Summary

Обнаружение и количественное определение пептида, связанного с геном кальцитонина (CGRP), в плазме крови человека с использованием модифицированного иммуноферментного анализа

Published: June 16, 2023
doi:

Summary

Опубликованные данные, относящиеся к концентрациям пептидов, связанных с геном кальцитонина (CGRP), в плазме крови человека, противоречивы. Эти несоответствия могут быть связаны с отсутствием стандартизированной, проверенной методологии для количественной оценки этого нейропептида. Здесь мы описываем утвержденный протокол иммуноферментного анализа (ИФА) для очистки и количественного определения CGRP в плазме человека.

Abstract

Пептид, связанный с геном кальцитонина (CGRP), представляет собой вазоактивный нейропептид, который играет предполагаемую роль в патофизиологии мигрени и может быть кандидатом на статус биомаркера. CGRP высвобождается из нейрональных волокон при активации и индуцирует стерильное нейрогенное воспаление и артериальную вазодилатацию в сосудистой сети, которая получает эфферентную иннервацию тройничного нерва. Присутствие CGRP в периферической сосудистой сети стимулировало исследования по обнаружению и количественному определению этого нейропептида в плазме человека с использованием протеомных анализов, таких как иммуноферментный анализ (ИФА). Однако его период полураспада 6,9 мин и вариабельность технических деталей протоколов анализа, которые часто не полностью описаны, привели к противоречивым данным CGRP ELISA в литературе. Здесь представлен модифицированный протокол ИФА для очистки и количественного определения CGRP в плазме человека. Процедурные этапы включают отбор и подготовку проб, экстракцию с использованием полярного сорбента в качестве средства очистки, дополнительные этапы блокирования неспецифического связывания и количественную оценку с помощью ИФА. Кроме того, протокол был проверен с помощью экспериментов по спайку, восстановлению и линейности разбавления. Этот валидированный протокол теоретически может быть использован для количественной оценки концентраций CGRP в плазме крови людей не только с мигренью, но и с другими заболеваниями, в которых CGRP может играть роль.

Introduction

Пептид, связанный с геном кальцитонина (CGRP), представляет собой нейропептид из 37 аминокислот, который присутствует в нейронных волокнах с периваскулярной локализацией, а также в ненейрональных тканях. Две формы CGRP, α- и β-CGRP, имеют более 90% гомологии и общие физиологические функции; однако αCGRP обнаруживается в центральной и периферической нервной системе, а βCGRP обнаруживается в энтеральной нервной системе 1,2. При активации ноцицепторов и кальций-зависимом экзоцитозе CGRP высвобождается из нейронов, вызывая стерильное нейрогенное воспаление, включающее расширение артериальной вазодилатации и экстравазацию белка плазмы 3,4,5,6,7. Отсюда CGRP появляется в посткапиллярных сосудах и может быть биомаркером заболеваний, вызывающих афферентную ноцицептивную активацию, таких как мигрень 8,9,10,11. Следует отметить, что CGRP также участвует в COVID-19 благодаря своей роли в ангиогенезе и иммуномодуляции и может предсказывать неблагоприятное развитие заболевания12,13. Таким образом, протокол для точного количественного определения CGRP в плазме человека может иметь широкое значение.

Наибольшее внимание, пожалуй, было уделено роли CGRP в мигрени. Основываясь на доклинических и клинических исследованиях, CGRP был выдвинут в качестве возможного биомаркера мигрени и в качестве мишени для лечения 3,4,5,6,7,8,9,10. В некоторых исследованиях было обнаружено повышение CGRP в когортах с эпизодической мигренью по сравнению с контрольными участниками10,14,15. Успех ингибиторов CGRP в клинических испытаниях для лечения мигрени, по-видимому, подразумевает повышенный CGRP как причинный фактор мигрени. Однако не все исследователи подтвердили эти результаты16,17,18,19. Более того, роль CGRP в отсутствии головной боли при мигрени еще предстоит выяснить; Данная работа была мотивирована желанием понять роль CGRP в вестибулярных симптомах мигрени.

Противоречивые данные иммуноанализа CGRP в литературе могут быть вызваны несколькими причинами. Во-первых, период полувыведения CGRP в периферической сосудистой сети составляет 6,9 мин 20 из-за активности сериновых протеаз 21, инсулиноразрушающих ферментов и других металлопротеаз 22, нейтральных эндопептидаз 23 и эндотелинпревращающего фермента-1 24. Во-вторых, переменные технические детали иммунологических анализов, используемых для количественного определения CGRP, не полностью описаны в таких исследованиях. Наконец, отсутствие стандартизации методики иммуноанализа еще больше усложняет картину.

В этой статье описывается модифицированный протокол иммуноферментного анализа (ИФА), который позволяет проводить очистку и точное количественное определение α- и βCGRP в плазме человека. Антитела набора не являются перекрестно реактивными с амилином, кальцитонином или веществом P. Этот протокол прошел необходимые проверочные эксперименты, такие как спайк и восстановление и линейность разбавления, данные по которым представлены здесь. Такой протокол CGRP ELISA, прошедший валидацию, ранее не был полностью описан в литературе. Этот протокол может быть использован для количественной оценки CGRP в плазме человека в контексте мигрени, а также кардиологических2,25, дерматологических 26, акушерских 27, ревматологических28,29, скелетно-мышечных 30,31, эндокринных 32,33 и вирусных заболеваний 12,13, в которых участвует CGRP.

Protocol

Этот протокол был разработан с использованием образцов плазмы человека от согласившихся лиц с одобрения Институционального наблюдательного совета Джона Хопкинса (NA_00092491). 1. Отбор и подготовка образцов Соберите 5 мл цельной крови из антекубитальной вены <em…

Representative Results

В протоколе есть несколько ключевых шагов, которые следует выделить. Во-первых, апротинин, ингибитор сериновой протеазы, должен быть добавлен к образцам цельной крови сразу после сбора, чтобы предотвратить дальнейшую ферментативную деградацию CGRP. Было показано, что сериновые протеазы …

Discussion

В этой статье описывается проверенный протокол, позволяющий обнаруживать и количественно определять CGRP в плазме человека. Этот протокол был синтезирован после того, как было обнаружено, что коммерческие наборы CGRP ELISA не точно определяют количественное количество этой молекулы. После ?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Мы хотели бы поблагодарить Роберта Н. Коула, Лорен Р. Девайн и Маркоса Иглесиаса за их полезные обсуждения этого протокола. Это было частично поддержано финансированием Американского отологического общества (грант стипендии, PSK), Американского фонда исследований слуха (90066548/90072266, JPC) и Национального центра развития трансляционных наук (NCATS), компонента Национальных институтов здравоохранения (NIH) и Дорожной карты NIH по медицинским исследованиям (UL1 TR003098, NSF). Содержание публикации является исключительной ответственностью авторов и не обязательно отражает официальную точку зрения Джонса Хопкинса, МУТР, NCATS или 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