Summary

Påvisning og kvantificering af calcitonin genrelateret peptid (CGRP) i humant plasma under anvendelse af et modificeret enzymbundet immunosorbentassay

Published: June 16, 2023
doi:

Summary

Offentliggjorte data vedrørende calcitonin gen-relaterede peptid (CGRP) koncentrationer i humant plasma er inkonsekvente. Disse uoverensstemmelser kan skyldes manglen på en standardiseret, valideret metode til kvantificering af dette neuropeptid. Her beskriver vi en valideret enzymbundet immunosorbentassay (ELISA) protokol til oprensning og kvantificering af CGRP i humant plasma.

Abstract

Calcitonin genrelateret peptid (CGRP) er et vasoaktivt neuropeptid, der spiller en formodet rolle i patofysiologien af migrænehovedpine og kan være en kandidat til biomarkørstatus. CGRP frigives fra neuronale fibre ved aktivering og inducerer steril neurogen inflammation og arteriel vasodilatation i vaskulaturen, der modtager trigeminal efferent innervering. Tilstedeværelsen af CGRP i den perifere vaskulatur har ansporet undersøgelser til at detektere og kvantificere dette neuropeptid i humant plasma ved hjælp af proteomiske assays, såsom enzymbundet immunosorbentassay (ELISA). Imidlertid har dens halveringstid på 6,9 min og variabiliteten i tekniske detaljer i analyseprotokoller, som ofte ikke er fuldt beskrevet, givet inkonsekvente CGRP ELISA-data i litteraturen. Her præsenteres en modificeret ELISA-protokol til oprensning og kvantificering af CGRP i humant plasma. De proceduremæssige trin omfatter prøveindsamling og -forberedelse, ekstraktion ved hjælp af en polær sorbent som rensningsmiddel, yderligere trin til blokering af ikke-specifik binding og kvantificering via ELISA. Endvidere er protokollen blevet valideret med spike og genopretning og linearitet af fortyndingseksperimenter. Denne validerede protokol kan teoretisk bruges til at kvantificere CGRP-koncentrationer i plasma hos individer, ikke kun med migræne, men også med andre sygdomme, hvor CGRP kan spille en rolle.

Introduction

Calcitonin genrelateret peptid (CGRP) er et 37-aminosyre neuropeptid, der er til stede i neuronale fibre med perivaskulær lokalisering såvel som ikke-neuronalt væv. De to former for CGRP, α- og β-CGRP, deler mere end 90% homologi og deler fysiologiske funktioner; aCGRP findes dog i det centrale og perifere nervesystem, mens βCGRP findes i det enteriske nervesystem 1,2. Ved nociceptoraktivering og calciumafhængig exocytose frigives CGRP fra neuroner, hvilket inducerer steril neurogen inflammation, der involverer arteriel vasodilatation og plasmaproteinekstravasation 3,4,5,6,7. Herfra vises CGRP i postkapillærkarrene og kan være en biomarkør for sygdomme, der forårsager afferent nociceptiv aktivering, såsom migræne 8,9,10,11. Det skal bemærkes, at CGRP også har været impliceret i COVID-19 gennem sin rolle i angiogenese og immunmodulering og kan forudsige ugunstig sygdomsudvikling12,13. Således kunne en protokol til nøjagtig kvantificering af CGRP i humant plasma have en bred værdi.

Den største opmærksomhed har måske været givet til CGRPs rolle i migræne. Baseret på prækliniske og kliniske studier er CGRP blevet fremsat som en mulig biomarkør for migræne og som et mål for behandling 3,4,5,6,7,8,9,10. Nogle undersøgelser har fundet en forhøjelse af CGRP i kohorter med episodisk migræne i forhold til kontroldeltagere10,14,15. Succesen med CGRP-hæmmere i kliniske forsøg med migrænehovedpine synes at implicere forhøjet CGRP som en årsagsfaktor for migrænehovedpine. Imidlertid har ikke alle efterforskere bekræftet disse resultater16,17,18,19. Desuden er CGRP’s rolle i ikke-hovedpine symptomer på migræne endnu ikke belyst; det nuværende arbejde var motiveret af et ønske om at forstå CGRP’s rolle i vestibulære symptomer på migræne.

Inkonsistente CGRP-immunoassaydata i litteraturen kan skyldes flere årsager. For det første er halveringstiden for CGRP i den perifere vaskulatur 6,9 min 20 på grund af aktiviteten af serinproteaser 21, insulinnedbrydende enzymer og andre metalloproteases 22, neutrale endopeptidaser 23 og endothelinkonverterende enzym-1 24. For det andet er de variable tekniske detaljer i de immunoassays, der anvendes til kvantificering af CGRP, ikke fuldt ud beskrevet i sådanne undersøgelser. Endelig komplicerer manglen på standardisering af immunoassaymetoden billedet endnu mere.

Denne artikel beskriver en modificeret enzymbundet immunosorbentassay (ELISA) protokol, der muliggør oprensning og nøjagtig kvantificering af α- og βCGRP i humant plasma. Sættets antistoffer er ikke krydsreaktive med amylin, calcitonin eller stof P. Denne protokol har gennemgået de nødvendige valideringseksperimenter, såsom spike og genopretning og linearitet af fortynding, hvis data præsenteres her. En sådan CGRP ELISA-protokol, der har gennemgået validering, er ikke tidligere blevet beskrevet fuldt ud i litteraturen. Denne protokol kan bruges til at kvantificere CGRP i humant plasma i forbindelse med migræne samt kardiologisk2,25, dermatologisk 26, obstetrisk 27, reumatologisk28,29, muskuloskeletale 30,31, endokrine 32,33 og virussygdomme 12,13, hvor CGRP har været impliceret.

Protocol

Denne protokol blev udviklet ved hjælp af humane plasmaprøver fra samtykkede personer med godkendelse fra Johns Hopkins Institutional Review Board (NA_00092491). 1. Indsamling og klargøring af prøver Opsaml 5 ml fuldblod fra den antecubitale vene via standard venipunkturmetoder34 i et 6 ml vacutainer ethylendiamintetraeddikesyre (EDTA) opsamlingsrør. Tilsæt 0,5 ml aprotinin (10.000 KIE / ml) kompetitiv serinproteasehæ…

Representative Results

Der er flere vigtige trin i protokollen, der bør fremhæves. For det første skal aprotinin, en serinproteasehæmmer, tilsættes til fuldblodprøver umiddelbart efter indsamling for at forhindre yderligere enzymatisk nedbrydning af CGRP. Serinproteaser har vist sig at spille en rolle i CGRP-metabolisme, og en tidligere undersøgelse har også brugt aprotinin til kvantificering af CGRP hos mennesker21,35. Hvis proteasehæmmere ikke anvendes, og prøveforberedelse…

Discussion

I denne artikel beskrives en valideret protokol, der muliggør påvisning og kvantificering af CGRP i humant plasma. Denne protokol blev syntetiseret, efter at kommercielle CGRP ELISA-sæt viste sig ikke nøjagtigt at kvantificere dette molekyle. Efter etablering af en prøveforberedelsesprotokol og en gyldig standardkurve viste spike og genfinding og linearitet af fortyndingseksperimenter, at procentdelen af genvindinger var meget lavere end forventet. Lignende resultater blev fundet ved hjælp af et andet kommercielt C…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi vil gerne takke Robert N. Cole, Lauren R. DeVine og Marcos Iglesias for deres nyttige diskussioner vedrørende denne protokol. Dette blev delvist støttet af finansiering fra American Otological Society (Fellowship Grant, PSK), American Hearing Research Foundation (90066548/90072266, JPC) og National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS), en del af National Institutes of Health (NIH) og NIH Roadmap for Medical Research (UL1 TR003098, NSF). Publikationens indhold er udelukkende forfatternes ansvar og repræsenterer ikke nødvendigvis den officielle opfattelse af Johns Hopkins ICTR, NCAT eller NIH.

Materials

1.7 mL Safeseal microcentrifuge tube Sorenson Bioscience, Inc. 11510
99% methanol ThermoFisher Scientific L13255.0F
15 mL conical centrifuge tube Falcon 14-959-49B
2 mL round bottom sterile cryovials CRYO.S 122263
4% acetic acid ThermoFisher Scientific 035572.K2
6.0 mL Vacutainer EDTA collection tube BD 367863
Allegra 64R benchtop centrifuge Beckman Coulter, Inc. 367586
Aprotinin VWR 76344-814
CGRP (human) ELISA kit Bertin Bioreagent A05481
CGRP stock Bertin Bioreagent
EIA Buffer Bertin Bioreagent A07000
Ellman's Reagent Bertin Bioreagent A09000_49+1
Multichannel pipettes ThermoFisher Scientific 4661180N
Oasis HLB 3 cc Vac Cartridges Waters WAT094226
Orbital Shaker Bellco 7744-01010
Precision micropipettes ThermoFisher Scientific F144055MG
SpectraMax M Series Multi-Mode Microplate reader Molecular Devices Part Number M2
TBS/Fish Gelatin Bioworld, from Fischer Scientific 50-199-167
Ultrapure water ELISA Grade Bertin Bioreagent A07001
Vacufuge plus – Centrifuge Concentrator Eppendorf 22820109
Wash Buffer Bertin Bioreagent A17000

Referências

  1. Russell, F. A., King, R., Smillie, S. -. J., Kodji, X., Brain, S. D. Calcitonin gene-related peptide: physiology and pathophysiology. Physiological Reviews. 94 (4), 1099-1142 (2014).
  2. Brain, S. D., Grant, A. D. Vascular actions of calcitonin gene-related peptide and adrenomedullin. Physiological Reviews. 84 (3), 903-934 (2004).
  3. Edvinsson, L., Ekman, R., Jansen, I., McCulloch, J., Uddman, R. Calcitonin gene-related peptide and cerebral blood vessels: distribution and vasomotor effects. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 7 (6), 720-728 (1987).
  4. Donnerer, J., Stein, C. Evidence for an increase in the release of CGRP from sensory nerves during inflammation. Annals of the New York Academy of Sciences. 657, 505-506 (1992).
  5. Goadsby, P. J., Edvinsson, L., Ekman, R. Release of vasoactive peptides in the extracerebral circulation of humans and the cat during activation of the trigeminovascular system. Annals of Neurology. 23 (2), 193-196 (1988).
  6. Markowitz, S., Saito, K., Moskowitz, M. A. Neurogenically mediated leakage of plasma protein occurs from blood vessels in dura mater but not brain. The Journal of Neuroscience. 7 (12), 4129-4136 (1987).
  7. Saito, K., Markowitz, S., Moskowitz, M. A. Ergot alkaloids block neurogenic extravasation in dura mater: proposed action in vascular headaches. Annals of Neurology. 24 (6), 732-737 (1988).
  8. Lassen, L. H., et al. CGRP may play a causative role in migraine. Cephalalgia. 22 (1), 54-61 (2002).
  9. Cady, R. K., Vause, C. V., Ho, T. W., Bigal, M. E., Durham, P. L. Elevated saliva calcitonin gene-related peptide levels during acute migraine predict therapeutic response to rizatriptan. Headache. 49 (9), 1258-1266 (2009).
  10. Cernuda-Morollón, E., et al. Interictal increase of CGRP levels in peripheral blood as a biomarker for chronic migraine. Neurology. 81 (14), 1191-1196 (2013).
  11. Messlinger, K. The big CGRP flood-sources, sinks and signalling sites in the trigeminovascular system. The Journal of Headache and Pain. 19, 22 (2018).
  12. Ochoa-Callejero, L., et al. Circulating levels of calcitonin gene-related peptide are lower in COVID-19 patients. Journal of the Endocrine Society. 5 (3), (2021).
  13. Rizzi, M., et al. CGRP plasma levels correlate with the clinical evolution and prognosis of hospitalized acute COVID-19 patients. Viruses. 14 (10), 2123 (2022).
  14. Goadsby, P. J., Edvinsson, L., Ekman, R. Vasoactive peptide release in the extracerebral circulation of humans during migraine headache. Annals of Neurology. 28 (2), 183-187 (1990).
  15. Sarchielli, P., et al. Clinical-biochemical correlates of migraine attacks in rizatriptan responders and non-responders. Cephalalgia. 26 (3), 257-265 (2006).
  16. Greco, R., et al. Plasma levels of CGRP and expression of specific microRNAs in blood cells of episodic and chronic migraine subjects: towards the identification of a panel of peripheral biomarkers of migraine. The Journal of Headache and Pain. 21 (1), 122 (2020).
  17. Tvedskov, J. F., et al. No increase of calcitonin gene-related peptide in jugular blood during migraine. Annals of Neurology. 58 (4), 561-568 (2005).
  18. Pellesi, L., et al. Plasma levels of CGRP during a 2-h infusion of VIP in healthy volunteers and patients with migraine: An exploratory study. Frontiers in Neurology. 13, 871176 (2022).
  19. Kruuse, C., Iversen, H. K., Jansen-Olesen, I., Edvinsson, L., Olesen, J. Calcitonin gene-related peptide (CGRP) levels during glyceryl trinitrate (GTN)-induced headache in healthy volunteers. Cephalalgia. 30 (4), 467-474 (2010).
  20. Kraenzlin, M. E., Ch’ng, J. L., Mulderry, P. K., Ghatei, M. A., Bloom, S. R. Infusion of a novel peptide, calcitonin gene-related peptide (CGRP) in man. Pharmacokinetics and effects on gastric acid secretion and on gastrointestinal hormones. Regulatory Peptides. 10 (2-3), 189-197 (1985).
  21. Brain, S. D., Williams, T. J. Substance P regulates the vasodilator activity of calcitonin gene-related peptide. Nature. 335 (6185), 73-75 (1988).
  22. Kim, Y. -. G., Lone, A. M., Nolte, W. M., Saghatelian, A. Peptidomics approach to elucidate the proteolytic regulation of bioactive peptides. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (22), 8523-8527 (2012).
  23. Katayama, M., et al. Catabolism of calcitonin gene-related peptide and substance P by neutral endopeptidase. Peptides. 12 (3), 563-567 (1991).
  24. Hartopo, A. B., et al. Endothelin-converting enzyme-1 gene ablation attenuates pulmonary fibrosis via CGRP-cAMP/EPAC1 pathway. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. 48 (4), 465-476 (2013).
  25. Mair, J., et al. Plasma CGRP in acute myocardial infarction. Lancet. 335 (8682), 168 (1990).
  26. Antúnez, C., et al. Calcitonin gene-related peptide modulates interleukin-13 in circulating cutaneous lymphocyte-associated antigen-positive T cells in patients with atopic dermatitis. The British Journal of Dermatology. 161 (3), 547-553 (2009).
  27. Gangula, P. R., et al. Pregnancy and steroid hormones enhance the vasodilation responses to CGRP in rats. The American Journal of Physiology. 276 (1), H284-H288 (1999).
  28. Hernanz, A., Medina, S., de Miguel, E., Martín-Mola, E. Effect of calcitonin gene-related peptide, neuropeptide Y, substance P, and vasoactive intestinal peptide on interleukin-1beta, interleukin-6 and tumor necrosis factor-alpha production by peripheral whole blood cells from rheumatoid arthritis and osteoarthritis patients. Regulatory Peptides. 115 (1), 19-24 (2003).
  29. Takeba, Y., Suzuki, N., Kaneko, A., Asai, T., Sakane, T. Evidence for neural regulation of inflammatory synovial cell functions by secreting calcitonin gene-related peptide and vasoactive intestinal peptide in patients with rheumatoid arthritis. Arthritis and Rheumatism. 42 (11), 2418-2429 (1999).
  30. Ahmed, M., Srinivasan, G. R., Theodorsson, E., Schultzberg, M., Kreicbergs, A. Effects of surgical denervation on substance P and calcitonin gene-related peptide in adjuvant arthritis. Peptides. 16 (4), 569-579 (1995).
  31. Neugebauer, V., Rümenapp, P., Schaible, H. G. Calcitonin gene-related peptide is involved in the spinal processing of mechanosensory input from the rat’s knee joint and in the generation and maintenance of hyperexcitability of dorsal horn-neurons during development of acute inflammation. Neurociência. 71 (4), 1095-1109 (1996).
  32. Wang, L. H., et al. Serum levels of calcitonin gene-related peptide and substance P are decreased in patients with diabetes mellitus and coronary artery disease. The Journal of International Medical Research. 40 (1), 134-140 (2012).
  33. Zelissen, P. M., Koppeschaar, H. P., Lips, C. J., Hackeng, W. H. Calcitonin gene-related peptide in human obesity. Peptides. 12 (4), 861-863 (1991).
  34. World Health Organization. WHO Guidelines on Drawing Blood: Best Practices in Phlebotomy. 3, Blood-sampling systems. World Health Organization. , (2010).
  35. Raffaelli, B., et al. Plasma calcitonin gene-related peptide (CGRP) in migraine and endometriosis during the menstrual cycle. Annals of Clinical and Translational Neurology. 8 (6), 1251-1259 (2021).
  36. Andreasson, U., et al. A practical guide to immunoassay method validation. Frontiers in Neurology. 6, 179 (2015).
  37. Messlinger, K., et al. CGRP measurements in human plasma-a methodological study. Cephalalgia: An International Journal of Headache. 41 (13), 1359-1373 (2021).
  38. Sakamoto, S., et al. Enzyme-linked immunosorbent assay for the quantitative/qualitative analysis of plant secondary metabolites. Journal of Natural Medicines. 72 (1), 32-42 (2018).
  39. Lee, J. -. E., Kim, S. Y., Shin, S. -. Y. Effect of repeated freezing and thawing on biomarker stability in plasma and serum samples. Osong Public Health and Research Perspectives. 6 (6), 357-362 (2015).
  40. Fan, P. -. C., Kuo, P. -. H., Lee, M. T., Chang, S. -. H., Chiou, L. -. C. Plasma calcitonin gene-related peptide: A potential biomarker for diagnosis and therapeutic responses in pediatric migraine. Frontiers in Neurology. 10, 10 (2019).
  41. Raffaelli, B., et al. Change of CGRP plasma concentrations in migraine after discontinuation of CGRP-(receptor) monoclonal antibodies. Pharmaceutics. 15 (1), 293 (2023).
check_url/pt/64775?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Krishnan, P. S., Zamuner, F. T., Jenks, C. M., Xie, J. Y., Zhang, L., Lehar, M., Fedarko, N. S., Brait, M., Carey, J. P. Detection and Quantification of Calcitonin Gene-Related Peptide (CGRP) in Human Plasma Using a Modified Enzyme-Linked Immunosorbent Assay. J. Vis. Exp. (196), e64775, doi:10.3791/64775 (2023).

View Video