Иммуносигнатура

Иммуносигнатурирование — это медицинский диагностический тест , в котором используются массивы пептидов случайной последовательности для связывания антител в образце крови с заболеванием.

Ранние тесты иммуносигнатуры использовали стеклянные предметные стекла с пятнами 10 000 случайных пептидов. ^[1] Более новые работы по иммуносигнатуре проводятся на пластинах из диоксида кремния, при этом каждая пластина разрезана на стандартный размер предметного стекла и покрыта пятнами 330 034 пептидов; ^[2] однако, дальнейшее описание будет сосредоточено на экспериментах со стеклянными предметными стеклами. Эти пептиды со случайной последовательностью, длиной 20 аминокислот, химически прикреплены к предметным стеклам. ^[1] Из длины в 20 аминокислот 3 аминокислоты (на С-концевой стороне пептида) являются общими для каждого пептидного пятна. Этот сегмент из 3 аминокислот используется в качестве линкера, с помощью которого цепочка из 17 аминокислот («17-мер») прикреплена к предметному стеклу. ^[1] 17-мер является «случайным пептидом» со случайной последовательностью, выбранной с помощью генератора случайных чисел. ^[3] Эта случайность отличает технологию иммуносигнатуры от существующей технологии идентификации состояний болезни с помощью биомаркеров , поскольку 10 000 уникальных случайных пептидов на слайд не выбираются специально для содержания определенных последовательностей. ^[3] Случайные последовательности не выбираются для содержания известных эпитопов или участков связывания антител патогенов. Когда образец разбавленной сыворотки крови (содержащей антитела) наносится на поверхность пептидного микрочипа, 17-меры достаточно длинные, чтобы на каждом отдельном пептиде было несколько потенциальных эпитопов. ^[1]

Антитела присутствуют в разбавленном образце сыворотки и считаются значимыми для здоровья пациента, поскольку если антитела остаются даже в разбавленном образце сыворотки, они должны были разумно присутствовать в относительно больших количествах в крови пациента. ^[3] Этот набор антител будет связываться с областями некоторых случайных последовательностей пептидов. Антитела в образце сыворотки будут различаться у разных пациентов в зависимости от их здоровья или состояния болезни. ^[3] После того, как антителам позволили связаться с пептидами на микроматрице, матрицу промывают (чтобы удалить любые несвязанные частицы сыворотки или антитела). ^[3] После промывки матрица теперь имеет 10 000 случайных пептидов и неизвестное количество антител, связанных с некоторыми из этих пептидов.

Для обнаружения этих человеческих антител массив покрывается раствором флуоресцентно меченого вторичного антитела . ^[3] Это вторичное антитело связывается с антителом пациента, уже находящимся на массиве из разбавленного образца сыворотки, и поскольку это вторичное антитело флуоресцентно мечено, его можно обнаружить с помощью флуоресцентной микроскопии . ^[3] После того, как микроматрица промывается для удаления несвязанных вторичных антител и высушивается с помощью центрифугирования, ее сканируют с помощью флуоресцентной микроскопии, и становится видимым рисунок пептидных пятен со связанными антителами по сравнению с пятнами без антител. Этот рисунок называется иммуносигнатурой. ^[3]

Иммуносигнатурирование имеет множество применений в современных медицинских исследованиях и испытаниях, таких как диагностика инфекций, вызванных лихорадкой долины, и определение эффективности вакцины для защиты пациентов от заболевания.

На американском юго-западе, где грибковые инфекции лихорадки долины являются проблемой, платформа иммуносигнатуры была протестирована как способ обнаружения инфекции у пациентов. Инфекции лихорадки долины, когда проявляются симптомами, выглядят как обычный грипп, прогрессируя до симптомов, подобных пневмонии. ^[4] Текущее тестирование на лихорадку долины ненадежно, особенно у пациентов с другими инфекциями (такими как ВИЧ ), и точный диагноз может занять несколько недель. ^[5] Еще больше усложняет это тестирование то, что в небольшом проценте случаев у пациентов не вырабатываются обнаруживаемые антитела против грибка. ^[4] Текущее тестирование также может быть инвазивным и более сложным, чем массив иммуносигнатуры, начиная от анализа мокроты или крови, ^[6] до бронхоскопии ^[5] (последнее более инвазивно, а также занимает больше времени для получения результата). Усложняя проблему лихорадки долины, из 40% пациентов, у которых проявляются симптомы, ^[7] многим будет неправильно поставлен диагноз других заболеваний или они не будут признаны инфицированными лихорадкой долины. ^[4] Используя пептидный массив, ученые смогли определить отчетливую иммуносигнатуру для инфекций лихорадки долины, даже когда у пациентов были и другие респираторные инфекции. Иммуносигнатура также четко отличалась от иммуносигнатуры здоровых пациентов. ^[4]

Иммуносигнатуры использовались для проверки того, можно ли предсказать эффективность вакцины (на мышах) с использованием различных штаммов вируса гриппа. Мышам вводили сезонную вакцину от гриппа или вакцину против конкретного вируса гриппа, протестированного в исследовании (PR8). Затем мышей заражали штаммом гриппа PR8. Те группы мышей, которым вводили вакцину, специфичную для PR8, не только выживали, но и не проявляли никаких симптомов гриппа. У мышей, которым вводили любую из двух сезонных вакцин от гриппа, все развились симптомы гриппа, а некоторые (20-40%, в зависимости от того, какая сезонная вакцина была получена) погибли от инфекции PR8. ^[8]

Группа мышей, получивших сублетальные дозы PR8 для заражения, и группа мышей, получивших вакцины убитого PR8, имели разные иммуносигнатуры. Две группы мышей, иммунизированных сезонными вакцинами против гриппа, также имели иммуносигнатуры, которые отличались друг от друга. Это показывает, что платформа иммуносигнатур может использоваться для различения очень похожих вакцин. Иммуносигнатура известной защиты (в данном случае сигнатура мышей, иммунизированных убитым вирусом) сравнивалась с иммуносигнатурами групп мышей, которым давали менее защитные вакцины. Чем более защитной была вакцина мыши, тем ближе была иммуносигнатура этой мыши к защищенной сигнатуре. ^[8]

Поскольку платформа иммуносигнатур полезна для любого заболевания, которое затрагивает иммунную систему, ^[9] она была протестирована, чтобы определить, можно ли определить различные иммуносигнатуры для различных видов рака. ^[3] Используя массив из 10 000 пептидов, сравнение со здоровыми контрольными образцами использовалось для установления иммуносигнатур для пяти различных протестированных видов рака. Образцы здорового и ракового состояния были различимы, но наблюдалось небольшое совпадение сигнатур среди видов рака. Это привело к потере специфичности при различении видов рака с использованием иммуносигнатур. Чтобы решить эту проблему, были определены пептиды, которые были статистически значимы в сигнатурах рака, с использованием более строгих процессов отбора. Это исключило пептиды, общие для различных видов рака, и этот выбор пептидов использовался для различения видов рака со специфичностью 95%. ^[3]

Патент: «Составные массивы для профилирования образцов», WO 2,010,148,365, изобретатели: Джонстон, Стивен А.; Стаффорд, Филипп.

HealthTell приобрела патент Immunosignature в 2012 году и занимается коммерциализацией возможностей диагностики человека с использованием высокопроизводительного производства. Для получения дополнительной информации: http://www.healthtell.com/

• "2007 GELSS Symposium Abstracts" (PDF) . Университет штата Аризона . 2007. стр. 5 . Получено 8 апреля 2010 г. .
• Legutki JB, Magee DM, Stafford P, Johnston SA. «Общий метод характеристики гуморального иммунитета, вызванного вакциной или инфекцией». doi: 10.1016/j.vaccine.2010.04.061 Вакцина, 2010.
• Браун П., Стаффорд П., Джонстон С.А., Дину Валентин: «Статистические методы анализа иммуносигнатур» BMC Bioinformatics 12:349, doi :10.1186/1471-2105-12-349, 2011.
• Рестрепо Л., Стаффорд П., Маги Д.М., Джонстон СА. «Применение иммуносигнатур для оценки болезни Альцгеймера». Annals of Neurology doi :10.1002/ana.22405. 2011.
• Гальперин РФ, Стаффорд П., Джонстон СА. «Изучение распознавания антителами пространства последовательностей с помощью микрочипов случайных последовательностей». Молекулярная и клеточная протеомика doi :10.1074/mcp.M110.000786. 2011.
• Stafford P, Johnston SA. «Технология микрочипов демонстрирует сложность гуморального иммунного ответа». Expert Reviews in Molecular Diagnostics 11(1):5-8. 2011
• Гальперин РФ, Стаффорд П., Эмери Дж.С., Навалкар К.А., Джонстон С.А.: «GuiTope: приложение для сопоставления случайных последовательностей пептидов с белковыми последовательностями», BMC Bioinformaticsˆ, 13:1, doi :10.1186/1471-2105-13-1. 2012.
• Stafford P, Halperin R, Legutki JB, Magee DM, Galgiani J, Johnston SA: «Физическая характеристика эффекта «иммуносигнатуры», doi : 10.1074/mcp.M111.011593, Молекулярная и клеточная протеомика. 2012.
• Кукрея М., Джонстон С.А., Стаффорд П.: «Сравнительное исследование алгоритмов классификации для данных иммуносигнатурирования», doi : 10.1186/1471-2105-13-139, BMC Bioinformatics. 2012.
• Хьюз А., Цихач З., Шек А., Кунс С.В., Джонстон С.А., Стаффорд П.: «Иммунологическое исследование позволяет обнаружить продукты молекулярных маркеров при раке мозга», doi : 10.1371/journal.pone.0040201, PLoS ONE, 2012.
• Чейз Б.А., Джонстон С.А. и Легутки Дж.Б. «Оценка подготовки биологических образцов для диагностики на основе иммуносигнатур», doi :10.1128/CVI.05667-11, Клиническая и вакцинная иммунология, 2012.
• Кренинг К., Джонстон С.А., Легутки Дж.Б. «Аутореактивные антитела, полученные с помощью собственных пептидов de novo, могут идентифицировать неродственные антигены на белковых микрочипах», doi :10.1016/j.yexmp.2012.03.002, Experimental and Molecular Pathology, 2012.
• Рестрепо Л., Стаффорд П., Джонстон С.А. «Возможность раннего диагностического теста иммуносигнатуры болезни Альцгеймера», doi : 10.1016/j.jneuroim.2012.09.014, Журнал нейроиммунологии, 2012.
• Сайкс К., Легутки Дж. Б., Стратфорд П. «Иммуносигнатурирование: критический обзор», doi: 10.1016/j.tibtech.2012.10.012, Cell Press, 2012.
• Джонстон С.А. «Здравоохранение по почте», http://www.zocalopublicsquare.org/2011/09/12/dear-john-you-have-psoriasis/ideas/nexus/
• Легутки Дж. Б., Джонстон С. А.: «Иммуносигнатуры могут предсказывать эффективность вакцины», Труды Национальной академии наук, doi :10.1073/pnas.130939011, 2013.
• Навалкар КА, Джонстон СА, Вудбери Н, Гальджиани Дж, Маги ДМ, Чикач З, Стаффорд П. «Применение иммуносигнатур для диагностики лихорадки долины», doi :10.1128/CVI.00228-14, Клиническая и вакцинная иммунология, 2014.
• Уильямс С., Стаффорд П., Хоффман СА. «Диагностика и раннее обнаружение CNS-SLE у мышей MRL/lpr с использованием пептидных микрочипов», doi :10.1186/1471-2172-15-23, BMC Immunology, 2014.
• Стаффорд П., Чихач З., Вудбери Н., Джонстон С.А. «Система иммуносигнатуры для диагностики рака», doi: 10.1073/pnas.1409432111, PNAS, 2014.
• Легутки Дж. Б., Чжао З. Г., Гревинг М., Вудбери Н., Джонстон С. А., Стаффорд П. «Масштабируемые массивы пептидов высокой плотности для комплексного мониторинга здоровья», doi:10.1038/ncomms5785, Nature Communications, 2014.