JoVE Journal > Immunology and Infection
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
العربية

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Immunology and Infection

المطبوعة جليكان الصفيف: تقنية حساسة لتحليل مرجع تعميم الأجسام المضادة الكربوهيدرات في الحيوانات الصغيرة

Published: February 14, 2019
doi:
10.3791/57662
, , , , , , , , , ,
1Infectious Pathology and Transplantation Division,Bellvitge Biomedical Research Institute (IDIBELL), 2Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry (IBCh),Russian Academy of Sciences, 3Semiotik LLC, 4Auckland University of Technology, 5Intensive Care Department,Bellvitge University Hospital

Summary

ويبين هذا العمل إمكانات تكنولوجيا صفيف (PGA) جليكان المطبوعة لتحليل تعميم الأجسام المضادة الكربوهيدرات في الحيوانات الصغيرة.

Abstract

وكثيراً ما يرتبط مرجع تعميم الأجسام المضادة الكربوهيدرات فرد معين مع حالتها المناعية. لا يحدد الشرط محصنة ضد كل النجاح في مكافحة إشارات التهديد المحتملة الداخلية والخارجية فحسب، بل أيضا يمكن أن يكون وجود نمط معين لتعميم الأجسام المضادة-جليكان (وعلى اختلاف مستوى المصلية) علامة هامة لظهور وتطور بعض الحالات المرضية. وهنا، يمكننا وصف منهجية المستندة إلى الشبكة الصفيف جليكان طبعت التي تتيح الفرصة لقياس مئات أهداف جليكان مع حساسية عالية جداً؛ استخدام الحد أدنى من عينة، وحيوانات موجودة عند صغيرة مشتركة تقييد (الجرذان، الفئران، الهامستر، إلخ) وتستخدم كنماذج لتناول الجوانب المتعلقة بالأمراض التي تصيب الإنسان. وكمثال ممثل لهذا النهج، نعرض النتائج المستخلصة من تحليل مرجع الأجسام المضادة الطبيعية-جليكان في الفئران بالب/ج. علينا أن نظهر أن الماوس بالب/ج كل المشاركين في الدراسة، وعلى الرغم من كونها متطابقة وراثيا وصيانتها تحت نفس الظروف، تطور نمط معين من الطبيعي الكربوهيدرات المضادة الأجسام المضادة. ويدعي هذا العمل لتوسيع نطاق استخدام تكنولوجيا الشبكة للتحقيق مرجع (الخصائص) ومستويات تداول الكربوهيدرات المضادة الأجسام المضادة، سواء في الصحة أو أثناء أي حالة مرضية.

Introduction

الأجسام المضادة تلعب دوراً مركزياً في دفاعنا ضد غزو العوامل الممرضة بتحييد الفيروسات1،2 والبكتيريا2،3، مباشرة قبل تفعيل4،نظام مكمل5 وتعزيز البلعمه6. بالإضافة إلى ذلك، عناصر أساسية في استهداف السرطان والقضاء على الخلايا الخبيثة7، وصيانة التوازن8،9.

يمكن أن تؤدي أمراض المناعة الذاتية والالتهابات10 والسرطان11اضطرابات في الجهاز المناعي. ومن الناحية المثالية الطلب جميع هذه الحالات المرضية تشخيص سريع لإجراء معالجة فعالة. في حالة اضطرابات المناعة الذاتية، والمصلية وجود الأجسام المضادة في معظم الحالات يكون مؤشرا للتشخيص للمناعة الذاتية10،12. هذه الأجسام المضادة التي تتفاعل مع سطح الخلية وخارج الخلية أوتوانتيجينس، وأنها غالباً ما تكون موجودة لسنوات عديدة قبل العرض التقديمي من أمراض المناعة الذاتية10،12. القصور المناعي والسرطان ويتم أيضا تشخيص مع اختبارات الدم أما قياس مستوى العناصر المناعية مثل الأجسام المضادة، أو نشاط وظيفي11.

تحديد المرجع لتعميم الأجسام المضادة والمستويات المصلية لها أهمية قصوى لتعيين تشخيص وتقييم التقدم لجميع الحالات المرضية المذكورة. وقد أثبتنا سابقا إمكانات تقنية الشبكة لتحليل تعميم أجسام مضادة في مختلف الأنواع الحيوانية13–16، تقليل استخدام كميات كبيرة من العينات المصلية، وتجنب المشكلة المرتبطة بالأجسام المضادة ه17 والتنميط الفائق مما يسمح مرجع واسعة من الأجسام المضادة15.

تحديدكم المستندة إلى جليكان أساسا تخضع، من بين عوامل أخرى، بالأصل والإنتاج من الكربوهيدرات، والتي تحدد بتقارب وملزم من يغاندس15،،من1819،20 ،21. يمكن وضع على أساس جليكان تحديدكم في التعليق الجزئي (المجالات الخرز الصغير)15،،من2122 أو الأسطح المسطحة المنشط15،،من2122، ،من 2324. وتشمل الأخيرة أليسا (الأكثر تقليدية من هذه الأساليب) والشبكة. ليس هناك الكثير من البيانات التي تقارن هذه المنهجيات في نفس الإعداد التجريبية15،25،،من2627. أننا قد سبق مقارنة فعالية والانتقائية لهذه تحديدكم للأجسام المضادة-جليكان الشخصية في عينات البلازما البشرية الفردية15. لبعض الأجسام المضادة مثل تلك المجموعة الدم المضادة-A/B الاستهداف، جميع تحديدكم يمكن الكشف عنها بدلالة إحصائية وأنهم ارتباطاً إيجابيا مع بعضها البعض15،،من1821. وفي الوقت نفسه، أساسا تم الكشف عن الأجسام المضادة-P1 بالشبكة مع أعلى سلطة التمييزية، وكان هناك أي ارتباط في القرارات المقدمة من مختلف تحديدكم المستندة إلى جليكان15،18، 21-هذه الاختلافات بين أساليب كانت تتعلق أساسا بجسم/مستضد جليكان ونسبة التوجه15. أليسا وتعليق الصفائف أكثر عرضه للربط غير محدد من الشبكة نظراً لوجود فائض مستضد عن الأجسام المضادة في هذه الأساليب15. بالإضافة إلى ذلك، توجه جليكانس في الشبكة أكثر تقييداً من صفائف أليسا وتعليق15. أليسا مناسب عند الدراسة ويشمل فريق محدود من جليكانس. جنبا إلى جنب مع صفائف تعليق، يقدم أليسا أوسع من المرونة فيما يتعلق بإعادة الفحص. الشبكة مناسبة استثنائية لاكتشاف نهج15،،من1821،28. وعلى الرغم من هذه المزايا الواضحة وعيوب، يمكن استخدامها تحديدكم المذكورة ثلاثة لدراسة الجوانب المختلفة لتفاعلات جسم جليكان. والهدف النهائي من هذه الدراسة واحد سيتم توجيه اختيار منهجية أكثر ملاءمة.

هذا العمل يهدف إلى توسيع نطاق استخدام تكنولوجيا الشبكة لتحليل مرجع تعميم الأجسام المضادة-جليكان في الحيوانات الصغيرة. ونتيجة لممثل، نقدم هنا بروتوكولا مفصلة لتقييم مرجع الأجسام المضادة الكربوهيدرات الطبيعية في الكبار بالب/ج الفئران بالشبكة.

Protocol

1-جليكوتشيبس الإنتاج إعداد ميكرواري طباعة جليكانس (50 مم) والسكريات (10 ميكروغرام/مل) في الفوسفات 300 مم مخزنة المالحة (PBS، الأس الهيدروجيني 8.5) الساعة 6 وإنشاء نسخ متماثلة على الشرائح الزجاجية N-هيدروكسيسوكسينيميدي-ديريفاتيزيد، باستخدام غير-اتصل أرايير الروبوتية (انخفاض ح?…

Representative Results

نقدم هنا، موجزاً للممثل النتائج التي تم الحصول عليها من التحديد الكمي لمرجع الأجسام المضادة الطبيعية-جليكان في عدد سكان من 20 بالب/ج الفئران. جليكوتشيبس المستخدمة في هذه الدراسة الواردة 419 جليكان مختلف الهياكل. معظم جليكانس تم تصنيعه ك-CH2CH2CH2NH2 فاصل …

Discussion

وقد أصبحت جليكان [ميكروارس] أدوات لا غنى عنها لدراسة تفاعلات البروتين-جليكان40. ويصف العمل الحالي بروتوكول يستند إلى تكنولوجيا الشبكة لدراسة مرجع المتداولة من الكربوهيدرات المضادة الأجسام المضادة في الفئران بالب/ج. منذ الشبكة يتيح إمكانية لشاشة إعداد كبيرة من جليكانس بيولوج?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

هذا العمل كان يدعمها “فوندو دي البحوث Sanitarias” منح (الجبهة الإسلامية للإنقاذ) PI13/01098 من معهد كارلوس الثالث الصحي، وزارة الصحة الإسبانية. وكان استفاد DB-ز من مركز أبحاث ما بعد دكتوراه ممولة من “الاتحاد الأوروبي البرنامج الإطاري السابع” (FP7-2007-2013) تحت 603049 اتفاق المنحة (ترانس). وأيد أعمال ناغورني-كاراباخ، NS، وملاحظة: منحة #14-50-00131 “المؤسسة الروسية للعلوم”. ز-DB يريد أن يعرب عن امتنانه لمارتا Broto، “ج.” بابلو السلفادور وأنا سانشيز للمساعدة التقنية الممتازة، وألكسندر راكيتكو للمساعدة في التحليل الإحصائي. بالدعم من “الصناعيين جيش التحرير الشعبي الصيني de دوكتوراتس de la أمانة d’Universitats أنا d’Empresa ريسيركا ديل خلية أنا كونيكسيمينت de la محافظة كاتالونيا (منح رقم 2018 دي 021). ونشكر “برنامج سيركا”/محافظة كاتالونيا للدعم المؤسسي.

Materials

Antibodies
biotinylated goat anti-human Igs Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA Ref. #: 31782
biotinylated goat anti-mouse IgM + IgG Thermo Fisher Scientific Ref. #: 31807
Equipment
Robotic Arrayer sciFLEXARRAYER S5  Scienion AG, Berlin, Germany http://www.scienion.com/products/sciflexarrayer/
Stain Tray (slide incubation chamber) Simport, Beloeil, QC, Canada Ref. #: M920-2
Centrifuge Eppendorf, Hamburg, Germany  Ref. #: 5810 R
Pipettes Gilson, Middleton, WI, USA http://www.gilson.com/en/Pipette/
Slide Scanner  PerkinElmer, Waltham, MA, USA ScanArray GX Plus 
Shaking incubator Cole-Parmer, Staffordshire, UK Ref. #: SI50
Biological samples
BALB/c mice sera This paper N/ A
Complex Immunoglobulin Preparation (CIP) Immuno-Gem, Moscow, Russia http://www.biomedservice.ru/price/goods/1/17531
Chemicals, Reagents and Glycans 
Glycan library Institute of Bioorganic Chemistry (IBCh), Moscow, Russia N/ A
Bovine serum albumin (BSA) Sigma-Aldrich, St. Louis, MO,  Ref. #: A9418
Ethanolamine Sigma-Aldrich Ref. #: 411000
Tween-20 Merck Chemicals & Life Science S.A., Madrid, Spain Ref. #: 655204
Phospahte buffered saline (PBS) VWR International Eurolab S.L, Barcelona, Spain Ref. #: E404
Sodium azide Sigma-Aldrich Ref. #: S2002
Streptavidin Alexa Fluor 555 conjugate  Thermo Fisher Scientific Ref. #: S21381
Streptavidin Cy5 conjugate GE Healthcare, Little Chalfont, Buckinghamshire, UK Ref. #: PA45001
Materials
N-hydroxysuccinimide-derivatized glass slides H  Schott-Nexterion, Jena, Germany Ref. #: 1070936
Whatman filter paper  Sigma-Aldrich Ref. #: WHA10347509
1.5 mL tubes Eppendorf  Ref. #: 0030120086
Software and algorithms
ScanArray Express Microarray Analysis System PerkinElmer http://www.per
kinelmer.com/microarray
Hierarchical Clustering Explorer application University of Maryland, MD, USA http://www.cs.umd.edu/hcil/hce/
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Karlsson, G. B., Fouchier, R. A., Phogat, S., Burton, D. R., Sodroski, J., Wyatt, R. T. The challenges of eliciting neutralizing antibodies to HIV-1 and to influenza virus. Nat Rev Microbiol. 6 (2), 143-155 (2008).
  2. Lu, L. L., Suscovich, T. J., Fortune, S. M., Alter, G. Beyond binding: antibody effector functions in infectious diseases. Nat Rev Immunol. 18 (1), 46-61 (2017).
  3. Bebbington, C., Yarranton, G. Antibodies for the treatment of bacterial infections: current experience and future prospects. Curr Opin Biotech. 19 (6), 613-619 (2008).
  4. Murphy, K., Travers, P., Walport, M. The complement system and innate immunity. Janeway’s Immunobiology. , 61-80 (2008).
  5. Botto, M., Kirschfink, M., Macor, P., Pickering, M. C., Wurzner, R., Tedesco, F. Complement in human diseases: lessons from complement deficiencies. Mol Immunol. 46 (14), 2774-2783 (2009).
  6. Borrok, M. J., et al. Enhancement of antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity by endowing IgG with FcαRI (CD89) binding. MAbs. 7 (4), 743-751 (2015).
  7. Weiner, L. M., Murray, J. C., Shuptrine, C. W. Antibody-based immunotherapy of cancer. Cell. 148 (6), 1081-1084 (2012).
  8. Ricklin, D., Hajishengallis, G., Yang, K., Lambris, J. D. Complement: a key system for immune surveillance and homeostasis. Nat Immunol. 11 (9), 785-797 (2010).
  9. Prechl, J. A generalized quantitative antibody homeostasis model: antigen saturation, natural antibodies and a quantitative antibody network. Clin Transl Immunology. 6 (2), e131 (2017).
  10. Vojdani, A. Antibodies as predictors of complex autoimmune diseases. Int J Immunopath Ph. 21 (2), 267-278 (2008).
  11. Liu, W., Peng, B., Lu, Y., Xu, W., Qian, W., Zhang, J. Y. Autoantibodies to tumor-associated antigens as biomarkers in cancer immunodiagnosis. Autoimmun Rev. 10 (6), 331-335 (2011).
  12. Suurmond, J., Diamond, B. Autoantibodies in systemic autoimmune diseases: specificity and pathogenicity. J Clin Invest. 125 (6), 2194-2202 (2015).
  13. Bovin, N., et al. Repertoire of human natural anti-glycan immunoglobulins. Do we have auto-antibodies?. Biochim Biophys Acta. 1820 (9), 1373-1382 (2012).
  14. de los Rios, M., Criscitiello, M. F., Smider, V. V. Structural and genetic diversity in antibody repertoires from diverse species. Curr Opin Struc Biol. 33, 27-41 (2015).
  15. Pochechueva, T., et al. Comparison of printed glycan array, suspension array and ELISA in the detection of human anti-glycan antibodies. Glycoconjugate J. 28 (8-9), 507-517 (2011).
  16. Shilova, N., Navakouski, M., Khasbiullina, N., Blixt, O., Bovin, N. Printed glycan array: antibodies as probed in undiluted serum and effects of dilution. Glycoconjugate J. 29 (2-3), 87-91 (2012).
  17. Manimala, J. C., Roach, T. A., Li, Z., Gildersleeve, J. C. High-throughput carbohydrate microarray profiling of 27 antibodies demonstrates widespread specificity problems. Glycobiology. 17 (8), 17C-23C (2007).
  18. Jacob, F., et al. Serum anti-glycan antibody detection of non-mucinous ovarian cancers by using a printed glycan array. Int. J. Cancer. 130 (1), 138-146 (2012).
  19. Lewallen, D. M., Siler, D., Iyer, S. S. Factors affecting protein-glycan specificity: effect of spacers and incubation time. ChemBioChem. 10 (9), 1486-1489 (2009).
  20. Oyelaran, O., Li, Q., Farnsworth, D., Gildersleeve, J. C. Microarrays with varying carbohydrate density reveal distinct subpopulations of serum antibodies. J. Proteome Res. 8 (7), 3529-3538 (2009).
  21. Pochechueva, T. Multiplex suspension array for human anti-carbohydrate antibody profiling. Analyst. 136 (3), 560-569 (2011).
  22. Chinarev, A. A., Galanina, O. E., Bovin, N. V. Biotinylated multivalent glycoconjugates for surface coating. Methods Mol Biol. 600, 67-78 (2010).
  23. Huflejt, M. E. Anti-carbohydrate antibodies of normal sera: findings, surprises and challenges. Mol Immunol. 46 (15), 3037-3049 (2009).
  24. Buchs, J. P., Nydegger, U. E. Development of an ABO-ELISA for the quantitation of human blood group anti-A and anti-B IgM and IgG antibodies. J Immunol Methods. 118 (1), 37-46 (1989).
  25. de Jager, W., Rijkers, G. T. Solid-phase and bead-based cytokine immunoassay: a comparison. Methods. 38 (4), 294-303 (2006).
  26. Galanina, O. E., Mecklenburg, M., Nifantiev, N. E., Pazynina, G. V., Bovin, N. V. GlycoChip: multiarray for the study of carbohydrate binding proteins. Lab Chip. 3 (4), 260-265 (2003).
  27. Willats, W. G., Rasmussen, S. E., Kristensen, T., Mikkelsen, J. D., Knox, J. P. Sugar-coated microarrays: a novel slide surface for the high-throughput analysis of glycans. Proteomics. 2 (12), 1666-1671 (2002).
  28. Bello-Gil, D., Khasbiullina, N., Shilova, N., Bovin, N., Mañez, R. Repertoire of BALB/c mice natural anti-Carbohydrate antibodies: mice vs. humans difference, and otherness of individual animals. Front Immunol. 8, 1449 (2017).
  29. Pazynina, G., et al. Synthetic glyco-O-sulfatome for profiling of human natural antibodies. Carbohydr Res. 445, 23-31 (2017).
  30. Ryzhov, I. M., Korchagina, E. Y., Popova, I. S., Tyrtysh, T. V., Paramonov, A. S., Bovin, N. V. Block synthesis of A (type 2) and B (type 2) tetrasaccharides related to the human ABO blood group system. Carbohydr Res. 430, 59-71 (2016).
  31. Ryzhov, I. M., et al. Function-spacer-lipid constructs of Lewis and chimeric Lewis/ABH glycans. Synthesis and use in serological studies. Carbohyd Res. 435, 83-96 (2016).
  32. Pazynina, G. V., Tsygankova, S. V., Sablina, M. A., Paramonov, A. S., Tuzikov, A. B., Bovin, N. V. Stereo- and regio-selective synthesis of spacer armed α2-6 sialooligosaccharides. Mendeleev Commun. 26 (5), 380-382 (2016).
  33. Pazynina, G. V., Tsygankova, S. V., Sablina, M. A., Paramonov, A. S., Formanovsky, A. A., Bovin, N. V. Synthesis of blood group pentasaccharides ALey, BLey and related tri- and tetrasaccharides. Mendeleev Commun. 26 (2), 103-105 (2016).
  34. Severov, V. V., Pazynina, G. V., Ovchinnikova, T. V., Bovin, N. V. The synthesis of oligosaccharides containing internal and terminal Galβ1-3GlcNAcβ fragments. Russian J. Bioorgan. Chem. 41 (2), 147-160 (2015).
  35. Pazynina, G. V., Tsygankova, S. V., Bovin, N. V. Synthesis of glycoprotein N-chain core fragment GlcNAcβ1-4(Fucα1-6)GlcNAc. Mendeleev Commun. 25 (4), 250-251 (2015).
  36. Solís, D., et al. A guide into glycosciences: How chemistry, biochemistry and biology cooperate to crack the sugar code. Biochim Biophys Acta. 1850 (1), 186-235 (2015).
  37. Pazynina, G. V., et al. Divergent strategy for the synthesis of α2-3-Linked sialo-oligosaccharide libraries using a Neu5TFA-(α2-3)-Gal building block. Synlett. 24 (02), 226-230 (2013).
  38. Blixt, O., et al. Printed covalent glycan array for ligand profiling of diverse glycan binding proteins. P Natl Acad Sci USA. 101 (49), 17033-17038 (2004).
  39. Liu, Y., et al. The minimum information required for a glycomics experiment (MIRAGE) project: improving the standards for reporting glycan microarray-based data. Glycobiology. 27 (4), 280-284 (2017).
  40. Song, X., Heimburg-Molinaro, J., Cummings, R. D., Smith, D. F. Chemistry of natural glycan microarrays. Curr Opin Chem Biol. 18, 70-77 (2014).
  41. Hoy, Y. E., et al. Variation in taxonomic composition of the fecal microbiota in an inbred mouse strain across individuals and time. PLoS One. 10 (11), e0142825 (2015).
  42. D’Argenio, V., Salvatore, F. The role of the gut microbiome in the healthy adult status. Clin Chim Acta. 451 (Pt A), 97-102 (2015).
  43. Khasbiullina, N. R., Bovin, N. V. Hypotheses of the origin of natural antibodies: a glycobiologist’s opinion. Biochemistry (Mosc). 80 (7), 820-835 (2015).
  44. Butler, J. E., Sun, J., Weber, P., Navarro, P., Francis, D. Antibody repertoire development in fetal and newborn piglets, III. Colonization of the gastrointestinal tract selectively diversifies the preimmune repertoire in mucosal lymphoid tissues. Immunology. 100 (1), 119-130 (2000).
  45. Bos, N. A., et al. Serum immunoglobulin levels and naturally occurring antibodies against carbohydrate antigens in germ-free BALB/c mice fed chemically defined ultrafiltered diet. Eur J Immunol. 19 (12), 2335-2339 (1980).
  46. van der Heijden, P. J., Bianchi, A. T., Heidt, P. J., Stok, W., Bokhout, B. A. Background (spontaneous) immunoglobulin production in the murine small intestine before and after weaning. J Reprod Immunol. 15 (3), 217-227 (1989).
  47. Krasnova, L., Wong, C. H. Understanding the chemistry and biology of glycosylation with glycan synthesis. Annu Rev Biochem. 85, 599-630 (2016).
  48. Overkleeft, H. S., Seeberger, P. H., Varki, A. Chemoenzymatic synthesis of glycans and glycoconjugates. Essentials of Glycobiology [Internet]. , 2015-2017 (2017).

Tags

Glycan ArrayAnti-carbohydrate AntibodiesSmall AnimalsSerumPrinted Glycan ArrayGlycan TargetsPolysaccharidesPBSN-hydroxy 6 Cinnamic Derivatized Glass SlidesBlocking BufferBufferMice SerumImmunoglobulin AggregationCentrifugationIncubation Chamber

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Olivera-Ardid, S., Khasbiullina, N., Nokel, A., Formanovsky, A., Popova, I., Tyrtysh, T., Kunetskiy, R., Shilova, N., Bovin, N., Bello-Gil, D., Mañez, R. Printed Glycan Array: A Sensitive Technique for the Analysis of the Repertoire of Circulating Anti-carbohydrate Antibodies in Small Animals. J. Vis. Exp. (144), e57662, doi:10.3791/57662 (2019).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image