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

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

Печатные Glycan массив: Чувствительной технологией для анализа репертуар циркулирующих антител анти углеводов в мелких животных

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

Эта работа показывает потенциал печатных glycan массив (PGA) технологии для анализа циркулирующих антител анти углеводов в мелких животных.

Abstract

Репертуар циркулирующих антител анти углеводов данного лица часто ассоциируется с его иммунный статус. Не только отдельные иммунного состояния определяет успех в борьбе с внутренней и внешней потенциальные угрозы сигналов, но может быть также существование определенной практики циркулирующих антител анти glycan (и их серологических вариантов уровня) значительное маркер начала и прогрессии определенных патологических состояний. Здесь мы описываем напечатаны Glycan массив PGA на основе методологии, которая дает возможность измерять сотни glycan целей с очень высокой чувствительностью; используя минимальный объем образца, которая представляет общие ограничения при небольших животных (крыс, мышей, хомяк и т.д.) используются в качестве модели для рассмотрения аспектов заболеваний человека. Как представитель пример этого подхода мы показываем результаты, полученные из анализа репертуара антител природных анти glycan мышей BALB/c. Мы демонстрируем, что каждый мыши BALB/c, участвующих в исследовании, несмотря на генетически идентичны и поддерживается на тех же условиях, развивается определенный шаблон естественных антител анти углеводов. Эта работа утверждает расширить использование технологий PGA расследовать репертуар (особенности) и уровней циркулирующих антител анти углеводов, как в области здравоохранения, так и в ходе любого патологического состояния.

Introduction

Антитела играть центральную роль в нашей обороне против вторгаясь патогенов, непосредственно нейтрализуя вирусы1,2 и бактерии2,3, при активации системы комплемента4,5 и укрепление фагоцитоза6. Кроме того они являются важными элементами в рак ориентации и ликвидации злокачественные клетки7и поддержание гомеостаза8,9.

Расстройства иммунной системы может привести к аутоиммунных и воспалительных заболеваний, рака и10 11. Все эти патологические состояния идеально требуют оперативной диагностики для эффективного лечения. В случае аутоиммунных расстройств серологических наличие аутоантител в большинстве случаев является предиктором для диагностики аутоиммунных заболеваний10,12. Эти антитела реагируют с поверхности клетки и внеклеточные autoantigens и они часто присутствуют на протяжении многих лет до представления аутоиммунное заболевание10,12. Иммунной недостаточности и рака также с диагнозом анализы крови что либо измерить уровень иммунной элементов, таких как антитела, или их функциональной активности11.

Идентификация репертуар циркулирующих антител и серологические уровни имеют огромное значение для установить прогноза и оценки прогрессирование всех указанных патологических состояний. Мы ранее продемонстрировали потенциал PGA техники для анализа циркулирующих антител в разных видов животных13–16, минимизации использования больших объемов тестирования серологических образцов, избегая проблемы связанные с перекрестной реактивности антител17 и позволяя высок объём профилирование обширный репертуар антител15.

На основе glycan иммуноанализа главным образом обусловлены, среди прочих факторов, происхождение и производство углеводов, которые определяют аффинити и связывание лигандов15,18,19,20 ,21. На основе glycan иммуноанализа могут быть разработаны в подвеска (микросферы)15,,2122 или активирована с плоским поверхностям15,21,22, 23,24. Последние включают в себя ELISA (наиболее обычных методов) и PGA. Существует не так много данных, сравнивая эти методологии в же экспериментальная установка15,25,,2627. Ранее мы сравнили эффективность и избирательности этих иммуноанализа антител анти glycan профиля в индивидуальной человеческой плазмы образцы15. Для некоторых антител, например те нацеливания группа крови анти A/B все иммуноанализа может обнаружить их с статистической значимости и они положительно коррелируют друг с другом15,18,21. Тем временем антитела анти P1 главным образом были обнаружены PGA с высшей властью дискриминационными, и не было отмечено корреляции в выводы, сделанные различными на основе glycan иммуноанализа15,18, 21. Эти различия между методами касались главным образом антитела/antigen соотношение glycan ориентации и15. ELISA и подвеска массивы являются более восприимчивы к неспецифическим привязки чем PGA, потому что есть избыток антигена над антител в эти методы15. Кроме того ориентация гликанов в PGA более ограничены, чем в ИФА и подвеска массивы15. ELISA удобен, когда исследование включает ограниченное группа гликанов. Наряду с подвеска массивы ELISA предлагает широкой гибкостью в отношении пробирного реконфигурации. PGA исключительно удобен для обнаружения подходы15,18,21,28. Несмотря на эти очевидные преимущества и недостатки трех упомянутых иммуноанализа может использоваться для изучения различных аспектов взаимодействия glycan антитела. Конечной целью этого исследования является один будет определять выбор более подходящей методологии.

Настоящее время работы направлена на расширение использования PGA технологии для анализа репертуар циркулирующих антител анти glycan в мелких животных. Как представитель результат мы представляем здесь подробный протокол для оценки репертуар естественных антител анти углеводов в взрослых мышей BALB/c, PGA.

Protocol

1. Glycochips производство Подготовка microarray Печатать гликанов (50 мм) и полисахаридов (10 мкг/мл) в 300 мм фосфат буферизации физраствора (PBS, рН 8,5) в 6 реплицирует на N-оксисукцинимидного дериватные стекла слайдов, используя бесконтактный робот arrayer (падение объема ~ 900 pL). Каждый…

Representative Results

Здесь мы представляем краткое изложение представитель результаты, полученные от количественной оценки репертуар природных анти glycan антител в популяции 20 мышей BALB/c. Glycochips, используемые в данном исследовании содержится 419 glycan различных структур. Большинство гликанов ?…

Discussion

Glycan microarrays стали незаменимыми инструментами для изучения взаимодействий протеин glycan40. Настоящая работа описывает протокол, основанный на PGA технологии для изучения репертуар циркулирующих антител анти углеводов в мышей BALB/c. Так как PGA предлагает возможность экрана большо…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана «Fondo de Investigaciones Sanitarias» (FIS) Грант ПЭ13/01098 из института здравоохранения Карлоса III, испанский министерства здравоохранения. DB-G был воспользовались позиции пост-докторские исследования, финансируемого Европейским союзом седьмой рамочной программы (FP7/2007-2013) под Грант 603049 соглашение (TRANSLINK). Работа НК, NS и NB была поддержана Грант #14-50-00131 фонда Российской науки. DB-G хочет выразить свою благодарность Marta Брото, J. Pablo Сальвадор и Ана Sanchis отличные технической помощи и Александр Rakitko для помощи в статистическом анализе. При поддержке «Secretaria de la промышленников Pla de Doctorats d’Universitats я Recerca del Кафедра d’Empresa я Coneixement-де-ла Женералитата Каталонии (номер 2018 гранта ди 021). Мы благодарим CERCA программы / Женералитата Каталонии для институциональной поддержки.

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