Abstract
Repertoaret av sirkulerende anti-karbohydrater antistoffer av en gitt person er ofte forbundet med statusen immunologiske. Ikke bare den personlige immun tilstanden avgjør suksessen bekjempe interne og eksterne potensielle trusselen signaler, men også eksistensen av et bestemt mønster av sirkulerende anti-glycan antistoffer (og deres serologisk nivå variasjon) kan være en betydelig markør utbruddet og progresjon av visse patologiske forhold. Her beskriver vi en trykt Glycan matrise PGA-basert metode som tilbyr muligheten til å måle hundrevis av glycan mål med svært høy følsomhet; med en minimal mengde utvalget, en vanlig begrensning når liten dyrene (rotter, mus, hamster, etc.) er brukt som modeller adresse aspekter av menneskelige sykdommer. Som et representativt eksempel på denne tilnærmingen viser vi resultatene fra analysen av repertoaret av naturlig anti-glycan antistoffer i BALB/c mus. Viser vi at hver BALB/c musen involvert i studien, til tross for å være genetisk identisk og vedlikeholdt under like forhold, utvikler et bestemt mønster av naturlig anti-karbohydrater antistoffer. Dette arbeidet hevder å utvide bruken av PGA teknologien å undersøke repertoar (særegenheter) og nivåer av sirkulerende anti-karbohydrater antistoffer, både i helse og under en patologisk tilstand.
Introduction
Antistoffer spille en sentral rolle i vårt forsvar mot invaderende patogener ved å nøytralisere direkte virus1,2 og bakterier2,3, ved å aktivere komplement systemet4,5 og styrking av fagocytose6. I tillegg er de grunnleggende elementene i kreft målretting og eliminering av ondartede celler7og homeostase vedlikehold8,9.
Lidelser av immunsystemet kan føre til autoimmune og inflammatoriske sykdommer10 og kreft11. Alle disse pathological betingelser krever ideelt en rask diagnose for en effektiv behandling. Ved autoimmune sykdommer er serologisk tilstedeværelsen av autoantistoffer i de fleste tilfeller en prediktor for diagnose av autoimmunitet10,12. Disse antistoffene reagere med celleoverflaten ekstracellulære autoantigens, og de er ofte tilstede i mange år før presentasjonen av autoimmune sykdommer10,12. Immun mankoen og kreft er også diagnostisert med blodprøver at enten måle nivået av immun elementer som antistoffer eller deres funksjonelle aktiviteten11.
Identifikasjon av repertoaret av sirkulerende antistoffer og serologisk nivåene er viktig å angi en prognose og evaluere utviklingen av alle nevnte pathological betingelser. Vi har tidligere vist potensialet i PGA teknikk for analyse av sirkulerende antistoffer i forskjellige dyrearter13–16, minimere bruken av store mengder serologisk prøver, unngå problemet forbundet med antistoffer kryssreaktivitet17 og tillater høy gjennomstrømming profilering av en omfattende repertoar av antistoffer15.
Glycan-baserte immunanalyser er hovedsakelig betinget, blant andre faktorer, opprinnelse og produksjon av karbohydrater, som bestemmer affinitet og bindende ligander15,18,19,20 ,21. Glycan-basert immunanalyser kan utvikles i suspensjon (mikrosfærer)15,21,22 eller flat-aktivert overflater15,21,22, 23,24. Sist inkluderer ELISA (den mest konvensjonelle disse metodene) og PGA. Det er ikke mye data sammenligne disse metoder i de samme eksperimentelle innstilling15,25,26,27. Vi har tidligere sammenlignet effekten og selektivitet av disse immunanalyser til profil anti-glycan antistoffer i individuelle humant plasma prøver15. For noen antistoffer som de rettet mot anti-A/B-blodtype, alle immunanalyser finner dem med statistisk signifikans og de korrelert positivt med hverandre15,18,21. I mellomtiden anti-P1 antistoffer ble hovedsakelig oppdaget av PGA med høyeste discriminative makt, og det var ingen sammenheng i bestemmelser laget av forskjellige glycan-baserte immunanalyser15,18, 21. disse forskjellene mellom metoder var hovedsakelig knyttet til antistoff/antigen forhold og glycan orientering15. ELISA og hjuloppheng matriser er mer utsatt for uspesifikke bindende enn PGA fordi det er et overskudd av antigen over antistoffer i disse metodene15. Dessuten er retningen på glykaner i PGA mer begrenset enn i ELISA og hjuloppheng matriser15. ELISA er praktisk når studien inkluderer en begrenset panel av glykaner. Suspensjon matriser tilbyr ELISA større fleksibilitet når det gjelder analysen rekonfigurering. PGA er svært praktisk for oppdagelsen tilnærminger15,18,21,28. Til tross for disse klare fordeler og ulemper, kan de tre nevnte immunanalyser brukes til å studere ulike aspekter av glycan-antistoff interaksjoner. Det endelige målet av studien er en guide utvalget av mer egnet metodikken.
I dag fungerer som mål å utvide bruken av PGA teknologi for analyse av repertoaret av sirkulerende anti-glycan antistoffer i liten dyrene. Resultatet representant presenterer vi her en detaljert protokoll for å vurdere repertoaret av naturlig anti-karbohydrater antistoffer i voksen BALB/c mus av PGA.
Protocol
Representative Results
Discussion
Glycan microarrays har blitt uunnværlig verktøy for å studere protein-glycan vekselsvirkningene40. Dette arbeidet beskriver en protokoll basert på PGA teknologi å studere repertoaret av sirkulerende av anti-karbohydrater antistoffer i BALB/c mus. Siden PGA tilbyr muligheten for skjermen av biologisk ukjent glykaner, er det en svært praktisk oppdagelsen verktøyet13,15,28. Den foreslåtte metoden til…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av “Fondo de Investigaciones Sanitarias” (FIS) gi PI13/01098 fra Carlos III Health Institute, spanske Helsedepartementet. DB-G var godt fra en post-doc forskning finansiert av EU syvende rammeprogram (FP7/2007-2013) under Grant avtalen 603049 (TRANSLINK). NK, NS, og NB ble støttet av tildeling #14-50-00131 av russisk Science Foundation. DB-G ønsker å uttrykke sin takknemlighet Marta Broto, J. Pablo Salvador og Ana Sanchis for utmerket kundestøtte og Alexander Rakitko hjelp med statistisk analyse. Med støtte fra den “Pla de Doctorats Industrials de la Secretaria d’Universitats jeg Recerca del Departament d’Empresa jeg Coneixement de la Generalitat de Catalunya (gi nummer 2018 DI 021). Vi takker hjerter program / Generalitat de Catalunya for institusjonelle støtte.
Materials
| Antibodies | |||
| biotinylated goat anti-human Igs | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | Ref. #: 31782 | |
| biotinylated goat anti-mouse IgM + IgG | Thermo Fisher Scientific | Ref. #: 31807 | |
| Equipment | |||
| Robotic Arrayer sciFLEXARRAYER S5 | Scienion AG, Berlin, Germany | http://www.scienion.com/products/sciflexarrayer/ | |
| Stain Tray (slide incubation chamber) | Simport, Beloeil, QC, Canada | Ref. #: M920-2 | |
| Centrifuge | Eppendorf, Hamburg, Germany | Ref. #: 5810 R | |
| Pipettes | Gilson, Middleton, WI, USA | http://www.gilson.com/en/Pipette/ | |
| Slide Scanner | PerkinElmer, Waltham, MA, USA | ScanArray GX Plus | |
| Shaking incubator | Cole-Parmer, Staffordshire, UK | Ref. #: SI50 | |
| Biological samples | |||
| BALB/c mice sera | This paper | N/ A | |
| Complex Immunoglobulin Preparation (CIP) | Immuno-Gem, Moscow, Russia | http://www.biomedservice.ru/price/goods/1/17531 | |
| Chemicals, Reagents and Glycans | |||
| Glycan library | Institute of Bioorganic Chemistry (IBCh), Moscow, Russia | N/ A | |
| Bovine serum albumin (BSA) | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, | Ref. #: A9418 | |
| Ethanolamine | Sigma-Aldrich | Ref. #: 411000 | |
| Tween-20 | Merck Chemicals & Life Science S.A., Madrid, Spain | Ref. #: 655204 | |
| Phospahte buffered saline (PBS) | VWR International Eurolab S.L, Barcelona, Spain | Ref. #: E404 | |
| Sodium azide | Sigma-Aldrich | Ref. #: S2002 | |
| Streptavidin Alexa Fluor 555 conjugate | Thermo Fisher Scientific | Ref. #: S21381 | |
| Streptavidin Cy5 conjugate | GE Healthcare, Little Chalfont, Buckinghamshire, UK | Ref. #: PA45001 | |
| Materials | |||
| N-hydroxysuccinimide-derivatized glass slides H | Schott-Nexterion, Jena, Germany | Ref. #: 1070936 | |
| Whatman filter paper | Sigma-Aldrich | Ref. #: WHA10347509 | |
| 1.5 mL tubes | Eppendorf | Ref. #: 0030120086 | |
| Software and algorithms | |||
| ScanArray Express Microarray Analysis System | PerkinElmer | http://www.per | |
| kinelmer.com/microarray | |||
| Hierarchical Clustering Explorer application | University of Maryland, MD, USA | http://www.cs.umd.edu/hcil/hce/ | |
References
- Karlsson, G. B., Fouchier, R. A., Phogat, S., Burton, D. R., Sodroski, J., Wyatt, R. T. The challenges of eliciting neutralizing antibodies to HIV-1 and to influenza virus. Nat Rev Microbiol. 6 (2), 143-155 (2008).
- Lu, L. L., Suscovich, T. J., Fortune, S. M., Alter, G. Beyond binding: antibody effector functions in infectious diseases. Nat Rev Immunol. 18 (1), 46-61 (2017).
- Bebbington, C., Yarranton, G. Antibodies for the treatment of bacterial infections: current experience and future prospects. Curr Opin Biotech. 19 (6), 613-619 (2008).
- Murphy, K., Travers, P., Walport, M. The complement system and innate immunity. Janeway’s Immunobiology. , 61-80 (2008).
- Botto, M., Kirschfink, M., Macor, P., Pickering, M. C., Wurzner, R., Tedesco, F. Complement in human diseases: lessons from complement deficiencies. Mol Immunol. 46 (14), 2774-2783 (2009).
- Borrok, M. J., et al. Enhancement of antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity by endowing IgG with FcαRI (CD89) binding. MAbs. 7 (4), 743-751 (2015).
- Weiner, L. M., Murray, J. C., Shuptrine, C. W. Antibody-based immunotherapy of cancer. Cell. 148 (6), 1081-1084 (2012).
- Ricklin, D., Hajishengallis, G., Yang, K., Lambris, J. D. Complement: a key system for immune surveillance and homeostasis. Nat Immunol. 11 (9), 785-797 (2010).
- Prechl, J. A generalized quantitative antibody homeostasis model: antigen saturation, natural antibodies and a quantitative antibody network. Clin Transl Immunology. 6 (2), e131 (2017).
- Vojdani, A. Antibodies as predictors of complex autoimmune diseases. Int J Immunopath Ph. 21 (2), 267-278 (2008).
- Liu, W., Peng, B., Lu, Y., Xu, W., Qian, W., Zhang, J. Y. Autoantibodies to tumor-associated antigens as biomarkers in cancer immunodiagnosis. Autoimmun Rev. 10 (6), 331-335 (2011).
- Suurmond, J., Diamond, B. Autoantibodies in systemic autoimmune diseases: specificity and pathogenicity. J Clin Invest. 125 (6), 2194-2202 (2015).
- Bovin, N., et al. Repertoire of human natural anti-glycan immunoglobulins. Do we have auto-antibodies?. Biochim Biophys Acta. 1820 (9), 1373-1382 (2012).
- de los Rios, M., Criscitiello, M. F., Smider, V. V. Structural and genetic diversity in antibody repertoires from diverse species. Curr Opin Struc Biol. 33, 27-41 (2015).
- Pochechueva, T., et al. Comparison of printed glycan array, suspension array and ELISA in the detection of human anti-glycan antibodies. Glycoconjugate J. 28 (8-9), 507-517 (2011).
- Shilova, N., Navakouski, M., Khasbiullina, N., Blixt, O., Bovin, N. Printed glycan array: antibodies as probed in undiluted serum and effects of dilution. Glycoconjugate J. 29 (2-3), 87-91 (2012).
- Manimala, J. C., Roach, T. A., Li, Z., Gildersleeve, J. C. High-throughput carbohydrate microarray profiling of 27 antibodies demonstrates widespread specificity problems. Glycobiology. 17 (8), 17C-23C (2007).
- Jacob, F., et al. Serum anti-glycan antibody detection of non-mucinous ovarian cancers by using a printed glycan array. Int. J. Cancer. 130 (1), 138-146 (2012).
- Lewallen, D. M., Siler, D., Iyer, S. S. Factors affecting protein-glycan specificity: effect of spacers and incubation time. ChemBioChem. 10 (9), 1486-1489 (2009).
- Oyelaran, O., Li, Q., Farnsworth, D., Gildersleeve, J. C. Microarrays with varying carbohydrate density reveal distinct subpopulations of serum antibodies. J. Proteome Res. 8 (7), 3529-3538 (2009).
- Pochechueva, T. Multiplex suspension array for human anti-carbohydrate antibody profiling. Analyst. 136 (3), 560-569 (2011).
- Chinarev, A. A., Galanina, O. E., Bovin, N. V. Biotinylated multivalent glycoconjugates for surface coating. Methods Mol Biol. 600, 67-78 (2010).
- Huflejt, M. E. Anti-carbohydrate antibodies of normal sera: findings, surprises and challenges. Mol Immunol. 46 (15), 3037-3049 (2009).
- Buchs, J. P., Nydegger, U. E. Development of an ABO-ELISA for the quantitation of human blood group anti-A and anti-B IgM and IgG antibodies. J Immunol Methods. 118 (1), 37-46 (1989).
- de Jager, W., Rijkers, G. T. Solid-phase and bead-based cytokine immunoassay: a comparison. Methods. 38 (4), 294-303 (2006).
- Galanina, O. E., Mecklenburg, M., Nifantiev, N. E., Pazynina, G. V., Bovin, N. V. GlycoChip: multiarray for the study of carbohydrate binding proteins. Lab Chip. 3 (4), 260-265 (2003).
- Willats, W. G., Rasmussen, S. E., Kristensen, T., Mikkelsen, J. D., Knox, J. P. Sugar-coated microarrays: a novel slide surface for the high-throughput analysis of glycans. Proteomics. 2 (12), 1666-1671 (2002).
- Bello-Gil, D., Khasbiullina, N., Shilova, N., Bovin, N., Mañez, R. Repertoire of BALB/c mice natural anti-Carbohydrate antibodies: mice vs. humans difference, and otherness of individual animals. Front Immunol. 8, 1449 (2017).
- Pazynina, G., et al. Synthetic glyco-O-sulfatome for profiling of human natural antibodies. Carbohydr Res. 445, 23-31 (2017).
- Ryzhov, I. M., Korchagina, E. Y., Popova, I. S., Tyrtysh, T. V., Paramonov, A. S., Bovin, N. V. Block synthesis of A (type 2) and B (type 2) tetrasaccharides related to the human ABO blood group system. Carbohydr Res. 430, 59-71 (2016).
- Ryzhov, I. M., et al. Function-spacer-lipid constructs of Lewis and chimeric Lewis/ABH glycans. Synthesis and use in serological studies. Carbohyd Res. 435, 83-96 (2016).
- Pazynina, G. V., Tsygankova, S. V., Sablina, M. A., Paramonov, A. S., Tuzikov, A. B., Bovin, N. V. Stereo- and regio-selective synthesis of spacer armed α2-6 sialooligosaccharides. Mendeleev Commun. 26 (5), 380-382 (2016).
- Pazynina, G. V., Tsygankova, S. V., Sablina, M. A., Paramonov, A. S., Formanovsky, A. A., Bovin, N. V. Synthesis of blood group pentasaccharides ALey, BLey and related tri- and tetrasaccharides. Mendeleev Commun. 26 (2), 103-105 (2016).
- Severov, V. V., Pazynina, G. V., Ovchinnikova, T. V., Bovin, N. V. The synthesis of oligosaccharides containing internal and terminal Galβ1-3GlcNAcβ fragments. Russian J. Bioorgan. Chem. 41 (2), 147-160 (2015).
- Pazynina, G. V., Tsygankova, S. V., Bovin, N. V. Synthesis of glycoprotein N-chain core fragment GlcNAcβ1-4(Fucα1-6)GlcNAc. Mendeleev Commun. 25 (4), 250-251 (2015).
- Solís, D., et al. A guide into glycosciences: How chemistry, biochemistry and biology cooperate to crack the sugar code. Biochim Biophys Acta. 1850 (1), 186-235 (2015).
- Pazynina, G. V., et al. Divergent strategy for the synthesis of α2-3-Linked sialo-oligosaccharide libraries using a Neu5TFA-(α2-3)-Gal building block. Synlett. 24 (02), 226-230 (2013).
- Blixt, O., et al. Printed covalent glycan array for ligand profiling of diverse glycan binding proteins. P Natl Acad Sci USA. 101 (49), 17033-17038 (2004).
- Liu, Y., et al. The minimum information required for a glycomics experiment (MIRAGE) project: improving the standards for reporting glycan microarray-based data. Glycobiology. 27 (4), 280-284 (2017).
- Song, X., Heimburg-Molinaro, J., Cummings, R. D., Smith, D. F. Chemistry of natural glycan microarrays. Curr Opin Chem Biol. 18, 70-77 (2014).
- Hoy, Y. E., et al. Variation in taxonomic composition of the fecal microbiota in an inbred mouse strain across individuals and time. PLoS One. 10 (11), e0142825 (2015).
- D’Argenio, V., Salvatore, F. The role of the gut microbiome in the healthy adult status. Clin Chim Acta. 451 (Pt A), 97-102 (2015).
- Khasbiullina, N. R., Bovin, N. V. Hypotheses of the origin of natural antibodies: a glycobiologist’s opinion. Biochemistry (Mosc). 80 (7), 820-835 (2015).
- Butler, J. E., Sun, J., Weber, P., Navarro, P., Francis, D. Antibody repertoire development in fetal and newborn piglets, III. Colonization of the gastrointestinal tract selectively diversifies the preimmune repertoire in mucosal lymphoid tissues. Immunology. 100 (1), 119-130 (2000).
- Bos, N. A., et al. Serum immunoglobulin levels and naturally occurring antibodies against carbohydrate antigens in germ-free BALB/c mice fed chemically defined ultrafiltered diet. Eur J Immunol. 19 (12), 2335-2339 (1980).
- van der Heijden, P. J., Bianchi, A. T., Heidt, P. J., Stok, W., Bokhout, B. A. Background (spontaneous) immunoglobulin production in the murine small intestine before and after weaning. J Reprod Immunol. 15 (3), 217-227 (1989).
- Krasnova, L., Wong, C. H. Understanding the chemistry and biology of glycosylation with glycan synthesis. Annu Rev Biochem. 85, 599-630 (2016).
- Overkleeft, H. S., Seeberger, P. H., Varki, A. Chemoenzymatic synthesis of glycans and glycoconjugates. Essentials of Glycobiology [Internet]. , 2015-2017 (2017).
