Summary

Påvisning og kvantifisering av kalsitoningenrelatert peptid (CGRP) i humant plasma ved bruk av en modifisert enzymbundet immunosorbentanalyse

Published: June 16, 2023
doi:

Summary

Publiserte data vedrørende kalsitoningenrelaterte peptidkonsentrasjoner (CGRP) i humant plasma er inkonsistente. Disse inkonsekvensene kan skyldes mangelen på en standardisert, validert metodikk for å kvantifisere dette nevropeptidet. Her beskriver vi en validert ELISA-protokoll (enzyme-linked immunosorbent assay) for å rense og kvantifisere CGRP i humant plasma.

Abstract

Kalsitonin-genrelatert peptid (CGRP) er et vasoaktivt nevropeptid som spiller en antatt rolle i patofysiologien ved migrene og kan være en kandidat for biomarkørstatus. CGRP frigjøres fra nevronfibre ved aktivering og induserer steril nevrogen inflammasjon og arteriell vasodilatasjon i vaskulaturen som mottar trigeminal efferent innervering. Tilstedeværelsen av CGRP i perifer vaskulatur har ansporet undersøkelser for å oppdage og kvantifisere dette nevropeptidet i humant plasma ved bruk av proteomiske analyser, slik som enzymbundet immunosorbentanalyse (ELISA). Halveringstiden på 6,9 minutter og variasjonen i tekniske detaljer i analyseprotokoller, som ofte ikke er fullstendig beskrevet, har imidlertid gitt inkonsistente CGRP ELISA-data i litteraturen. Her presenteres en modifisert ELISA-protokoll for rensing og kvantifisering av CGRP i humant plasma. De prosessuelle trinnene involverer prøveinnsamling og preparering, ekstraksjon ved bruk av en polar sorbent som et middel til rensing, ytterligere trinn for å blokkere ikke-spesifikk binding og kvantifisering via ELISA. Videre har protokollen blitt validert med pigg og gjenvinning og linearitet av fortynningseksperimenter. Denne validerte protokollen kan teoretisk brukes til å kvantifisere CGRP-konsentrasjoner i plasma hos individer, ikke bare med migrene, men også med andre sykdommer der CGRP kan spille en rolle.

Introduction

Kalsitonin-genrelatert peptid (CGRP) er et 37-aminosyre nevropeptid som er tilstede i nevronfibre med perivaskulær lokalisering samt ikke-nevronvev. De to formene for CGRP, α- og β-CGRP, deler mer enn 90 % homologi og deler fysiologiske funksjoner; αCGRP finnes imidlertid i det sentrale og perifere nervesystemet, mens βCGRP finnes i det enteriske nervesystemet 1,2. Ved nociceptoraktivering og kalsiumavhengig eksocytose frigjøres CGRP fra nevroner, og induserer steril nevrogen inflammasjon som involverer arteriell vasodilatasjon og ekstravasasjonav plasmaprotein 3,4,5,6,7. Herfra opptrer CGRP i postkapillærkarene og kan være en biomarkør for sykdommer som gir afferente nociseptiv aktivering, som migrene 8,9,10,11. Det er verdt å merke seg at CGRP også har vært involvert i COVID-19 gjennom sin rolle i angiogenese og immunmodulering, og kan forutsi ugunstig sykdomsutvikling12,13. Dermed kan en protokoll for nøyaktig kvantifisering av CGRP i humant plasma ha en bred verdi.

Mest oppmerksomhet har man kanskje fått om CGRPs rolle ved migrene. Basert på prekliniske og kliniske studier har CGRP blitt presentert som en mulig biomarkør for migrene og som et mål for behandling 3,4,5,6,7,8,9,10. Noen studier har funnet en økning av CGRP i kohorter med episodisk migrene i forhold til kontrolldeltakere10,14,15. Suksessen til CGRP-hemmere i kliniske studier for migrenehodepinebehandling ser ut til å implisere forhøyet CGRP som årsaksfaktor for migrenehodepine. Imidlertid har ikke alle etterforskere bekreftet disse resultatene16,17,18,19. Videre er CGRPs rolle ved ikke-hodepinesymptomer ved migrene ennå ikke klarlagt; det nåværende arbeidet var motivert av et ønske om å forstå CGRPs rolle i vestibulære symptomer på migrene.

Inkonsistente CGRP-immunoassay-data i litteraturen kan skyldes flere årsaker. For det første er halveringstiden for CGRP i perifer vaskulatur 6,9 min 20, på grunn av aktiviteten til serinproteaser 21, insulinnedbrytende enzymer og andre metalloproteaser 22, nøytrale endopeptidaser 23 og endotelinkonverterende enzym-1 24. For det andre er de variable tekniske detaljene for immunoassays som brukes til å kvantifisere CGRP ikke fullstendig beskrevet i slike studier. Endelig kompliserer mangelen på standardisering av immunoassay-metoden bildet enda mer.

Denne artikkelen beskriver en modifisert enzymbundet immunosorbentanalyse (ELISA)-protokoll som muliggjør rensing og nøyaktig kvantifisering av α- og βCGRP i humant plasma. Settets antistoffer er ikke kryssreaktive med amylin, kalsitonin eller substans P. Denne protokollen har gjennomgått de nødvendige valideringseksperimentene, for eksempel spike og utvinning og linearitet av fortynning, dataene som presenteres her. En slik CGRP ELISA-protokoll som har gjennomgått validering er ikke tidligere fullstendig beskrevet i litteraturen. Denne protokollen kan brukes til å kvantifisere CGRP i humant plasma i sammenheng med migrene samt kardiologiske2,25, dermatologiske 26, obstetriske 27, revmatologiske28,29, muskel– og skjelettlidelser 30,31, endokrine 32,33 og virussykdommer 12,13 der CGRP har vært involvert.

Protocol

Denne protokollen ble utviklet ved hjelp av humane plasmaprøver fra samtykkede personer med godkjenning fra Johns Hopkins Institutional Review Board (NA_00092491). 1. Prøveinnsamling og forberedelse Samle 5 ml fullblod fra den antecubitale venen via standard venepunksjonsmetoder34 i et 6 ml vacutainer etylendiamintetraeddiksyre (EDTA) oppsamlingsrør. Tilsett 0,5 ml aprotinin (10 000 KIU / ml) kompetitiv serinproteasehemme…

Representative Results

Det er flere viktige trinn i protokollen som bør fremheves. For det første må aprotinin, en serinproteasehemmer, tilsettes i fullblodprøver umiddelbart etter innsamling for å forhindre ytterligere enzymatisk nedbrytning av CGRP. Serinproteaser har vist seg å spille en rolle i CGRP-metabolismen, og en tidligere studie har også brukt aprotinin i kvantifisering av CGRP hos mennesker21,35. Hvis proteasehemmere ikke brukes, og prøvepreparering tar lengre tid e…

Discussion

Denne artikkelen beskriver en validert protokoll som muliggjør påvisning og kvantifisering av CGRP i humant plasma. Denne protokollen ble syntetisert etter at kommersielle CGRP ELISA-sett ble funnet å ikke kvantifisere dette molekylet nøyaktig. Etter å ha etablert en prøveprepareringsprotokoll og en gyldig standardkurve, viste pigg, gjenvinning og linearitet av fortynningseksperimenter at prosentandelen av utvinninger var mye lavere enn forventet. Lignende resultater ble funnet ved bruk av et annet kommersielt CGRP…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi vil gjerne takke Robert N. Cole, Lauren R. DeVine og Marcos Iglesias for deres nyttige diskusjoner angående denne protokollen. Dette ble støttet delvis av 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 av National Institutes of Health (NIH), og NIH Roadmap for Medical Research (UL1 TR003098, NSF). Publikasjonens innhold er utelukkende forfatternes ansvar og representerer ikke nødvendigvis det offisielle synet til Johns Hopkins ICTR, NCATS 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