Summary

Detektion och kvantifiering av kalcitoningenrelaterad peptid (CGRP) i human plasma med hjälp av en modifierad enzymkopplad immunadsorberande analys

Published: June 16, 2023
doi:

Summary

Publicerade data avseende koncentrationer av kalcitonin-genrelaterade peptider (CGRP) i human plasma är inkonsekventa. Dessa inkonsekvenser kan bero på bristen på en standardiserad, validerad metod för att kvantifiera denna neuropeptid. Här beskriver vi ett validerat enzymkopplat immunosorbentanalysprotokoll (ELISA) för att rena och kvantifiera CGRP i human plasma.

Abstract

Kalcitonin genrelaterad peptid (CGRP) är en vasoaktiv neuropeptid som spelar en förmodad roll i patofysiologin vid migrän och kan vara en kandidat för biomarkörstatus. CGRP frigörs från neuronala fibrer vid aktivering och inducerar steril neurogen inflammation och arteriell vasodilatation i kärlen som får trigeminusefferent innervation. Förekomsten av CGRP i den perifera vaskulaturen har stimulerat undersökningar för att detektera och kvantifiera denna neuropeptid i human plasma med hjälp av proteomiska analyser, såsom den enzymbundna immunosorbentanalysen (ELISA). Dess halveringstid på 6,9 min och variationen i tekniska detaljer i analysprotokoll, som ofta inte beskrivs fullständigt, har dock gett inkonsekventa CGRP ELISA-data i litteraturen. Här presenteras ett modifierat ELISA-protokoll för rening och kvantifiering av CGRP i human plasma. De processuella stegen omfattar provtagning och beredning, extraktion med användning av en polär sorbent som reningsmedel, ytterligare steg för att blockera icke-specifik bindning och kvantifiering via ELISA. Vidare har protokollet validerats med spik och återhämtning och linjäritet av utspädningsexperiment. Detta validerade protokoll kan teoretiskt användas för att kvantifiera CGRP-koncentrationer i plasma hos individer, inte bara med migrän utan också med andra sjukdomar där CGRP kan spela en roll.

Introduction

Kalcitoningenrelaterad peptid (CGRP) är en 37-aminosyraneuropeptid som finns i neuronala fibrer med perivaskulär lokalisering såväl som icke-neuronala vävnader. De två formerna av CGRP, α- och β-CGRP, delar mer än 90% homologi och delar fysiologiska funktioner; αCGRP finns dock i centrala och perifera nervsystemet, medan βCGRP finns i det enteriska nervsystemet 1,2. Vid nociceptoraktivering och kalciumberoende exocytos frisätts CGRP från nervceller, vilket inducerar steril neurogen inflammation som involverar arteriell vasodilatation och plasmaproteinextravasering 3,4,5,6,7. Härifrån visas CGRP i de postkapillära kärlen och kan vara en biomarkör för sjukdomar som orsakar afferent nociceptiv aktivering, såsom migrän 8,9,10,11. Observera att CGRP också har varit inblandad i COVID-19 genom sin roll i angiogenes och immunmodulering, och kan förutsäga ogynnsam sjukdomsutveckling12,13. Således kan ett protokoll för noggrann kvantifiering av CGRP i human plasma ha ett brett värde.

Mest uppmärksamhet har kanske ägnats åt CGRP:s roll vid migrän. Baserat på prekliniska och kliniska studier har CGRP presenterats som en möjlig biomarkör för migrän och som ett mål för behandling 3,4,5,6,7,8,9,10. Vissa studier har funnit en förhöjning av CGRP i kohorter med episodisk migrän i förhållande till kontrolldeltagare10,14,15. Framgången för CGRP-hämmare i kliniska prövningar för behandling av migrän verkar innebära förhöjd CGRP som en orsaksfaktor för migränhuvudvärk. Men inte alla utredare har bekräftat dessa resultat16,17,18,19. Dessutom har CGRP: s roll i icke-huvudvärksymtom på migrän ännu inte klarlagts; det nuvarande arbetet motiverades av en önskan att förstå CGRP: s roll i vestibulära symtom på migrän.

Inkonsekventa CGRP-immunanalysdata i litteraturen kan bero på flera orsaker. För det första är halveringstiden för CGRP i perifer vaskulatur 6,9 min 20, på grund av aktiviteten hos serinproteaser 21, insulinnedbrytande enzymer och andra metalloproteaser 22, neutrala endopeptidaser 23 och endotelinkonverterande enzym-1 24. För det andra beskrivs inte de variabla tekniska detaljerna för de immunanalyser som används för att kvantifiera CGRP fullständigt i sådana studier. Slutligen komplicerar bristen på standardisering av immunanalysmetoden bilden ännu mer.

Denna artikel beskriver ett modifierat enzymkopplat immunosorbentanalysprotokoll (ELISA) som möjliggör rening och noggrann kvantifiering av α- och βCGRP i human plasma. Kitets antikroppar är inte korsreaktiva med amylin, kalcitonin eller substans P. Detta protokoll har genomgått de nödvändiga valideringsexperimenten, såsom spik och återvinning och linjäritet av utspädning, vars data presenteras här. Ett sådant CGRP ELISA-protokoll som har genomgått validering har inte tidigare beskrivits fullständigt i litteraturen. Detta protokoll kan användas för att kvantifiera CGRP i human plasma i samband med migrän såväl som kardiologisk2,25, dermatologisk 26, obstetrisk 27, reumatologisk28,29, muskuloskeletal 30,31, endokrin 32,33 och virussjukdomar 12,13 där CGRP har varit inblandad.

Protocol

Detta protokoll utvecklades med hjälp av humana plasmaprover från samtyckta individer med godkännande från Johns Hopkins Institutional Review Board (NA_00092491). 1. Insamling och beredning av prover Samla 5 ml helblod från antecubitalvenen via standard venipunkturmetoder34 i ett 6 ml vakuumtainer etylendiamintetraättiksyra (EDTA) uppsamlingsrör. Tillsätt 0,5 ml aprotinin (10 000 KIU/ml) kompetitiv serinproteashämma…

Representative Results

Det finns flera viktiga steg i protokollet som bör markeras. För det första måste aprotinin, en serinproteashämmare, tillsättas till helblodsprover omedelbart efter insamling för att förhindra ytterligare enzymatisk nedbrytning av CGRP. Serinproteaser har visat sig spela en roll i CGRP-metabolismen, och en tidigare studie har också använt aprotinin för att kvantifiera CGRP hos människor21,35. Om proteashämmare inte används, och provberedningen tar l…

Discussion

Denna artikel beskriver ett validerat protokoll som möjliggör detektion och kvantifiering av CGRP i human plasma. Detta protokoll syntetiserades efter att kommersiella CGRP ELISA-kit inte korrekt kvantifierade denna molekyl. Efter att ha upprättat ett provberedningsprotokoll och en giltig standardkurva visade spik och återhämtning och linjäritet av utspädningsexperiment att andelen återvinningar var mycket lägre än förväntat. Liknande resultat hittades med hjälp av ett annat kommersiellt CGRP ELISA-kit (<str…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi vill tacka Robert N. Cole, Lauren R. DeVine och Marcos Iglesias för deras hjälpsamma diskussioner om detta protokoll. Detta stöddes delvis av finansiering från American Otological Society (Fellowship Grant, PSK), American Hearing Research Foundation (90066548/90072266, JPC) och National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS), en del av National Institutes of Health (NIH) och NIH Roadmap for Medical Research (UL1 TR003098, NSF). Publikationens innehåll är enbart författarnas ansvar och representerar inte nödvändigtvis den officiella uppfattningen av 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