Un'analisi di Microarray della proteina per determinazione sierologica dell'infezione di Clostridium difficile anticorpo seguenti risposte antigene-specifiche

Summary

Questo articolo viene descritto un metodo di microarray della proteina semplice per profilatura risposte immunitarie umorali a un panel 7-plex di altamente purificata antigeni di Clostridium difficile in sieri umani. Il protocollo può essere esteso per la determinazione della risposta di anticorpo specifico nelle preparazioni a base di immunoglobuline policlonali.

Abstract

Forniamo una panoramica dettagliata di un’analisi di microarray di romanzo della proteina ad alta produttività per la determinazione di anti –Clostridium difficile livelli di anticorpi nel siero umano e in preparazioni separate di policlonale dell’immunoglobulina endovenosa (IVIg). Il protocollo descrive i passaggi metodologici coinvolti nella preparazione del campione, stampa delle matrici, procedura di dosaggio e analisi dei dati. Inoltre, questo protocollo potrebbe essere ulteriormente sviluppato per incorporare diversi campioni clinici tra cui plasma e surnatanti di cella. Vi mostriamo come microarray della proteina può essere utilizzato per determinare una combinazione di isotipo (IgG, IgA, IgM), sottoclasse (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, IgA1, IgA2) e ceppo-specifici anticorpi altamente purificato tutta c. difficile tossine A e B (toxinotype 0, ceppo VPI 10463, ribotipo 087), la tossina B da un c. difficile tossina B-sola espressione ceppo (CCUG 20309), una forma di precursore di un frammento di B della tossina binaria, pCDTb, proteine di tutta la superficie strato ribotipo-specifico (SLPs; 001, 002, 027) e proteine (tetano di controllo tossoide tetanico e Candida albicans). Durante l’esperimento, microarrays sono sondati con i sieri da individui con l’infezione di c. difficile (CDI), gli individui con fibrosi cistica (CF) senza diarrea, controlli sani (HC) e da individui pre- e post-IVIg terapia per la trattamento di CDI, immunodeficienza combinata disordine e Poliradicolite demielinizzante infiammatoria cronica. Incontriamo differenze significative nei livelli di anticorpo specifico multi-isotipo di efficacies di neutralizzazione della tossina e tra gruppi di pazienti, preparazioni commerciali di IVIg e la sera prima e dopo somministrazione di IVIg. Inoltre, c’è una correlazione significativa tra microarray e analisi enzima-collegata dell’immunosorbente (ELISA) per i livelli di IgG antitossina in campioni di siero. Questi risultati indicano che microarray potrebbe diventare uno strumento promettente per profilatura risposte anticorpali agli antigeni di C.difficile in esseri umani infettati o vaccinati. Con ulteriore affinamento dei pannelli di antigene e una riduzione dei costi di produzione, possiamo anticipare che la tecnologia microarray può aiutare ottimizzare e selezionare i più clinicamente utile immunoterapie per infezione da c. difficile in modo specifico per ogni paziente.

Introduction

Questo protocollo descrive lo sviluppo e la convalida di un’analisi di microarray della proteina di romanzo e su misura per il rilevamento e semi-quantificazione del ceppo batterico e le risposte specifiche dell’isotipo dell’anticorpo agli antigeni di c. difficile . Utilizziamo con successo la nostra difficile del c.-analisi di microarray specifici come un promettente nuovo strumento per la bioanalysis compositiva del contenuto di anticorpi specifici nei sieri dei pazienti^1,2, preparazioni di IVIg³, e identificazione delle specificità dell’anticorpo che correlano con i risultati difficili in CDI⁴. Dimostriamo come campioni di siero biobanked e preparazioni commerciali di IVIg possono essere analizzate su diapositive di microarray, che permette alta qualità riproducibile profilatura delle risposte di agente patogeno specifico anticorpo di c. difficile in questo test.

Molti bambini sani e adulti hanno anticorpi IgG e IgA siero rilevabile c. difficile tossine A e B^5,6. Questi sono pensati per risultare a seguito di esposizione transitoria durante l’infanzia e dopo esposizione a c. difficile in età adulta. Per questo motivo, policlonali IVIg è stato utilizzato off-label per il trattamento sia ricorrente e fulminante CDI^7,8,9. Tuttavia, il suo ruolo definitivo e modalità di azione rimane poco chiaro. Parecchi studi hanno indicato che la risposta immunitaria umorale alle tossine di c. difficile svolge un ruolo nella presentazione della malattia e nel risultato. In particolare, i pazienti asintomatici mostrano una concentrazione aumentata del siero anti-tossina A IgG rispetto ai pazienti che sviluppano la malattia sintomatica¹⁰. Un’associazione dimostrabile è stata segnalata per i titoli di IgG A di mediano anti-tossina e mortalità per qualsiasi causa 30 giorni¹¹. Parecchi rapporti hanno rivelato anche un’associazione con una protezione contro le risposte di ricorrenza e l’anticorpo per la tossina A, B e diversi antigeni non-tossina (Cwp66, Cwp84, FliC, FliD e proteine di strato di superficie (SLP))^{12,13 , 14 , 15}. queste osservazioni hanno stimolato lo sviluppo del primo immunoterapia passiva drug targeting c. difficile tossina B (bezlotuxumab), che è stato recentemente approvato dalla US Food and Drug Administration e l’Agenzia europea dei Agenzia per la prevenzione di ricorrenti CDI¹⁶. Strategie vaccinali utilizzando le tossine inattivate o frammenti di tossina ricombinante sono inoltre attualmente in sviluppo^17,18,19. Questi nuovi approcci terapeutici senza dubbio stimolerà il requisito per valutare le risposte immunitarie umorali agli antigeni multipli in campioni di grandi dimensioni.

Oggi, c’è una notevole mancanza di saggi ad alta velocità disponibile in commercio in grado di valutare contemporaneamente il ceppo batterico e le risposte specifiche dell’isotipo dell’anticorpo agli antigeni di c. difficile . C’è un bisogno insoddisfatto per sviluppare tali dosaggi per facilitare gli sforzi di ricerca futura e applicazioni cliniche. Microarrays della proteina sono un metodo per immobilizzare un numero elevato di proteine purificate individualmente come matrice spazialmente organizzata dei punti su una superficie basata su vetrino al microscopio utilizzando un sistema robotico, che può essere un contatto²⁰ o un non-contatto stampa strumento²¹. Le macchie possono rappresentare miscele complesse come lisati cellulari, anticorpi, omogenati, proteine endogene o ricombinante o peptidi, fluidi corporei o farmaci^22,23.

Tecnologia di microarray della proteina offre chiari vantaggi rispetto a standard in-House ELISA tecniche, che sono stati tradizionalmente usati per valutare le risposte di anticorpi di anti –c. difficile . Questi includono una maggiore capacità per la rilevazione di una gamma di multi-specifici anticorpi contro un pannello più ampio di bersagli proteici, requisiti di volume ridotto per gli antigeni, campioni e reagenti e una maggiore capacità di incorporare una più grande numero di repliche tecniche, oltre a controllo di qualità interno multiple (QC) misura¹. I microarrays sono quindi più sensibile, accurato e riproducibile e hanno una maggiore gamma dinamica. Questi fattori rendono i microarrays un’alternativa più conveniente e potenzialmente favorevole a Elisa per la rilevazione su larga scala di proteine note. Tuttavia, gli svantaggi della tecnologia microarray dovuti principalmente i grandi costi iniziali associati che istituisce un pannello di antigeni altamente purificati e la creazione della piattaforma tecnologica.

Microarrays della proteina sono stati ampiamente utilizzati negli ultimi due decenni come strumento di ricerca diagnostica di base in applicazioni cliniche. Applicazioni specifiche includono l’espressione della proteina di profilatura, lo studio delle relazioni di enzima-substrato, lo screening biomarcatore, analisi delle interazioni ospite-microbo e profilatura anticorpo specificità^{23,24, 25,26,27,28}. Molti nuovo agente patogeno/antigene della proteina microarrays sono stati stabiliti, tra cui la malaria (Plasmodium)²⁹, HIV-1³⁰, riossidazione³¹, sindrome respiratoria acuta grave (SARS)³², febbre emorragica virale³³ , herpesvirus³⁴e³⁵di tubercolosi.

Il presente protocollo si riferisce all’istituzione di un facile funzionamento C. difficile reattiva dosaggio dell’antigene microarray, che consente la quantificazione precisa e specifica di multi-isotipo e le risposte dell’anticorpo specifico ceppo di C. difficile antigeni nel siero e policlonale IVIg. Nel presente documento, includiamo risultati rappresentativi relativi ad una prestazione di analisi di microarray di accettabile rispetto a ELISA così come dosaggio precisione e riproducibilità profili. Questo test potrebbe essere ulteriormente sviluppato per profilare altri campioni clinici e stabilisce un nuovo standard per la ricerca della base molecolare della CDI.

Protocol

1. preparazione di un piatto di Microarray Diluire gli antigeni di c. difficile con un buffer di stampa [PBS-Tween-trealosio (50mm)] alla concentrazione ottima (che è stata predefinita prima di eseguire i sieri dei pazienti): tossina A (200 µ g/mL) e tossina B (100 µ g/mL), pCDTb (200 µ g/mL) e nativo purificato SLPs tutta derivata da ribotypes 001, 002 e 027 (200 µ g/mL).Nota: La tossina B è stata ottenuta da una tossina B-esprimendo ceppo CCUG 20309 (90 µ g/mL). Diluire i controlli…

Representative Results

La figura 1 illustra un diagramma di flusso che descrive i passaggi principali del protocollo descritto. La figura 2 Mostra il test di correlazione di Spearman dimostrando significativo accordo tra microarray ed ELISA per IgG e IgA anti-tossina A e B livelli in sieri paziente. La figura 3 Mostra differenziale IgG e IgA anticorpi-classe risposte anticorpali specifici per la tossina A, B, binario tossi…

Discussion

In questo protocollo, abbiamo dimostrato che microarray è una piattaforma adatta per definire le risposte immunitarie umorali agli antigeni della proteina c. difficile in sieri dei pazienti (figure 3 e 6) e preparazioni commerciali di IVIg (Figura 5). Abbiamo anche dimostrato che la tecnica di microarray esegue anche quando rispetto ai convenzionale ELISA (Figura 2) e Mostra eccellente riproducibilità, con variabilit?…

Materials

BioRobotics MicroGrid II arrayer	Digilab, Malborough, MA, USA	N/A	Contact arrayer used to automated spotting of the antigens onto the slides.
Scanner InnoScan 710.	Innopsys	N/A	A fluorescent microarray slide scanner with a red (Cy5) laser to read the reaction.
MAPIX software version 7.2.0	Innopsys	N/A	Measure signal intensities of the spots.
Silicon contact pin	Parallel Synthesis Technologies	SMT-P75	Print the samples onto the slides.
Thermo Scientific Nalgene Desiccator	Thermo Scientific	41102426	To store the new and printed slides.
384-well plate	Genetix	X7022UN	To prepare the antigens.
Plate cover	Sigma Aldrich, UK	CLS6570-100EA	To reduce evaporation of the samples.
Aminosilane slides	Schott,  Germany	1064875	The slide of choice for printing the antigens.
Slide holders	GraceBio Labs, USA	204862	Divide the slides into identical 16 subarrays. These holders are re-usable, removable, leak-proof wells .
Candida albicans lysate	NIBSC	PR-BA117-S	Positive control
Tetanus Toxoid	Athens Research and Technology	04/150	Positive control
Immunoglobulin G (IgG), Normal Human Plasma	Athens research and  technology	16-16-090707	Purified Native Human Immunoglobulin G IgG, Human Plasma.
Immunoglobulin G1 (IgG1), Normal Human Plasma	Athens research and  technology	16-16-090707-1	Purified Native Human Immunoglobulin G1 IgG1, Human Plasma.
Immunoglobulin G2 (IgG2), Normal Human Plasma	Athens research and  technology	16-16-090707-2	Purified Native Human Immunoglobulin G2 IgG2, Human Plasma.
Immunoglobulin G3 (IgG3), Normal Human Plasma	Athens research and  technology	16-16-090707-3	Purified Native Human Immunoglobulin G3 IgG3, Human Plasma.
Immunoglobulin G4 (IgG4), Normal Human Plasma	Athens research and  technology	16-16-090707-4	Purified Native Human Immunoglobulin G4 IgG4, Human Plasma.
Immunoglobulin A (IgA), Human Plasma	Athens research and  technology	16-16-090701	Purified Native Human Immunoglobulin A (IgA), Human Plasma.
Immunoglobulin A1 (IgA1), Human Myeloma Plasma	Athens research and  technology	16-16-090701-1M	Purified Native Human Immunoglobulin A1 (IgA1), Human Plasma.
Immunoglobulin A2 (IgA2), Human Myeloma Plasma	Athens research and  technology	16-16-090701-2M	Purified Native Human Immunoglobulin A2 (IgA2), Human Plasma.
Immunoglobulin M (IgM), Human Plasma	Athens research and  technology	16-16-090713	Purified Native Human Immunoglobulin M (IgM), Human Plasma.
Biotinylated Goat Anti-Human IgG Antibody, gamma chain specific	Vector Labs	BA-3080	Goat anti- human IgG (γ-chain specific)-biotin antibody reacts specifically with human IgG but not with other immunoglobulins.
Mouse Anti-Human IgG1 Hinge-BIOT	Southern Biotec	9052-08	Goat anti- human IgG1 biotin antibody reacts specifically with human IgG1 but not with other immunoglobulins.
Mouse Anti-Human IgG2 Fc-BIOT	Southern Biotec	9060-08	Goat anti- human IgG2 -biotin antibody reacts specifically with human IgG 2but not with other immunoglobulins.
Mouse Anti-Human IgG3 Hinge-BIOT	Southern Biotec	9210-08	Goat anti- human IgG3-biotin antibody reacts specifically with human IgG3 but not with other immunoglobulins.
Mouse Anti-Human IgG4 pFc'-BIOT	Southern Biotec	9190-08	Goat anti- human IgG-biotin antibody reacts specifically with human IgG but not with other immunoglobulins.
Anti-Human IgA, alpha chain specific, made in goat – Biotinylated	Vector Labs	BA-3030	Goat anti- human IgG -biotin antibody reacts specifically with human IgG but not with other immunoglobulins.
Mouse Anti-Human IgA1-BIOT	Southern Biotec	9130-08	Goat anti- human IgG -biotin antibody reacts specifically with human IgG but not with other immunoglobulins.
Mouse Anti-Human IgA2-BIOT	Southern Biotec	9140-08	Goat anti- human IgG -biotin antibody reacts specifically with human IgG but not with other immunoglobulins.
Mouse Anti-Human IgM-BIOT	Southern Biotec	9020-08	Goat anti- human IgG-biotin antibody reacts specifically with human IgG but not with other immunoglobulins.
0.2 mm syringe filter	Thermo scientific	723-2520	Filter the 5% BSA.
Bovine Serum Albumin (BSA)	Sigma Aldrich, UK	A7284	Use 5% BSA for blocking the slides.
Antibody diluent	Dako, UK	S3022	To dilute the serum and the secondary antibody.
Streptavidin Cy5	eBioscience	SA1011	Detection of the immune reaction.
Purified whole C. difficile toxins A and B (toxinotype 0, strain VPI 10463, ribotype 087)	Toxins Group, Public Health England	NA
Purified whole C. difficile toxin B (CCUG 20309 toxin B only expressing strain)	Toxins Group, Public Health England	NA
Precursor form of B fragment of binary toxin, pCDTb	University of Bath	NA	Produced in E. Coli from wholly synthetic recombinant gene construct. Amino acid sequence based on published sequence from 027 ribotype (http:www.uniprot.org/uniprot/A8DS70)
Purified native whole ribotype-specific (001, 002, 027) surface layer proteins	Dublin City University	NA
Vigam (IVIg preparation 1)	Nottingham University Hospitals NHS Trust	N/A
Privigen (IVIg preparation 2)	Nottingham University Hospitals NHS Trust	N/A
Intratect (IVIg preparation 3)	Nottingham University Hospitals NHS Trust	N/A