Summary

Nachweis und Quantifizierung von Calcitonin Gene-Related Peptide (CGRP) in humanem Plasma mit Hilfe eines modifizierten Enzyme-linked Immunosorbent Assays

Published: June 16, 2023
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Summary

Publizierte Daten zu Calcitonin-Gen-Related Peptide (CGRP)-Konzentrationen im menschlichen Plasma sind widersprüchlich. Diese Inkonsistenzen könnten auf das Fehlen einer standardisierten, validierten Methodik zur Quantifizierung dieses Neuropeptids zurückzuführen sein. In dieser Arbeit beschreiben wir ein validiertes ELISA-Protokoll (Enzyme-linked Immunosorbent Assay) zur Aufreinigung und Quantifizierung von CGRP in humanem Plasma.

Abstract

Calcitonin Gene-Related Peptide (CGRP) ist ein vasoaktives Neuropeptid, das vermutlich eine Rolle in der Pathophysiologie von Migränekopfschmerzen spielt und ein Kandidat für den Biomarkerstatus sein könnte. CGRP wird bei der Aktivierung aus neuronalen Fasern freigesetzt und induziert eine sterile neurogene Entzündung und arterielle Vasodilatation im Gefäßsystem, das eine trigeminale efferente Innervation erhält. Das Vorhandensein von CGRP im peripheren Gefäßsystem hat Untersuchungen zum Nachweis und zur Quantifizierung dieses Neuropeptids im menschlichen Plasma mit Hilfe von Proteom-Assays, wie dem Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA), angeregt. Die Halbwertszeit von 6,9 min und die Variabilität in den technischen Details der Assay-Protokolle, die oft nicht vollständig beschrieben sind, haben jedoch zu inkonsistenten CGRP-ELISA-Daten in der Literatur geführt. In dieser Arbeit wird ein modifiziertes ELISA-Protokoll zur Aufreinigung und Quantifizierung von CGRP in humanem Plasma vorgestellt. Die Verfahrensschritte umfassen die Probenentnahme und -vorbereitung, die Extraktion mit einem polaren Sorptionsmittel als Reinigungsmittel, zusätzliche Schritte zur Blockierung unspezifischer Bindungen und die Quantifizierung mittels ELISA. Darüber hinaus wurde das Protokoll mit Spike- und Recovery- und Linearitätsexperimenten validiert. Dieses validierte Protokoll kann theoretisch verwendet werden, um CGRP-Konzentrationen im Plasma von Personen mit Migräne, aber auch mit anderen Erkrankungen, bei denen CGRP eine Rolle spielen könnte, zu quantifizieren.

Introduction

Das Calcitonin-Gen-Related Peptide (CGRP) ist ein Neuropeptid mit 37 Aminosäuren, das sowohl in neuronalen Fasern mit perivaskulärer Lokalisation als auch in nicht-neuronalen Geweben vorkommt. Die beiden Formen von CGRP, α- und β-CGRP, haben eine Homologie von mehr als 90 % und gemeinsame physiologische Funktionen. αCGRP kommt jedoch im zentralen und peripheren Nervensystem vor, während βCGRP im enterischen Nervensystem vorkommt 1,2. Bei Nozizeptoraktivierung und kalziumabhängiger Exozytose wird CGRP aus Neuronen freigesetzt, was zu einer sterilen neurogenen Entzündung mit arterieller Vasodilatation und Plasmaproteinextravasation führt 3,4,5,6,7. Von hier aus erscheint CGRP in den postkapillaren Gefäßen und kann ein Biomarker für Krankheiten sein, die eine afferente nozizeptive Aktivierung verursachen, wie z. B. Migräne 8,9,10,11. Bemerkenswert ist, dass CGRP aufgrund seiner Rolle bei der Angiogenese und Immunmodulation auch mit COVID-19 in Verbindung gebracht wird und eine ungünstige Krankheitsentwicklung vorhersagen kann12,13. Daher könnte ein Protokoll zur genauen Quantifizierung von CGRP in menschlichem Plasma einen breiten Wert haben.

Die meiste Aufmerksamkeit wurde vielleicht der Rolle von CGRP bei Migräne geschenkt. Basierend auf präklinischen und klinischen Studien wurde CGRP als möglicher Biomarker für Migräne und als Ziel für die Behandlung vorgeschlagen 3,4,5,6,7,8,9,10. Einige Studien haben eine Erhöhung des CGRP in Kohorten mit episodischer Migräne im Vergleich zu Kontrollteilnehmern festgestellt10,14,15. Der Erfolg von CGRP-Inhibitoren in klinischen Studien zur Behandlung von Migränekopfschmerzen scheint darauf hinzudeuten, dass ein erhöhter CGRP ein ursächlicher Faktor für Migränekopfschmerzen ist. Allerdings haben nicht alle Forscher diese Ergebnisse bestätigt16,17,18,19. Darüber hinaus muss die Rolle von CGRP bei den nicht-kopfschmerzbedingten Symptomen der Migräne noch geklärt werden. Die aktuelle Arbeit wurde durch den Wunsch motiviert, die Rolle von CGRP bei vestibulären Symptomen der Migräne zu verstehen.

Widersprüchliche CGRP-Immunoassay-Daten in der Literatur können mehrere Gründe haben. Erstens beträgt die Halbwertszeit von CGRP in den peripheren Gefäßen 6,9 min 20, was auf die Aktivität der Serinproteasen 21, der insulinabbauenden Enzyme und anderer Metalloproteasen 22, der neutralen Endopeptidasen 23 und des Endothelin-konvertierenden Enzyms-1 24 zurückzuführen ist. Zweitens werden die unterschiedlichen technischen Details der Immunoassays, die zur Quantifizierung von CGRP verwendet werden, in solchen Studien nicht vollständig beschrieben. Schließlich macht die mangelnde Standardisierung der Immunoassay-Methodik das Bild noch komplizierter.

Dieser Artikel beschreibt ein modifiziertes ELISA-Protokoll (Enzyme-linked Immunosorbent Assay), das die Aufreinigung und genaue Quantifizierung von α- und βCGRP in humanem Plasma ermöglicht. Die Antikörper des Kits sind nicht kreuzreaktiv mit Amylin, Calcitonin oder Substanz P. Dieses Protokoll wurde den notwendigen Validierungsexperimenten unterzogen, wie z. B. Spike und Recovery und Linearität der Verdünnung, deren Daten hier vorgestellt werden. Ein solches CGRP-ELISA-Protokoll, das einer Validierung unterzogen wurde, ist in der Literatur bisher nicht vollständig beschrieben worden. Dieses Protokoll kann zur Quantifizierung von CGRP im menschlichen Plasma im Zusammenhang mit Migräne sowie kardiologisch 2,25, dermatologisch 26, geburtshilflich 27, rheumatologisch28,29, muskuloskelettal 30,31, endokrin 32,33 und Viruserkrankungen 12,13 verwendet werden, an denen CGRP beteiligt ist.

Protocol

Dieses Protokoll wurde unter Verwendung menschlicher Plasmaproben von Personen entwickelt, die mit Genehmigung des Johns Hopkins Institutional Review Board (NA_00092491) ausgewählt wurden. 1. Probenentnahme und -vorbereitung Sammeln Sie 5 ml Vollblut aus der Vena antecubitalis über Standard-Venenpunktionsmethoden34 in ein 6-ml-Vacutainer-Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA)-Sammelröhrchen. Nach der Entnahme werden 0,5 ml …

Representative Results

Es gibt mehrere wichtige Schritte im Protokoll, die hervorgehoben werden sollten. Erstens muss Aprotinin, ein Serinproteasehemmer, den Vollblutproben sofort nach der Entnahme zugesetzt werden, um einen weiteren enzymatischen Abbau von CGRP zu verhindern. Es wurde gezeigt, dass Serinproteasen eine Rolle im CGRP-Stoffwechsel spielen, und in einer früheren Studie wurde auch Aprotinin zur Quantifizierung von CGRP beim Menschen verwendet21,35. Wenn keine Proteasehemm…

Discussion

Dieser Artikel beschreibt ein validiertes Protokoll, das den Nachweis und die Quantifizierung von CGRP in humanem Plasma ermöglicht. Dieses Protokoll wurde synthetisiert, nachdem sich herausgestellt hatte, dass kommerzielle CGRP-ELISA-Kits dieses Molekül nicht genau quantifizieren konnten. Nach der Erstellung eines Probenvorbereitungsprotokolls und einer gültigen Standardkurve zeigten die Experimente zur Spitzen- und Ausbeute sowie zur Linearität der Verdünnung, dass der Prozentsatz der Gewinnungsraten viel geringer…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Wir bedanken uns bei Robert N. Cole, Lauren R. DeVine und Marcos Iglesias für ihre hilfreichen Diskussionen zu diesem Protokoll. Dies wurde zum Teil durch Mittel der American Otological Society (Fellowship Grant, PSK), der American Hearing Research Foundation (90066548/90072266, JPC) und des National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS), einer Komponente der National Institutes of Health (NIH), und der NIH Roadmap for Medical Research (UL1 TR003098, NSF) unterstützt. Der Inhalt der Veröffentlichung liegt in der alleinigen Verantwortung der Autoren und stellt nicht unbedingt die offizielle Meinung des Johns Hopkins ICTR, NCATS oder NIH dar.

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

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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).

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