Пептидный микрочип
Другие имена | Пептидный чип, пептидный массив |
---|---|
Использование | Изучить свойства связывания, специфичность и функциональность, а также кинетику белок-пептидных или белок-белковых взаимодействий. |
Пептидный микрочип (также широко известный как пептидный чип или микрочип пептидного эпитопа) представляет собой набор пептидов, отображаемых на твердой поверхности, обычно на стеклянном или пластиковом чипе. Пептидные чипы используются учеными в области биологии, медицины и фармакологии для изучения связывающих свойств и функциональности, а также кинетики белок-белковых взаимодействий в целом. В фундаментальных исследованиях пептидные микрочипы часто используются для определения профиля фермента (например, киназы , фосфатазы , протеазы , ацетилтрансферазы , деацетилазы гистонов антитела и т. д.), для картирования эпитопа или для поиска ключевых остатков для связывания белка. Практическое применение — открытие серомаркеров , профилирование изменения гуморального иммунного ответа отдельных пациентов во время прогрессирования заболевания, мониторинг терапевтических вмешательств, стратификация пациентов и разработка диагностических инструментов и вакцин .
Принцип
[ редактировать ]Принцип анализа пептидных микрочипов аналогичен протоколу ELISA . Пептиды (до десятков тысяч в нескольких копиях) прикреплены к поверхности стеклянного чипа, обычно размером и формой напоминающего предметное стекло микроскопа. Этот пептидный чип можно напрямую инкубировать с различными биологическими образцами, такими как очищенные ферменты или антитела , сыворотки пациентов или животных , клеточные лизаты , а затем обнаруживать их методом, зависящим от метки, например, с помощью первичного антитела, нацеленного на связанный белок. или модифицированные субстраты. После нескольких этапов промывания наносят вторичное антитело с необходимой специфичностью (например, против IgG человека/мыши или против фосфотирозина или против myc). Обычно вторичное антитело помечается флуоресцентной меткой, которую можно обнаружить с помощью флуоресцентного сканера. [ 2 ] Другие методы обнаружения, зависящие от метки, включают хемилюминесценцию, колориметрию или авторадиографию.
Анализы, зависящие от метки, выполняются быстро и удобно, но могут привести к получению ложноположительных и отрицательных результатов. [ 3 ] Совсем недавно появилось обнаружение без меток, включая спектроскопию поверхностного плазмонного резонанса (ППР), масс-спектрометрию (МС) и многие другие оптические биосенсоры. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] были использованы для измерения широкого спектра активности ферментов. [ 8 ]
Пептидные микрочипы демонстрируют ряд преимуществ перед белковыми микрочипами :
- Простота и стоимость синтеза
- Повышенная стабильность полки
- Обнаружение событий связывания на уровне эпитопа, что позволяет изучать распространение эпитопа.
- Гибкий дизайн для пептидных последовательностей (т.е. посттрансляционные модификации, разнообразие последовательностей, неприродные аминокислоты...) и химические методы иммобилизации.
- Более высокая воспроизводимость от партии к партии
Производство пептидного микрочипа
[ редактировать ]Пептидный микрочип представляет собой плоское предметное стекло с нанесенными на него пептидами или собранными непосредственно на поверхности путем синтеза in-situ. В то время как обнаруженные пептиды могут подвергаться контролю качества, который включает масс-спектрометрический анализ и нормализацию концентрации перед обнаружением и являются результатом одной синтетической партии, пептиды, синтезированные непосредственно на поверхности, могут страдать от изменений от партии к партии и ограниченных возможностей контроля качества. Однако синтез пептидов на чипе позволяет параллельно синтезировать десятки тысяч пептидов, обеспечивая более крупные библиотеки пептидов при более низких затратах на синтез. [ 9 ] Пептиды в идеале ковалентно связаны посредством хемоселективной связи, что приводит к образованию пептидов с одинаковой ориентацией для определения профиля взаимодействия. Некоторые альтернативные процедуры описывают неспецифическое ковалентное связывание и адгезивную иммобилизацию.
Однако литографические методы можно использовать для решения проблемы чрезмерного количества циклов соединения. Описан комбинаторный синтез пептидных массивов на микрочипе методом лазерной печати. [ 9 ] [ 10 ] где модифицированный цветной лазерный принтер используется в сочетании с традиционным химическим методом твердофазного синтеза пептидов . [ 11 ] Аминокислоты иммобилизуются внутри частиц тонера, а пептиды печатаются на поверхности чипа последовательными комбинаторными слоями. Плавление тонера в начале реакции сочетания гарантирует, что доставка аминокислот и реакция сочетания могут осуществляться независимо. Еще одним преимуществом этого метода является то, что каждую аминокислоту можно производить и очищать отдельно с последующим внедрением ее в частицы тонера, что обеспечивает длительное хранение.
Применение пептидных микрочипов
[ редактировать ]Пептидные микрочипы можно использовать для изучения различных видов белок-белковых взаимодействий, особенно тех, которые включают модульные белковые субструктуры, называемые модулями распознавания пептидов или, чаще всего, доменами белкового взаимодействия. Причина этого заключается в том, что такие белковые субструктуры распознают короткие линейные мотивы, часто экспонируемые в нативно неструктурированных областях партнера по связыванию, так что взаимодействие можно моделировать in vitro с помощью пептидов в качестве зондов и модуля распознавания пептидов в качестве аналита. Большинство публикаций можно найти в контексте иммунного мониторинга и определения профиля ферментов.
Иммунология
[ редактировать ]- Картирование иммунодоминантных областей антигенов или целых протеомов [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
- Открытие серомаркеров [ 16 ] [ 17 ]
- Мониторинг клинических исследований [ 18 ]
- Профилирование сигнатур антител [ 19 ] [ 20 ] и картирование эпитопов
- Обнаружение нейтрализующих антител [ 21 ]
Профилирование ферментов
[ редактировать ]- Идентификация субстратов орфанных ферментов [ 22 ]
- Оптимизация известных ферментных субстратов [ 23 ]
- Выяснение путей передачи сигнала [ 24 ]
- Обнаружение загрязняющей активности ферментов
- Консенсусная последовательность и определение ключевых остатков [ 25 ]
- Выявление мест белок-белковых взаимодействий в комплексе [ 26 ]
Анализ и оценка результатов
[ редактировать ]Анализ данных и оценка результатов — самая важная часть каждого эксперимента с микрочипами. [ 27 ] После сканирования слайдов микрочипа сканер записывает 20-битное, 16-битное или 8-битное числовое изображение в формате файла изображения с тегами (*.tif). Изображение .tif позволяет интерпретировать и количественно оценивать каждое флуоресцентное пятно на сканированном предметном стекле микрочипа. Эти количественные данные являются основой для проведения статистического анализа измеренных событий связывания или модификаций пептидов на предметном стекле микрочипа. Для оценки и интерпретации обнаруженных сигналов необходимо выполнить выделение пептидного пятна (видимого на изображении) и соответствующей пептидной последовательности. Данные для распределения обычно сохраняются в файле списка массивов GenePix (.gal) и поставляются вместе с пептидным микрочипом. Файл .gal (текстовый файл, разделенный табуляцией) можно открыть с помощью модулей программного обеспечения для количественного анализа микрочипов или обработать с помощью текстового редактора (например, блокнота) или Microsoft Excel. Этот файл «gal» чаще всего предоставляется производителем микроматрицы и генерируется входными txt-файлами и программным обеспечением отслеживания, встроенным в роботов, которые производят микрочипы.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хансен, Лайла Брунце; Буус, Сорен; Шафер-Нильсен, Клаус (23 июля 2013 г.). «Идентификация и картирование эпитопов линейных антител в сывороточном альбумине человека с использованием пептидных массивов высокой плотности» . ПЛОС ОДИН . 8 (7): e68902. Бибкод : 2013PLoSO...868902H . дои : 10.1371/journal.pone.0068902 . ISSN 1932-6203 . ПМЦ 3720873 . ПМИД 23894373 .
- ^ Пансе, С; Донг, Л; Буриан, А; Карус, Р; Щутковский, М; Реймер, Ю; Шнайдер-Мергенер, Дж (2004). «Профилирование генерических антифосфопептидных антител и киназ с помощью пептидных микрочипов с использованием радиоактивных и флуоресцентных анализов». Молекулярное разнообразие . 8 (3): 291–9. doi : 10.1023/B:MODI.0000036240.39384.eb . ПМИД 15384422 . S2CID 407457 .
- ^ Каберлейн, Мэтт; МакДона, Томас; Хельтвег, Биргит; Хиксон, Джеффри; Вестман, Эрик А.; Колдуэлл, Сет Д.; Нэппер, Эндрю; Кертис, Рори; ДиСтефано, Питер С. (29 апреля 2005 г.). «Субстратно-специфическая активация сиртуинов ресвератролом» . Журнал биологической химии . 280 (17): 17038–17045. дои : 10.1074/jbc.M500655200 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 15684413 .
- ^ Фернандес Гавела, Адриан; Грахалес Гарсия, Даниэль; Рамирес, Джонаттан К.; Лечуга, Лаура М. (24 февраля 2016 г.). «Последние достижения в области оптических биосенсоров на основе кремния» . Датчики . 16 (3): 285. Бибкод : 2016Senso..16..285F . дои : 10.3390/s16030285 . ПМЦ 4813860 . ПМИД 26927105 .
- ^ Фанг, Йе (2010). «Биосенсор с резонансной волноводной решеткой для микрочипов». Оптические волноводные химические и биосенсоры II . Серия Springer о химических сенсорах и биосенсорах. Том. 8. Шпрингер, Берлин, Гейдельберг. стр. 27–42. дои : 10.1007/978-3-642-02827-4_2 . ISBN 9783642028267 .
- ^ Пико, Сара; Филиппакопулос, Панагис (17 августа 2015 г.). «Обнаружение зависимых от ацетил-лизина взаимодействий» . Микрочипы . 4 (3): 370–388. doi : 10.3390/microarrays4030370 . ПМЦ 4996381 . ПМИД 27600229 .
- ^ Хундсбергер, Харальд; Ондер, Камил; Шуллер-Гетцбург, Питер; Вирок, Дезсо П.; Херцог, Джулия; Рид, Рафаэла (8 июня 2017 г.). «Сборка и использование рекомбинантных пептидных чипов высокой плотности для крупномасштабного скрининга лигандов является практической альтернативой синтетическим пептидным библиотекам» . БМК Геномика . 18 (1): 450. дои : 10.1186/s12864-017-3814-3 . ISSN 1471-2164 . ПМЦ 5463365 . ПМИД 28595602 .
- ^ Шимчак, Линдси К.; Куо, Синь-Ю; Мркшич, Милан (2 января 2018 г.). «Пептидные массивы: разработка и применение» . Аналитическая химия . 90 (1): 266–282. дои : 10.1021/acs.analchem.7b04380 . ISSN 0003-2700 . ПМК 6526727 . ПМИД 29135227 .
- ^ Jump up to: а б Бейер, М; Нестеров А; Блок, я; Кениг, К; Фельгенгауэр, Т; Фернандес, С; Лейбе, К; Торральба, Г; Хаусманн, М; Ствол, U; Линденструт, В; Бишофф, Франция; Стадлер, В; Брейтлинг, Ф (21 декабря 2007 г.). «Комбинаторный синтез пептидных массивов на микрочипе». Наука . 318 (5858): 1888. Бибкод : 2007Sci...318.1888B . дои : 10.1126/science.1149751 . ПМИД 18096799 . S2CID 33941406 .
- ^ Брейтлинг, Франк; Фельгенгауэр, Томас; Нестеров, Александр; Линденструт, Волкер; Стадлер, Волкер; Бишофф, Ф. Ральф (23 марта 2009 г.). «Синтез пептидных массивов на основе частиц». ХимБиоХим . 10 (5): 803–808. дои : 10.1002/cbic.200800735 . ISSN 1439-7633 . ПМИД 19191248 . S2CID 13173295 .
- ^ Стадлер, Волкер; Фельгенгауэр, Томас; Бейер, Марио; Фернандес, Саймон; Лейбе, Клаус; Гюттлер, Стефан; Гренинг, Мартин; Король, Кай; Торральба, Глория (1 сентября 2008 г.). «Комбинаторный синтез пептидных массивов с помощью лазерного принтера». Международное издание «Прикладная химия» . 47 (37): 7132–7135. дои : 10.1002/anie.200801616 . ISSN 1521-3773 . ПМИД 18671222 .
- ^ Зандиан, Араш; Форсстрём, Бьёрн; Хаггмарк-Монберг, Анна; Швенк, Йохен М.; Улен, Матиас; Нильссон, Питер; Айоглу, Бурджу (9 февраля 2017 г.). «Цельнопротеомные пептидные микрочипы для профилирования репертуара аутоантител при рассеянном склерозе и нарколепсии» . Журнал исследований протеома . 16 (3): 1300–1314. doi : 10.1021/acs.jproteome.6b00916 . ПМИД 28121444 .
- ^ Линь, Цзин; Бардина, Людмила; Шреффлер, Уэйн Г.; Андреэ, Дорте А.; Ге, Юнчао; Ван, Джули; Бруни, Франческа М.; Фу, Чжиян; и др. (2009). «Разработка нового пептидного микрочипа для крупномасштабного картирования эпитопов пищевых аллергенов» . Журнал аллергии и клинической иммунологии . 124 (2): 315–22, 322.e1–3. дои : 10.1016/j.jaci.2009.05.024 . ПМК 2757036 . ПМИД 19577281 .
- ^ Линнебахер, М; Лоренц, П; Кой, С; Янке, А; Борн, Н; Стейнбек, Ф; Уолболд, Дж; Лацков, Т; и др. (2012). «Характеристика клональности природных эпитоп-специфичных антител против топоизомеразы IIa опухолевого антигена с помощью пептидного чипа и анализа протеома: пилотное исследование с образцами пациентов с колоректальной карциномой». Аналитическая и биоаналитическая химия . 403 (1): 227–38. дои : 10.1007/s00216-012-5781-5 . ПМИД 22349330 . S2CID 33847079 .
- ^ Йениш, Томас; Хейсс, Кирстен; Фишер, Нико; Гейгер, Кэролин; Бишофф, Ф. Ральф; Молденхауэр, Герхард; Рыхлевский, Лешек; Сье, Али; Кулибали, Бубакар (апрель 2019 г.). «Пептидные массивы высокой плотности помогают идентифицировать линейные иммуногенные эпитопы B-клеток у людей, естественно подвергающихся воздействию малярийной инфекции» . Молекулярная и клеточная протеомика . 18 (4): 642–656. дои : 10.1074/mcp.RA118.000992 . ISSN 1535-9484 . ПМК 6442360 . ПМИД 30630936 .
- ^ Каллауэй, Юэн (2011). «Появляются подсказки, объясняющие первое успешное испытание вакцины против ВИЧ». Природа . дои : 10.1038/news.2011.541 .
- ^ Хейсс, Кирстен; Хайдеприем, Жасмин; Фишер, Нико; Вебер, Лаура К.; Дальке, Кристина; Йениш, Томас; Леффлер, Феликс Ф. (сентябрь 2020 г.). «Быстрое реагирование на пандемические угрозы: обнаружение иммуногенных эпитопов пандемических возбудителей для диагностики и разработки вакцин с использованием пептидных микрочипов». Журнал исследований протеома . doi : 10.1021/acs.jproteome.0c00484 . hdl : 21.11116/0000-0007-05EF-7 .
{{cite journal}}
: CS1 maint: дата и год ( ссылка ) - ^ Гаррен, Х; Робинсон, Вашингтон; Красулова, Э; Гаврдова, Э; Надж, К; Сельмай, К; Лоси, Дж; Надж, я; и др. (2008). «Фаза 2 испытания ДНК-вакцины, кодирующей основной белок миелина, от рассеянного склероза». Анналы неврологии . 63 (5): 611–20. CiteSeerX 10.1.1.418.3083 . дои : 10.1002/ana.21370 . ПМИД 18481290 . S2CID 16111674 .
{{cite journal}}
:|first16=
имеет общее имя ( справка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Гасейциве, С.; Валентини, Д.; Махдавифар, С.; Рейли, М.; Эрнст, А.; Мёрер, М. (2009). «Идентификация на основе пептидных микрочипов эпитопа микобактерии туберкулеза, связывающегося с HLA-DRB1*0101, DRB1*1501 и DRB1*0401» . Клиническая и вакциноиммунология . 17 (1): 168–75. дои : 10.1128/CVI.00208-09 . ПМК 2812096 . ПМИД 19864486 .
- ^ Вебер, Лаура К.; Палермо, Андреа; Кюглер, Йонас; Армант, Оливье; Иссе, Авале; Рентшлер, Симона; Йениш, Томас; Хуббух, Юрген; Дюбель, Стефан (апрель 2017 г.). «Снятие отпечатков пальцев одной аминокислоты репертуара человеческих антител с помощью массивов пептидов высокой плотности». Журнал иммунологических методов . 443 : 45–54. дои : 10.1016/j.jim.2017.01.012 . ISSN 1872-7905 . ПМИД 28167275 .
- ^ Томарас, Грузия; Бинли, Дж. М.; Грей, ES; Крукс, ET; Осава, К; Мур, Польша; Тумба, Н; Тонг, Т; и др. (2011). «Поликлональные В-клеточные ответы на консервативные нейтрализующие эпитопы у подгруппы ВИЧ-1-инфицированных людей» . Журнал вирусологии . 85 (21): 11502–19. дои : 10.1128/JVI.05363-11 . ПМК 3194956 . ПМИД 21849452 .
- ^ Киндрачук Ю.; Арсено, Р; Кусалик, Т; Киндрачук, К.Н.; Трост, Б; Нэппер, С; Ярлинг, ПБ; Блейни, Дж. Э. (2011). «Системная киномика демонстрирует, что инфекция вирусом оспы обезьян бассейна Конго избирательно модулирует сигнальные реакции клеток-хозяев по сравнению с вирусом оспы обезьян Западной Африки» . Молекулярная и клеточная протеомика . 11 (6): М111.015701. дои : 10.1074/mcp.M111.015701 . ПМЦ 3433897 . ПМИД 22205724 .
- ^ Лискано, Дж. М.; Дик, М; Моррис, Н.; Келох, А; Хасти, CJ; Донг, Л; Щутковский, М; Реймер, Ю; Алесси, Д.Р. (2002). «Молекулярная основа субстратной специфичности NIMA-родственной киназы-6 (NEK6). ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ТОГО, ЧТО NEK6 НЕ ФОСФОРИЛИРУЕТ ГИДРОФОБНЫЙ МОТИВ РИБОСОМАЛЬНОЙ ПРОТЕИНКИНАЗЫ S6 И СЫВОРОТОЧНО- И ГЛЮКОКОРТИКОИД-ИНДУЦИРОВАННОЙ ПРОТЕИНКИНАЗЫ IN VIVO» . Журнал биологической химии . 277 (31): 27839–49. дои : 10.1074/jbc.M202042200 . ПМИД 12023960 .
- ^ Дельгадо, JY; Коба, М.; Андерсон, КПГ; Томпсон, КР; Грей, Э.Э.; Хойснер, CL; Мартин, КЦ; Грант, SGN; О'Делл, Ти Джей (2007). «Активация рецептора NMDA дефосфорилирует субъединицы рецептора глутамата 1 АМРА-рецептора по треонину 840» . Журнал неврологии . 27 (48): 13210–21. doi : 10.1523/JNEUROSCI.3056-07.2007 . ПМЦ 2851143 . ПМИД 18045915 .
- ^ Тиле, А; Кренцлин, К; Эрдманн, Ф; Раух, Д; Хаус, Дж; Зервек, Дж; Килка, С; Позель, С; и др. (2011). «Парвулин 17 способствует сборке микротрубочек благодаря своей пептидил-пролил-цис/транс-изомеразной активности». Журнал молекулярной биологии . 411 (4): 896–909. дои : 10.1016/j.jmb.2011.06.040 . ПМИД 21756916 .
- ^ Парсонс, Л.С.; Уилкенс, С. (2012). «Изучение взаимодействий субъединиц-субъединиц в дрожжевой вакуолярной АТФазе с помощью пептидных массивов» . ПЛОС ОДИН . 7 (10): е46960. Бибкод : 2012PLoSO...746960P . дои : 10.1371/journal.pone.0046960 . ПМЦ 3470569 . ПМИД 23071676 .
- ^ Хекер, М; Лоренц, П; Стейнбек, Ф; Хонг, Л; Римекастен, Г; Ли, Ю; Зеттл, Великобритания; Тизен, HJ (2012). «Вычислительный анализ данных микрочипов пептидов высокой плотности с применением от системного склероза до рассеянного склероза». Обзоры аутоиммунитета . 11 (3): 180–90. дои : 10.1016/j.autrev.2011.05.010 . ПМИД 21621003 .