IgGおよびIgM自己抗体の同時検出のための二色抗原マイクロアレイの生成

要約

We describe here a method to generate customizable antigen microarrays that can be used for the simultaneous detection of serum IgG and IgM autoantibodies from humans and mice. These arrays allow for high-throughput and quantitative detection of antibodies against any antigens or epitopes of interest.

要約

Autoantibodies, which are antibodies against self-antigens, are present in many disease states and can serve as markers for disease activity. The levels of autoantibodies to specific antigens are typically detected with the enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) technique. However, screening for multiple autoantibodies with ELISA can be time-consuming and requires a large quantity of patient sample. The antigen microarray technique is an alternative method that can be used to screen for autoantibodies in a multiplex fashion. In this technique, antigens are arrayed onto specially coated microscope slides with a robotic microarrayer. The slides are probed with patient serum samples and subsequently fluorescent-labeled secondary antibodies are added to detect binding of serum autoantibodies to the antigens. The autoantibody reactivities are revealed and quantified by scanning the slides with a scanner that can detect fluorescent signals. Here we describe methods to generate custom antigen microarrays. Our current arrays are printed with 9 solid pins and can include up to 162 antigens spotted in duplicate. The arrays can be easily customized by changing the antigens in the source plate that is used by the microarrayer. We have developed a two-color secondary antibody detection scheme that can distinguish IgG and IgM reactivities on the same slide surface. The detection system has been optimized to study binding of human and murine autoantibodies.

概要

Autoantibodies are present in many disease states and can often have direct pathogenic activity¹. Identification of autoantibodies is important for diagnosis of certain diseases, for prognosis of disease outcome, and for the classification of patients who may benefit from specific therapies². Autoantibodies are typically identified in patient serum using the ELISA technique; however, screening for multiple antigens with this technique is laborious and consumes a large quantity of patient sample. New technologies are therefore needed to profile autoantibodies on a larger scale.

The antigen microarray technique is a proteomic technology that allows autoantibodies to be profiled in a multiplex fashion³. In the first step of this process, an antigen library is arrayed onto a slide surface using a robotic microarrayer. The slides are probed with diluted serum and then fluorescent-labeled secondary antibodies are added. Antibody reactivities are visualized by scanning the slides with a microarray scanner and quantified by fluorescent intensities. Antigen microarrays offer multiple advantages over the ELISA technique in screening for autoantibodies: 1) they require only microliters of serum to profile autoantibodies to multiple antigens simultaneously, 2) they use antigen sparingly, as only nanoliters of antigen are spotted onto the arrays, 3) they have enhanced sensitivity³ compared to ELISA and 4) they allow for the simultaneous yet, separate detection of more than one antibody isotype. Antigen microarrays have been used to profile autoantibodies in autoimmune diseases such as rheumatoid arthritis, multiple sclerosis, and systemic lupus erythematosus^4-6. In all three of these diseases, new insight into disease pathogenesis was obtained from profiling autoantibodies on a large scale with the arrays.

Here we describe a protocol to generate antigen microarrays using nitrocellulose-coated slides. A variety of antigens including proteins, peptides, and cell lysates can be arrayed onto the slides using this technique. The arrays can be easily customized by including antigens of interest in the source plate that holds the antigen library. In addition, we show how a pair of secondary antibodies can be used to separate IgG and IgM reactivities on the same slide surface. We have now optimized this technique to measure autoantibodies in both humans and mice.

プロトコル

1.を希釈抗原との生成抗原マイクロアレイ

1. 0.2mg / mlの最終濃度までPBS中に抗原を希釈します。 9ピンのマイクロアレイの構成で二重に162までのユニークな抗原を印刷します。陽性対照として、抗原ライブラリ内のIgGおよびIgMの抗原が含まれます。唯一のネガティブコントロールとしてPBSを含めます。
2. 384ウェルソースプレートに各抗原の20μlのを追加します。 （9ピンは印刷に使用されている場合など 、9のグループにおける抗原を手配）プリントヘッドのセットアップをミラーグループ内のソースプレートに抗原を追加します。
3. アレイを印刷する直前まで-80℃で箔と凍結で覆いソースプレート。
4. 3×1分間脱イオン水で超音波処理浴中でそれらをインキュベートすることにより、固体マイクロアレイヤーピンを清掃してください。乾燥した後、マイクロアレイプリントヘッドのピンを配置するラックにピンを配置します。 9ピンの場合、3×3の構成を使用します。
5. プリントヘッドの数のピンを設定することにより、印刷実行のためのプログラムのマイクロアレイヤー、印刷、各スライド上のパッドの数、および各抗原のための複製スポットの数にスライド数。一般的に、9ピン、70スライド、2パッド/スライド、および各抗原について2複製スポットを使用します。プログラムのマイクロアレイは、抗原の異なるグループ間で水の中にピンを超音波処理します。
6. 解凍ソースプレートと100×gで1分間、その後遠心プレート。マイクロアレイ内の指定の場所にソースプレートを置きます。印刷する抗原の最初のグループを覆っている箔の部分を削除してください。
7. アレイヤー表面に印刷されていないスライドを手配し、印刷プログラムを実行します。アレイ機の加湿器でビルドで60％ - 湿度と室温での印刷スライドは55でアレイヤーに設定してください。
8. 抗原の各グループは、すべてのスライドに印刷された後、マイクロアレイヤーを一時停止します。ちょうど箔で印刷された抗原をカバーする（蒸発を防ぐため）、抗原の次のグループを印刷する明らかにする。印刷プログラムを続行します。
9. 全ての抗原が印刷された後、カバーソースPL-80℃で箔、凍結の新しい作品で食べました。スライドボックスと真空シールに印刷されたスライドを配置します。スライドは、翌日使用されるか、または最大1ヶ月後にすることができます。

2.希釈した血清を用いて抗原マイクロアレイをプロービング

1. インキュベーションチャンバーを使用してフレームにスライドを配置します。各アレイ表面にブロッキング緩衝液700μlの（2.5％[容量/容量]ウシ胎児血清（FCS）を、0.1％[容量/容量]をPBS中のTween 20）を追加します。
2. ウェットティッシュの切れ端で密封容器にフレームと場所の上に接着フィルムを置きます。ロッカーに4℃でO / Nインキュベートします。
3. 血清サンプル1を希釈：100をブロッキング緩衝液中。吸引物は、配列からブロッキング溶液を、各アレイ表面に希釈した試料500μlのを追加します。
4. 接着フィルムで覆い、揺動しながら4℃で1時間インキュベートします。
5. ブロッキング緩衝液中で二次抗体を希釈します。人間の研究のために、0.33 / mlのおよびCy5へのCy3標識したヤギ抗ヒトIgG抗体を希釈ヤギ抗フーマー標識0.25 / mlのにIgM抗体のn。マウス研究のために、Cy3の0.38 / mlのおよびCy5にヤギ抗マウスIgG抗体を標識希釈0.7μgの/ mlのヤギ抗マウスIgM抗体標識。
6. アレイからの吸引サンプルとアレイ表面をリンス緩衝液（PBS中0.1％のTween 20）で4回洗浄します。スライドに上にバッファ注ぎ、すぐにオフにフリック。
7. 各アレイ表面を洗浄し、揺り動かしながら室温で10分間インキュベートするブロッキング緩衝液700μlのを追加します。繰り返し洗浄ステップをさらに2回。
8. 各スライドの表面に希釈した二次抗体の500μlを添加して、接着フィルムでカバーしています。揺らしながら4℃で45分間インキュベートします。
9. スライドから吸引した二次抗体の混合物と上記のように4回すすいでください。洗浄液は、上記のように/希釈ブロッキング緩衝液700μLで3回スライド。
10. PBSに浸漬された金属スライドラック内のフレームと場所からスライドを削除します。軌道振とうしながら室温で20分間インキュベートします。 PBSの新たな容器に入れて、別の20メートルをインキュベート振盪しながらインチ
11. 脱イオン水15秒の容器にスライドラックを置きます。水の新たな容器にラックを配置し、別の15秒インキュベートします。
12. 室温で5分間、220×gで遠心分離し、スピンでELISAプレートアダプタのスライド、場所のスライドラックを乾燥させます。
13. スキャンの準備ができるまで、光を通さない箱にスライドを置きます。

3.スキャン抗原マイクロアレイおよびデータのエクスポート

1. Cy3およびCy5の蛍光シグナルを検出することができる、マイクロアレイスキャナーを用いてスキャンスライド。スキャナの光電子増倍管（PMT）のレベルを調整するために、唯一の二次抗体でプローブしたスライドをプレスキャン。
   注：このスライドはフルプラス（IgGおよびIgM）を含む、その上に印刷された抗原ライブラリと同様に負（PBS）のコントロールを持っている必要があります。プリスキャンは、最適なPMTの設定を見つけるために、迅速にユーザを可能にする低解像度スキャンです。
2. PMT値を設定しているので（Cy3のチャネル上の）ヒトIgGの機能とハム（Cy5のチャネル上の）IgM抗体の機能は、同様の蛍光強度中央値マイナス背景（MFI-B）（通常、40,000）を有しています。 PMTレベルは、「ハードウェア」ボタンを押すことによって設定されます。いったん設定すると、一定のこれらのPMTの設定を保持します。
3. 「スキャン」ボタンを押して、2チャンネルに関する実験スライドをスキャンします。各スキャンの後にスライド画像（両チャンネル）を保存します。
4. 「ファイル」ボタンを使用してマイクロアレイソフトウェアに分析しようとするスライドをロードします。
5. 「ファイル」ボタンを使用することにより、遺伝子の配列リスト（GAL）ファイルをロードします。 GALファイルは、アレイの機能のアイデンティティを持つアレイのレイアウトを持っています。
6. アレイの機能はできるだけテンプレートと一致するように、スキャンした画像の上に配列テンプレートを配置します。
7. 「整列」ボタンを押して、テンプレートを使用してすべてのブロックの機能を合わせます。プログラムは、ほぼ円形の機能の概要を見つけるだろうが、いくつかの手動調整が必要になることがあり。これらの調整は、機能モードに入ることによって作製することができます。ソフトウェアは、抗原のそれぞれについて、MFI-Bを計算します。
8. テキストフ​​ァイルとしてこれらの結果をエクスポートするには、「ファイル」ボタンを使用します。

4.マイクロアレイの有意性分析（SAM）との配列データの分析

1. Excelに個々のテキストフ​​ァイルをロードし、Cy3およびCy5のチャネルのためのMFI-Bを持つ列を識別します。
2. 重複した機能の平均値を計算します。
3. 任意の負のMFI-Bの場合は、10と負の数を置き換えるログベース2を計算することにより、次に100とにより生MFI-Bを分割したデータを変換します。
4. ログを分析し、以前に⁷説明したようにマイクロアレイの有意性分析（SAM）を使用してデータを形質転換しました。
5. 2基（ 例えば 、健常対照対患者）を用いた研究については、ラベル1のグループ"1"とグループ"2"秒である抗原の反応性を識別するために、SAMにおける2クラス、不対分析を使用してください両群間でignificantly異なる（q値<0.05）。
6. プレゼンテーション⁸用の画像を作るために、クラスタリングやヒートマップ作成ソフトウェアを使用してください。

結果

抗原は、384ウェルプレートに配置され、 図1に示すように、ロボットマイクロアレイヤーによりスライド上に印刷されている。 図2をインキュベーション室と処理した後にスキャンしたスライドとフレームに配置されたスライドを示している。 図3は、正および負の対照スライドを示しています。負のスライドのみ、二次抗体でプ?...

ディスカッション

ここで説明するプロトコルは、抗原マイクロアレイ技術を使用して自己抗体の定量を可能にします。抗原マイクロアレイは自己抗体をスクリーニングすることで、従来のELISA法に比べていくつかの利点を提供します。まず、核酸、タンパク質、ペプチド、お​​よび細胞溶解物を含む種々の抗原は、従って、自己抗体の多重スクリーニングを可能にする、ニトロセルロースでコーティングし?...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ribosomal P0	Diarect	14100	dilute to 0.2 mg/ml in PBS
human IgG	Jackson Immuno	009-000-003	dilute to 0.2 mg/ml in PBS
human IgM	Jackson Immuno	009-000-012	dilute to 0.2 mg/ml in PBS
mouse IgG	Sigma-Aldrich	I5381	dilute to 0.2 mg/ml in PBS
mouse IgM	Biolegend	401601	dilute to 0.2 mg/ml in PBS
double-stranded DNA	Sigma-Aldrich	D1626	dilute to 0.2 mg/ml in PBS
single-stranded DNA	Sigma-Aldrich	D8899	dilute to 0.2 mg/ml in PBS
microarrayer	Virtek	VersArray Chipwriter Pro	many types of arrayers are suitable
solid printing pins	Arrayit Corporation	SSP015
software for robotic microarrayer	Virtek	Chipwriter Pro
FAST slides (2 Pad)	GVS Northa America	10485317
FAST frame	GVS Northa America	10486001
FAST incubation chambers (2 Pad)	GVS Northa America	10486242
384 well plates	Whatman	7701-5101
plate sealers	VWR	60941-062
foil plate covers	VWR	60941-124
Tween-20	Fisher Scientific	BP337-500
Fetal calf serum	Invitrogen	12483020
Cy3 goat anti-human IgG	Jackson Immuno	109-165-096	use working stock in 50% glyercol
Cy5 goat anti-human IgM	Jackson Immuno	109-175-129	use working stock in 50% glyercol
Cy3 goat anti-mouse IgG	Jackson Immuno	115-165-071	use working stock in 50% glyercol
Cy5 goat anti-mouse IgM	Jackson Immuno	115-175-075	use working stock in 50% glyercol
Microarray Scanner	Molecular Devices	Axon 4200A
Microarray software	Molecular Devices	Genepix 6.1
Clustering software	eisenlab.org	Cluster 3.0
Heatmap software	eisenlab.org	Treeview 1.60
Microarray statistical software	Stanford University	SAM 4.0 (Significance Analysis of Microarrays)