Imunosignatura - Immunosignature

Imunosignaturace je lékař diagnostický test který používá pole náhodných sekvencí peptidy sdružovat protilátky v krevní vzorek s nemocí.

Jak to funguje

Náhodné peptidové pole

Včasné testy imunosignatury používaly sklíčka ze skleněného mikroskopu se skvrnami 10 000 náhodných peptidů.[1] Novější práce s imunosignaturou probíhají na destičkách z oxidu křemičitého, přičemž každá destička je rozřezána na standardní velikost sklíčka a je na ní naneseno 330 034 peptidů;[2] další popis se však zaměří na experimenty se skleněnými sklíčky. Tyto peptidy s náhodnou sekvencí, dlouhé 20 aminokyselin, jsou chemicky připojeny ke sklíčkům.[1] Z 20 aminokyselin o délce 3 aminokyseliny (na C-konec strana peptidu) jsou společné pro každou peptidovou skvrnu. Tento segment se 3 aminokyselinami se používá jako linker, kterým je k sklíčku připojen řetězec 17 aminokyselin („17-mer“).[1] 17mer je „náhodný peptid“ s náhodnou sekvencí vybranou pomocí generátoru náhodných čísel.[3] Tato náhodnost odlišuje technologii imunosignatury od stávající technologie pro identifikaci chorobných stavů pomocí biomarkery, protože 10 000 jedinečných náhodných peptidů na sklíčko není konkrétně vybráno pro to, aby obsahovaly konkrétní sekvence.[3] Náhodné sekvence nejsou vybrány tak, aby obsahovaly známé epitopy nebo vazebná místa pro protilátky patogenů. Když vzorek zředěný krevní sérum (obsahující protilátky) se aplikuje na povrch peptidové mikročipy, 17-méry jsou dostatečně dlouhé, aby na každém jednotlivém peptidu bylo několik potenciálních epitopů.[1]

Vazba protilátek

Protilátky jsou přítomny ve zředěném vzorku séra a jsou považovány za významné pro zdraví pacienta, protože pokud protilátky zůstanou přítomny i ve zředěném vzorku séra, musí být přiměřeně přítomny v relativně vysokém množství v krvi pacienta.[3] Tato sbírka protilátek se bude vázat na oblasti některých peptidů s náhodnou sekvencí. Protilátky ve vzorku séra se budou u pacientů lišit v závislosti na jejich zdravotním stavu nebo chorobném stavu.[3] Jakmile bylo umožněno protilátkám vázat se na peptidy na mikročipu, pole se promylo (aby se odstranily všechny nevázané částice séra nebo protilátky).[3] Po promytí má pole nyní 10 000 náhodných peptidů a neznámý počet protilátek navázaných na některé z těchto peptidů.

Detekce protilátek

K detekci těchto lidských protilátek je pole pokryto roztokem fluorescenčně značeného sekundární protilátka.[3] Tato sekundární protilátka se váže na protilátku pacienta již na matici ze zředěného vzorku séra, a protože je tato sekundární protilátka fluorescenčně značená, je detekovatelná pomocí fluorescenční mikroskopie.[3] Poté, co se mikročip promyje, aby se odstranila nenavázaná sekundární protilátka, a vysuší se centrifugací, se skenuje pomocí fluorescenční mikroskopie a stane se viditelným vzor peptidových skvrn s navázanými protilátkami oproti těm bez protilátek. Tento model se nazývá imunosignatura.[3]

Lékařské aplikace

Imunosignaturování má v současném lékařském výzkumu a testování mnoho aplikací, jako je diagnostika infekcí údolní horečkou a stanovení, zda bude vakcína účinná při ochraně pacientů před nemocemi.

Diagnóza Valley Fever

Na americkém jihozápadě, kde plísňové infekce údolní horečka jsou problémem, byla testována platforma imunosignatury jako způsob detekce infekce u pacientů. Infekce údolní horečky, když jsou symptomatické, se zdají podobné běžné chřipce a progredují do symptomů podobných pneumonii.[4] Současné testování údolní horečky je nespolehlivé, zejména u pacientů s jinými infekcemi (např HIV ) a sebevědomá diagnóza může trvat týdny.[5] Dále komplikuje toto testování, u malého procenta případů se u pacientů nevyvinou žádné detekovatelné protilátky proti plísním.[4] Současné testování může být také invazivní a náročnější než pole imunosignatury, od testu sputa nebo krevního testu,[6] na bronchoskopie[5] (druhý způsob je invazivnější a navíc trvá déle, než se dosáhne výsledku). Znepokojující je otázka údolní horečky ze 40% pacientů vykazujících příznaky,[7] mnoho z nich bude chybně diagnostikováno s jinými stavy nebo nebudou uznáni jako infikovaní údolní horečkou.[4] Pomocí peptidového pole byli vědci schopni určit zřetelnou imunosignaturu pro infekce údolní horečkou, i když pacienti měli i jiné respirační infekce. Imunosignatura byla také jasně odlišena od imunosignatury u zdravých pacientů.[4]

Účinnost vakcíny

Imunosignatury byly použity k testování, zda lze předpovědět účinnost vakcíny (u myší), s použitím různých kmenů viru chřipky. Myši dostaly sezónní vakcínu proti chřipce nebo vakcínu proti specifickému viru chřipky testovanému ve studii (PR8). Myši byly poté infikovány chřipkovým kmenem PR8. Skupiny myší, kterým byla podána vakcína specifická pro PR8, nejen přežily, ale nevykazovaly žádné příznaky chřipky. U myší, kterým byla podána některá ze dvou sezónních vakcín proti chřipce, se vyvinuly příznaky chřipky a některé (20 až 40%, v závislosti na tom, která sezónní vakcína byla podána) byly zabity infekcí PR8.[8]

Skupina myší, které dostaly subletální infekční dávky PR8, a skupina myší, které dostaly vakcíny proti usmrcenému PR8, měla různé imunosignáty. Obě skupiny myší imunizované vakcínami proti sezónní chřipce měly také navzájem odlišné imunitní signatury. To ukazuje, že platformu pro imunosignaturu lze použít k rozlišení mezi velmi podobnými vakcínami. Imunosignatura známé ochrany (zde podpis myší imunizovaných usmrceným virem) byla porovnána s imunosignatury skupin myší, kterým byly podány méně ochranné vakcíny. Čím ochrannější byla myší vakcína, tím blíže se její imunitní podpis k chráněnému podpisu.[8]

Detekce rakoviny

Jelikož je platforma imunosignatury užitečná pro jakékoli onemocnění, které postihuje imunitní systém,[9] bylo testováno, aby se zjistilo, zda lze pro různé druhy rakoviny určit odlišná imunosignatury.[3] S použitím 10 000 peptidového pole bylo pro stanovení imunosignatur pro pět různých testovaných druhů rakoviny použito srovnání se zdravými kontrolními vzorky. Vzorky stavu zdravého versus rakoviny byly rozlišitelné, ale mezi rakovinami došlo k mírnému překrytí podpisů. To vedlo ke ztrátě specificity při rozlišování mezi rakovinami pomocí imunosignatur. Aby se to vyřešilo, bylo stanoveno, že peptidy jsou statisticky významné v podpisech rakoviny pomocí přísnějších procesů výběru. To eliminovalo společné peptidy mezi různými druhy rakoviny a tento výběr peptidů byl použit k rozlišení mezi druhy rakoviny, s 95% specificitou.[3]

Patent a komercializace

Patent: „Compound Arrays for Sample Profiling“, WO 2,010,148,365, vynálezce: Johnston, Stephen A; Stafford, Phillip.

HealthTell získal patent Immunosignature v roce 2012 a komercializuje schopnosti lidské diagnostiky pomocí výroby s vysokou propustností. Pro více informací: http://www.healthtell.com/

Reference

  1. ^ A b C d Stafford, Phillip; Halperin, Rebecca; Legutki, Joseph Bart; Magee, Dewey Mitchell; Galgiani, John; Johnston, Stephen Albert (01.04.2012). "Fyzikální charakterizace" imunosignaturujícího účinku"". Molekulární a buněčná proteomika. 11 (4): M111.011593. doi:10,1074 / mcp.M111.011593. ISSN  1535-9476. PMC  3367934. PMID  22261726.
  2. ^ O’Donnell, Brian; Maurer, Alexander; Papandreou-Suppappola, Antonia; Stafford, Phillip (2015-06-18). "Časově-frekvenční analýza peptidových dat z mikročipu: aplikace pro imunosignatury rakoviny mozku". Informatika o rakovině. 14 (Suppl 2): ​​219–233. doi:10,4137 / CIn.s17285. ISSN  1176-9351. PMC  4476374. PMID  26157331.
  3. ^ A b C d E F G h i j Stafford, Phillip; Cichacz, Zbigniew; Woodbury, Neal W .; Johnston, Stephen Albert (29.07.2014). "Imunosignaturní systém pro diagnostiku rakoviny". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 111 (30): E3072 – E3080. doi:10.1073 / pnas.1409432111. ISSN  0027-8424. PMC  4121770. PMID  25024171.
  4. ^ A b C d Navalkar, Krupa Arun; Johnston, Stephen Albert; Woodbury, Neal; Galgiani, John N .; Magee, D. Mitchell; Chicacz, Zbigniew; Stafford, Phillip (01.08.2014). "Aplikace imunosignatur pro diagnostiku Valley Fever". Klinická a vakcínová imunologie. 21 (8): 1169–1177. doi:10.1128 / CVI.00228-14. ISSN  1556-6811. PMC  4135907. PMID  24964807.
  5. ^ A b Ditomasso, John P .; Ampel, Neil M .; Sobonya, Richard E .; Bloom, John W. (únor 1994). „Bronchoskopická diagnostika srovnání plicní kokcidioidomykózy cytologie, kultury a transbronchiální biopsie“. Diagnostická mikrobiologie a infekční onemocnění. 18 (2): 83–87. doi:10.1016/0732-8893(94)90070-1. PMID  8062536.
  6. ^ „Testy a diagnóza údolní horečky - klinika Mayo“. www.mayoclinic.org. Citováno 2015-11-12.
  7. ^ „Valley Fever“. Banner Health - www.BannerHealth.com. Citováno 2015-11-12.
  8. ^ A b Legutki, Joseph Barten; Johnston, Stephen Albert (12. 11. 2013). „Imunosignatury mohou předpovídat účinnost vakcíny“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 110 (46): 18614–18619. doi:10.1073 / pnas.1309390110. ISSN  0027-8424. PMC  3831987. PMID  24167296.
  9. ^ "Platforma produktu | Imunosignature | HealthTell". HealthTell. Citováno 2015-11-14.

externí odkazy

  • „Abstrakty sympozia 2007 GELSS“ (PDF). Arizonská státní univerzita. 2007. str. 5. Citováno 8. dubna 2010.
  • Legutki JB, Magee DM, Stafford P, Johnston SA. "Obecná metoda pro charakterizaci humorální imunity vyvolané vakcínou nebo infekcí". doi: 10.1016 / j.vacc.2010.2010.04.061 Vakcína, 2010.
  • Brown P, Stafford P, Johnston SA, Dinu Valentin: „Statistické metody pro analýzu imunosignatur“ BMC bioinformatika 12:349, doi:10.1186/1471-2105-12-349, 2011.
  • Restrepo L, Stafford P, Magee DM, Johnston SA. "Aplikace imunosignatur při hodnocení Alzheimerovy choroby". Annals of Neurology doi:10.1002 / ana.22405. 2011.
  • Halperin RF, Stafford P, Johnston SA. "Zkoumání rozpoznávání protilátek v sekvenčním prostoru pomocí mikročipů s náhodnou sekvencí". Molekulární a buněčná proteomika doi:10,1074 / mcp.M110.000786. 2011.
  • Stafford P, Johnston SA. „Technologie Microarray zobrazuje složitost humorální imunitní odpovědi“. Recenze odborníků v oblasti molekulární diagnostiky 11 (1): 5-8. 2011
  • Halperin RF, Stafford P, Emery JS, Navalkar KA, Johnston SA: „GuiTope: An Application for Mapping Random-Sequence Peptides to Protein Sequences“, BMC Bioinformaticsˆ, 13: 1, doi:10.1186/1471-2105-13-1. 2012.
  • Stafford P, Halperin R, Legutki JB, Magee DM, Galgiani J, Johnston SA: „Fyzikální charakterizace„ imunosignaturujícího účinku “, doi:10,1074 / mcp.M111.011593, Molekulární a buněčná proteomika. 2012.
  • Kukreja M, Johnston SA, Stafford P: „Srovnávací studie klasifikačních algoritmů pro imunosignaturující data“, doi:10.1186/1471-2105-13-139, BMC Bioinformatics. 2012.
  • Hughes A, Cichacz Z, Scheck A, Coons SW, Johnston SA, Stafford P: „Imunosiganturing Can Detect Products from Molecular Markers in Brain Cancer“, doi:10.1371 / journal.pone.0040201 „PLoS ONE, 2012.
  • Chase BA, Johnston SA a Legutki JB. "Hodnocení přípravy biologických vzorků pro diagnostiku založenou na imunosignáci", doi:10.1128 / CVI.05667-11, Clinical and Vaccine Immunology, 2012.
  • Kroening K, Johnston SA, Legutki JB. „Autoreaktivní protilátky vytvořené de novo peptidy odvozenými od sebe mohou identifikovat nesouvisející antigeny na proteinových mikročipech“, doi:10.1016 / j.yexmp.2012.03.002 Experimentální a molekulární patologie, 2012.
  • Restrepo L, Stafford P, Johnston SA. „Proveditelnost diagnostického testu imunosignatury na časnou Alzheimerovu chorobu“, doi:10.1016 / j.jneuroim.2012.09.014, Journal of Neuroimmunology, 2012.
  • Sykes K., Legutki JB, Stratford P. „Immunosignaturing: a critical review“, doi: 10.1016 / j.tibtech.2012.10.012, Cell Press, 2012.
  • Johnston SA "Healthcare by Mail", http://www.zocalopublicsquare.org/2011/09/12/dear-john-you-have-psoriasis/ideas/nexus/
  • Legutki JB, Johnston SA: „Imunosignatury mohou předpovídat účinnost vakcíny“, Sborník Národní akademie věd doi:10.1073 / pnas.130939011, 2013.
  • Navalkar KA, Johnston SA, Woodbury N, Galgiani J, Magee DM, Chicacz Z, Stafford P. „Aplikace imunosignatur na diagnostiku Valley Fever“, doi:10.1128 / CVI.00228-14, Clinical and Vaccine Immunology, 2014.
  • Williams S, Stafford P, Hoffman SA. "Diagnostika a včasná detekce CNS-SLE u myší MRL / lpr pomocí peptidových mikročipů", doi:10.1186/1471-2172-15-23, BMC Immunology, 2014.
  • Stafford P, Cichacz Z, Woodbury N, Johnston SA. "Immunosignature System for Diagnosis of Cancer", doi: 10,1073 / pnas.1409432111, PNAS, 2014.
  • Legutki JB, Zhao ZG, Greving M, Woodbury N, Johnston SA, Stafford P. „Škálovatelné peptidové pole s vysokou hustotou pro komplexní monitorování zdraví“, doi: 10,1038 / ncomms5785, Nature Communications, 2014.