Ein miniaturisiertes Glycan Microarray-Test zur Beurteilung der Avidität und Spezifität von Influenza-A-Virus Hämagglutininarten
Summary
Using a printed glycan microarray strategy, a conventional 96-well plate assay was miniaturized for analysis of influenza A virus hemagglutinin avidity and specificity for sialic acid containing receptors.
Abstract
Influenza A-Virus (IAV) Hämagglutinine erkennen Sialinsäuren auf der Zelloberfläche als funktionelle Rezeptoren Eintritt in die Zellen zu gewinnen. Wilde Wasservögel sind das natürliche Reservoir für IAV, aber IAV können die Speziesbarriere zu Geflügel, Schweinen, Pferden und Menschen überqueren. Avian Viren erkennen zu einem vorletzten Galactose durch eine α2-3 Verknüpfung (aviäre-Typ-Rezeptoren) angebracht Sialinsäure während menschlichen Viren bevorzugt Sialinsäure mit einer α2-6 Verknüpfung (Mensch-Typ-Rezeptoren) erkennen. Zur Überwachung, ob Vogelviren für die menschliche Art der Anpassung sind Rezeptoren, können verschiedene Methoden verwendet werden. Glycan-Mikroarrays mit diversen Bibliotheken synthetischer Sialosiden werden zunehmend eingesetzt Rezeptorspezifität zu bewerten. Jedoch ist diese Technik zum Messen avidities nicht verwendet. Messung der Avidität wird durch Auswertung der Bindung von seriell verdünnt Hämagglutinin oder Virus Glykane adsorbiert zu herkömmlichen Polypropylen 96-Well-Platten typischerweise erreicht. In diesem Assay Glykane mit α2-3 oder α2-6 sind Sialinsäuren an Streptavidin Platten an Biotin und adsorbierte gekoppelt sind oder gekoppelt Polyacrylamid (PAA), die direkt an die Kunststoff adsorbieren. Wir haben diesen Test deutlich miniaturisiert durch direktes Drucken von PAA-linked Sialosiden und ihre nicht PAA gebundenen Pendants auf Mikro gut Objektträger aus Glas. Dieses Set-up, mit 48-Arrays auf einer einzelnen Folie, ermöglicht die gleichzeitige Assays von 6 Glycan Proteine bei 8 Verdünnungen, abfrage 6 verschiedene Glykane, darunter zwei nicht sialylierten Kontrollen verbindlich. Dies ist äquivalent zu 18-fach 96-Well-Platten in der herkömmlichen Platten-Assay. Das Glycan Array-Format zur Verringerung der Kosten Verbindungen und biologische Präparate und steigert somit die Effizienz deutlich.
Introduction
Wilde Wasservögel sind das natürliche Reservoir für IAV, aber IAV ist in der Lage die Artengrenze zu Geflügel und Säugetieren, zu überqueren, einschließlich Menschen. Avian iAVS erkennen α2-3 verknüpften Sialinsäuren (aviäre-Typ-Rezeptoren), während menschliche Viren α2-6 verknüpften Sialinsäuren (human-Typ-Rezeptoren) binden. In der Lage sein, effizient zu replizieren , und zwischen Menschen ein avian IAV zu binden muss human-Typ – Rezeptoren 1 übertragen.
IAVS basieren auf Serologie unterteilt, die die Antigenität ihrer Hämagglutinin (HA) und Neuraminidase (NA) Hüllglycoproteine charakterisiert. HA bindet an Sialinsäuren, während NA der Rezeptor zerstörende Enzym am anderen Ende des viralen Lebenszyklus und spaltet Sialinsäure 2 ist. Alle menschlichen infizierenden Viren, einschließlich H1N1, H2N2 und H3N2, haben einen aviären Ursprungs 3. In den letzten zwei Jahrzehnten mehrere avian für die menschliche Crossovers aufgetreten sind, mit H5N1, H7N7 und H7N9 die bekanntesten sind; however, haben andere Subtypen Menschen mehr sporadisch infiziert (H6N1, H7N1, H7N2, H9N2, H10N7, H10N8) 4. Glücklicherweise scheint es , dass keine dieser Viren vollständig konnten bis zu α2-6-verknüpfte Sialinsäure – Rezeptoren 5-8 human-Typ anzupassen. Die Anpassung von Vogel- oder anderen zoonotischen Viren-Replikation und Übertragung in menschlichen Wirten aufnehmen eine verheerende Wirkung auf die menschliche Gesundheit haben könnten. Daher sollten Sie vor Wissen, wie diese Viren Mensch-Typ-Rezeptoren zu binden, werden weiterentwickelt werden weltweite Überwachung von Schwellen Influenza-Viren helfen.
Bestimmung der Rezeptor bevorzugt wurde aufgeklärt erste Erythrozyten verschiedener Arten verwendet und bleibt ein beliebtes Test unter Grippe Forscher 12.09. Die Demonstration, die Vogelviren α2-3 Sialinsäure und menschlichen Viren erkennen α2-6 Sialinsäure verknüpft wurde auf einem Test basierte ursprünglich enzymatisch konstruiert unter Verwendung von Hämagglutination von Erythrozyten jeder der li enthaltennkages 13,14. Obwohl die Auslese Hämagglutination, ein Standardtest für virologists ist, werden die zugrundeliegenden Glykanstrukturen nicht definiert, sondern nur die terminaler Verknüpfung. Zusätzlich kann die beschränkte Verfügbarkeit der Sialyltransferasen, verwendet , um die Zellen erneut sialylieren, haben die Verwendung dieses Assays 15-18 begrenzt. Anschließend andere Verfahren zur Bestimmung der Rezeptorbindungspräferenzen wurden unter Verwendung von sialylierten Glycanstrukturen auf poly-acrylamid (PAA) oder Poly-Glutamat (PGA) Strukturen in plattenbasierten Assays 19,20 verknüpft eingeführt. Verschiedene Varianten sind möglich , entweder die Glykane oder Viren auf Mikrotiterplatten in der Beschichtung, von denen jede ergibt eine robuste, zuverlässige und sehr empfindlichen ELISA-Typ – Assay 21-23. Alternativ können Biotin-gebundene Glykane können PAA / PGA ersetzen und kann auf 2,24 Streptavidin-beschichteten Platten konjugiert werden. Obwohl einige spezifische Seren erforderlich sein können, ELISAs sind Standard und mehrere an PAA verknüpften Glykanen leicht sind commercially und nicht im Handel erhältlich (Konsortium für Funktionelle Glycomics (http://www.functionalglycomics.org)).
Glycan Microarray – Technologien haben als ein unschätzbares Werkzeug entstanden Rezeptorspezifität zu bestimmen, wie mehrere verschiedene Glykane gesichtet werden, und auf eine breite Palette von unterschiedlichen Strukturen Bindung kann 25-29 in einem einzigen Assay beurteilt werden. Die Bindung von IAV auf diese Strukturen ein besseres Verständnis der Glycan – Strukturen , die IAV bevorzugt 30-33 erkennt. Glycan-Mikroarrays erfordern geringe Mengen an Probenvolumen einen Bindungstest durchzuführen und verwendet nur winzige Mengen von Glycan pro Spot (2 nl). Allerdings sind in der Regel diese Arrays nur zu bewerten Spezifität von Glykane Rezeptoren verwendet. Analyse mehrerer Viren oder Hämagglutinin-Proteine, an mehreren Konzentrationsbereiche können aufgrund der Anzahl der Folien erforderlich prohibitiv sein. Darüber hinaus bis heute wurde keine relative Avidität Test unter Verwendung von Glycan ar entwickeltray-Techniken.
Um den geringen Probenbedarf von Glycan-Mikroarray-Techniken und der Empfindlichkeit der PAA-Glycane in ELISA-basierten Assays lieferte kombinieren, haben wir versucht, eine Multi-Well-Glycan Array zu entwickeln, die für die Hochdurchsatzanalyse mit ähnlichen oder besseren Auflösung erlauben würde, im Vergleich zum herkömmlichen ELISA-basierenden Assay. Gleichzeitig wollten wir verbraucht, um die Menge von Biologika und Reporter Chemikalien zu minimieren. Das endgültige Ergebnis ist ein miniaturisiertes Avidität Assay, speziell entwickelt für die Überwachung der IAV Spezifität und ist gleichermaßen anwendbar andere Glykan Bindungsproteine zu beurteilen. Mit einem Glasobjektträger getrennt in 48 Mikrovertiefungen durch eine Teflon-Maske, 6 verschiedene Glykane in 6 Wiederholungen gesichtet pro Vertiefung. Die Microarray-Plattform bietet die gleichen Trends in der Rezeptor im Makro-ELISA-Format mit mehreren Vorteilen gesehen Bindung. Dazu gehören (I) Druck der Verbindung in 6 Wiederholungen, minimale Probe mit, im Vergleich zu der Beschichtung von mehreren Reihen ina Platte, unter Verwendung von 100 & mgr; l pro Vertiefung; (II) mehrere verschiedene Verbindungen analysiert gleichzeitig in einem einzigen gut, einschließlich der Kontrollen; (III) eine massive Verminderung der Inkubationsvolumen und; (IV) ein größerer Dynamikbereich ein Fluoreszenzsignal verwendet wird. Eine einzelne Folie kann berechnet werden zu 18-fach 96-Well-Platten äquivalent.
Mit dem folgenden Protokoll, jedes Labor der Lage, die Herstellung und Analyse von spotted Microarrays Lage sein sollten, diese miniaturisierten ELISA-Format herzustellen.
Protocol
Representative Results
Discussion
IAV Rezeptorspezifität Die Beurteilung ist ein wichtiger Schritt in Pandemie-Potenzial von Vogelviren zu analysieren. Sialinsäure-Erkennung durch das Virus auf mehrere biologische Eigenschaften verbunden, wie beispielsweise die Bindung an und die Freisetzung aus der Zelle. Deren Kenntnis Aminosäure Mutationen sind notwendig für die Vogelviren zu erreichen α2-6 Bindung und überqueren die Speziesbarriere Pandemievorsorge ermöglicht. Verschiedene Assays werden verwendet Rezeptorspezifität zu bestimmen; aber alle ha…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde teilweise durch die Scripps Microarray-Core Facility, und einen Vertrag von den Centers for Disease Control (JCP) unterstützt. RPdV ist ein Empfänger eines Rubicon und VENI Zuschuss von der niederländischen Organisation für wissenschaftliche Forschung (NWO). Das Konsortium für Funktionelle Glycomics (http://www.functionalglycomics.org/) finanziert von NIGMS Zuschuss GM62116 (JCP), die mehrere Glykane in dieser Studie verwendet. Dies ist die Veröffentlichung 29113 von The Scripps Research Institute.
Materials
| NEXTERION® Slide H MPX-48 | Schott | 1091525 | Microwell slides |
| ProScanArray Plus | PerkinElmer | discontinued | confocal microarray scanner |
| Innoscan 1100AL Scanner/Mapix Software | Innopsys | – | confocal microarray scanner |
| MicroGrid II | Digilab | – | microaray printer |
| SNA | Vector Labs | B-1305 | Plant Lectin |
| ECA | Vector Labs | B-1145 | Plant Lectin |
| Anti-Strep Antibody | IBA | 2-1509-001 | Anitbody for HA binding |
| Anti-Mouse Alexa-647 | Life | A-21235 | Anitbody for HA binding |
| Tween-20 | Sigma | P2287 | detergent |
| di-basic Sodium Phosphate | Sigma | 255793 | printing buffer component |
| mono-basic Sodium phosphate | Sigma | 229903 | printing buffer component |
| poly-l-lysine solution | Sigma | P8920 | pre-spotting slide component |
| sodium hydroxide | Sigma | 221465 | pre-spotting slide component |
| ethanol | Sigma | 493546 | pre-spotting slide component |
| phosphate buffered saline | Corning | 46-013-CM | incubation/washing buffer |
| SMP4B pins | Telechem | SMP4B | printing pin |
| Compressed Nitrogen (Grade5) | Praxair | UN1066 | general dusting/drying tool |
| Boric Acid | Sigma | B6768-500G | Slide blocking reagent |
| ethanolamine | Sigma | E9508-500ML | Slide blocking reagent |
| Atto 488 | AttoTec | AD 488-91 | Gridmarker on array |
| PAA-LNLN | Consortium for Functional Glycomics | PA368 | Spotted glycans |
| PAA-3SLNLN | Consortium for Functional Glycomics | PA362 | Spotted glycans |
| PAA-6SLNLN | Consortium for Functional Glycomics | PA343 | Spotted glycans |
| LNLN | Consortium for Functional Glycomics | Te98 | Spotted glycans |
| 3SLNLN | Consortium for Functional Glycomics | Te175 | Spotted glycans |
| 6SLNLN | Consortium for Functional Glycomics | Te176 | Spotted glycans |
| 384-well microtiter plate | Matrix TechCorp | 4361 | Printing plate |
| VWR lab marker | VWR | 52877-150 | Slide Numbering |
| Wheaton slide staining dish | Sigma | Z103969-1EA | Blocking and Drying |
References
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