Summary

الكشف عن الببتيد المرتبط بجين الكالسيتونين (CGRP) وقياسه في البلازما البشرية باستخدام مقايسة الممتز المناعي المرتبط بالإنزيم المعدل

Published: June 16, 2023
doi:

Summary

البيانات المنشورة المتعلقة بتركيزات الببتيد المرتبط بجين الكالسيتونين (CGRP) في البلازما البشرية غير متسقة. قد تكون هذه التناقضات بسبب عدم وجود منهجية موحدة ومعتمدة لتحديد كمية هذا الببتيد العصبي. هنا ، نصف بروتوكول مقايسة الممتز المناعي المرتبط بالإنزيم (ELISA) لتنقية وقياس CGRP في البلازما البشرية.

Abstract

الببتيد المرتبط بجين الكالسيتونين (CGRP) هو ببتيد عصبي نشط في الأوعية يلعب دورا مفترضا في الفيزيولوجيا المرضية للصداع النصفي وقد يكون مرشحا لحالة العلامات الحيوية. يتم إطلاق CGRP من الألياف العصبية عند التنشيط ويحفز التهابا عصبيا معقما وتوسع الأوعية الشريانية في الأوعية الدموية التي تتلقى التعصيب الصادر ثلاثي التوائم. حفز وجود CGRP في الأوعية الدموية الطرفية التحقيقات للكشف عن هذا الببتيد العصبي وتحديده في البلازما البشرية باستخدام المقايسات البروتينية ، مثل مقايسة الممتز المناعي المرتبط بالإنزيم (ELISA). ومع ذلك ، فإن عمر النصف البالغ 6.9 دقيقة والتباين في التفاصيل الفنية لبروتوكولات الفحص ، والتي غالبا ما لا يتم وصفها بالكامل ، قد أسفرت عن بيانات CGRP ELISA غير متسقة في الأدبيات. هنا ، يتم تقديم بروتوكول ELISA معدل لتنقية وقياس CGRP في البلازما البشرية. تتضمن الخطوات الإجرائية جمع العينات وإعدادها ، والاستخراج باستخدام مادة ماصة قطبية كوسيلة للتنقية ، وخطوات إضافية لمنع الربط غير المحدد ، والقياس الكمي عبر ELISA. علاوة على ذلك ، تم التحقق من صحة البروتوكول من خلال سبايك واستعادة وخطية لتجارب التخفيف. يمكن نظريا استخدام هذا البروتوكول الذي تم التحقق من صحته لتحديد تركيزات CGRP في بلازما الأفراد ليس فقط المصابين بالصداع النصفي ، ولكن أيضا مع الأمراض الأخرى التي قد يلعب فيها CGRP دورا.

Introduction

الببتيد المرتبط بجين الكالسيتونين (CGRP) هو ببتيد عصبي مكون من 37 حمضا أمينيا موجودا في الألياف العصبية مع توطين حول الأوعية الدموية وكذلك الأنسجة غير العصبية. يشترك شكلان من CGRP ، α- و β-CGRP ، في أكثر من 90٪ من التماثل ويتشاركان الوظائف الفسيولوجية. ومع ذلك ، تم العثور على αCGRP في الجهاز العصبي المركزي والمحيطي ، بينما تم العثور على βCGRP في الجهاز العصبي المعوي 1,2. عند تنشيط مستقبلات الألم والإخراج الخلوي المعتمد على الكالسيوم ، يتم إطلاق CGRP من الخلايا العصبية ، مما يؤدي إلى التهاب عصبي معقم يتضمن توسع الأوعية الشريانية وتسرب بروتين البلازما3،4،5،6،7. من هنا ، يظهر CGRP في الأوعية بعد الشعيرات الدموية وقد يكون علامة حيوية للأمراض التي تسبب تنشيط مسبب للألم ، مثل الصداع النصفي8،9،10،11. وتجدر الإشارة إلى أن CGRP متورط أيضا في COVID-19 من خلال دوره في تكوين الأوعية الدموية والتعديل المناعي ، وقد يتنبأ بتطور المرض غير المواتي12,13. وبالتالي ، فإن بروتوكول القياس الكمي الدقيق ل CGRP في البلازما البشرية يمكن أن يكون له قيمة واسعة.

ربما تم إيلاء أكبر قدر من الاهتمام لدور CGRP في الصداع النصفي. استنادا إلى الدراسات قبل السريرية والسريرية ، تم طرح CGRP كمؤشر حيوي محتمل للصداع النصفي وكهدف للعلاج3،4،5،6،7،8،9،10. وجدت بعض الدراسات ارتفاعا في CGRP في الأفواج المصابة بالصداع النصفي العرضي بالنسبة للمشاركين فيالمجموعة 10،14،15. يبدو أن نجاح مثبطات CGRP في التجارب السريرية لعلاج الصداع النصفي ينطوي على ارتفاع CGRP كعامل مسبب للصداع النصفي. ومع ذلك ، لم يؤكد جميع المحققين هذه النتائج16،17،18،19. علاوة على ذلك ، لم يتم بعد توضيح دور CGRP في أعراض الصداع النصفي غير الصداع. كان الدافع وراء العمل الحالي هو الرغبة في فهم دور CGRP في الأعراض الدهليزية للصداع النصفي.

قد تكون بيانات المقايسة المناعية CGRP غير المتسقة في الأدبيات ناتجة عن عدة أسباب. أولا ، عمر النصف ل CGRP في الأوعية الدموية المحيطية هو 6.9 دقيقة 20 ، بسبب نشاط بروتياز سيرين 21 ، والإنزيمات المهينة للأنسولين وغيرها من الميتالوبروتياز 22 ، والإندوببتيداز المحايد 23 ، والإنزيم المحول للإندوثيلين -1 24. ثانيا ، لم يتم وصف التفاصيل الفنية المتغيرة للمقايسات المناعية المستخدمة لتحديد CGRP بشكل كامل في مثل هذه الدراسات. أخيرا ، يؤدي عدم توحيد منهجية المقايسة المناعية إلى تعقيد الصورة أكثر.

توضح هذه المقالة بروتوكول مقايسة الممتز المناعي المرتبط بالإنزيم المعدل (ELISA) الذي يسمح بالتنقية والقياس الكمي الدقيق ل α و βCGRP في البلازما البشرية. لا تتفاعل الأجسام المضادة للمجموعة مع الأميلين أو الكالسيتونين أو المادة P. خضع هذا البروتوكول لتجارب التحقق اللازمة ، مثل الارتفاع والاسترداد وخطية التخفيف ، والتي يتم تقديم البيانات الخاصة بها هنا. لم يتم وصف بروتوكول CGRP ELISA هذا الذي خضع للتحقق من الصحة بشكل كامل في الأدبيات. يمكن استخدام هذا البروتوكول لتحديد CGRP في البلازما البشرية في سياق الصداع النصفي وكذلك أمراض القلب 2,25 ، الأمراض الجلدية 26 ، التوليد 27 ، الروماتيزم28,29 ، الجهاز العضلي الهيكلي 30,31 ، الغدد الصماء 32,33 ، والأمراض الفيروسية 12,13 التي تورط فيها CGRP.

Protocol

تم تطوير هذا البروتوكول باستخدام عينات البلازما البشرية من الأفراد المعتمدين بموافقة من مجلس المراجعة المؤسسية بجامعة جونز هوبكنز (NA_00092491). 1. جمع العينات وإعدادها اجمع 5 مل من الدم الكامل من الوريد قبل التكعيبي عبر طرق بزل الوريد القياسية34 ف…

Representative Results

هناك العديد من الخطوات الرئيسية في البروتوكول التي يجب تسليط الضوء عليها. أولا ، يجب إضافة الأبروتينين ، وهو مثبط لأنزيم البروتياز سيرين ، إلى عينات الدم الكاملة فور جمعها لمنع المزيد من التدهور الأنزيمي ل CGRP. وقد تبين أن بروتياز سيرين يلعب دورا في استقلاب CGRP ، وقد استخدمت دراسة سابقة أيضا…

Discussion

توضح هذه المقالة بروتوكولا تم التحقق من صحته يسمح بالكشف عن CGRP وقياسه كميا في البلازما البشرية. تم تصنيع هذا البروتوكول بعد العثور على مجموعات CGRP ELISA التجارية لعدم تحديد هذا الجزيء بدقة. بعد إنشاء بروتوكول تحضير العينة ومنحنى قياسي صالح ، أظهرت تجارب الارتفاع والاسترداد والخطية للتخفيف أ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

نود أن نشكر روبرت ن. كول ولورين ر. ديفين وماركوس إغليسياس على مناقشاتهم المفيدة بشأن هذا البروتوكول. تم دعم ذلك جزئيا بتمويل من الجمعية الأمريكية لطب الأذن (منحة الزمالة ، PSK) ، والمؤسسة الأمريكية لأبحاث السمع (90066548 / 90072266 ، JPC) ، والمركز الوطني لتطوير العلوم الانتقالية (NCATS) ، وهو أحد مكونات المعاهد الوطنية للصحة (NIH) ، وخارطة طريق المعاهد الوطنية للصحة للبحوث الطبية (UL1 TR003098 ، NSF). محتويات المنشور هي مسؤولية المؤلفين وحدهم ولا تمثل بالضرورة وجهة النظر الرسمية لمحكمة جونز هوبكنز الجنائية الدولية لرواندا أو NCATS أو المعاهد الوطنية للصحة.

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

References

  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. Neuroscience. 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).

Play Video

Cite This Article
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