InnoScan生物芯片扫描仪在糖生物学的应用

 
 
概述
 
聚糖阵列正在成为糖生物学的常规工具。本文对 InnoScan 扫描仪聚糖和凝集素阵列的主要应用进行回顾。使用微阵列技术，InnoScan 扫描仪用户可以获得糖组学分析所需的自动化 和高通量。与标准微孔板相比，微阵列技术具有巨大优势，因为它们提供微型实验体系和多指标检测能力，从而节省宝贵的材料和试剂。本文对细胞生物学、免疫学和病毒学领域的应用进行了描述。
 
 
聚糖阵列基础知识
 
 
聚糖多种细胞功能的生物学重要性众所周知。聚糖和其他生物分子（尤其  是聚糖结合蛋白，GBP）之间的相互作用已被证明可以调节细胞与基质相互作用，器官结构支持和病原体与宿主相互作用等生物学进程。 糖生物学是指研究聚糖及其糖蛋白、糖脂的结构和功能。糖生物学的一个分支是研究聚糖与其他分子（蛋白质、脂 质等）之间的相互作用。目前研究聚糖 分子相互作用的方法包括基于孔板的实验，例如 ELISA 实验，其中测试一种聚糖与不同浓度聚糖结合分子的相互作用。尽管基于孔板的实验具有高特异性和灵敏度，但这些技术一次只能检测一种聚糖。然而，由于聚糖和糖复合物结构的复杂性，有必要测试几种聚糖，这使得基于孔板的测定使用成本很高。因此需要单次实验测试多种聚糖的高通量方法。目前微阵列点印方法能实现多指标检测实验，也就是在一张芯片上同时检测多个样本和多个指标。聚糖阵列正成为筛选聚糖与其他分子相互作用的常规技术，尤其是聚糖结合蛋白 (GBP)。通过聚糖阵列，格里菲斯大学糖组学研究所的糖组学芯片平台使用点印的微阵列进行糖结合蛋白的高通量筛选和解析。使用InnoScan 1100 AL 扫描仪，芯片扫描过程完全自动化，可检测聚糖与聚糖结合蛋白之间的相互作用 ¹。
                                                            
 
典型的聚糖阵列分析如图 1 所示 : A) 使用微阵列点样仪将聚糖或凝集素固定在功能化玻璃载玻片上。固定通过共价结合或吸附，具体取决于基片表面性质。 B) 聚糖结合分子（GBP、病毒、细胞或其他分子）与微阵列芯片孵育。 聚糖结合蛋白和聚糖之间的相互作用通过荧光染料检测, 聚糖结合蛋白在孵育步骤之前与荧光基团偶联，或者一旦孵育步骤完成后，加入针对聚糖结合分子的荧光标记抗体进行检测（ C）。D)微阵列扫描仪用于检测荧光信号。 InnoScan扫描仪是自动化荧光检测的理想工具，能够同时检测两种或三种荧光染料。 E) 然后使用 Mapix 软件对图像进行分析以量化荧光信号，该软件与扫描仪配合使用确保荧光量化分析的自动化。
 
 
应用案例
 
聚糖阵列正在成为筛选聚糖结合分子的标准工具，其应用范围非常广泛，从病毒诊断到癌症研究和疫苗开发（图 2）。
   
 
病毒亲和力测定
 
聚糖阵列可用于表征和监测流感病毒。Scripps研究所的 McBride 等人开发了一种   
48 阵列载玻片芯片，可同时检测 6 种不同聚糖 与 6种 聚糖结合蛋白在8 种稀释度下的相互作用，以监测甲型流感病毒血凝素亲合力特异性 ²。该测定旨在监测禽病毒是否适应人类受体。由此产生的测定结果与微孔板测定相当，但化合物和生物制品的消耗分别显著减少 1,500 倍和 360 倍。
Scripps研究所使用 InnoScan 1100AL 进行聚糖阵列分析。该研究团队采用三荧光通道同时扫描模式，来同时检测芯片上的三种不同类型样品点；在芯片制造过程中使用 Atto488-NHS 染料作为网格标记；采用链霉亲和素-555 染料以标记具有已知特异性的生物素化凝集素作为对照；最后，使用 Alexa 647 标记的抗体来检测甲型流感病毒血凝素的受体结合特异性。
 
免疫学研究
 
聚糖已被证明是调节病原体免疫反应几种机制的关键因素。免疫细胞的聚糖分析表明不同物种之间的聚糖结构存在差异。Scripps研究所的 Paulson 教授团队使用凝集素阵列来研究小鼠和人类两种抗体的特异性，研究表明每个物种中 CD22 相关 B 细胞的成熟存在差异³。即使该两物种淋巴组织滤泡发生中心形成CD22 的最终结果相同，但小鼠和人类 B 细胞成熟的内在机制有差异，这与每个物种CD22 聚糖结构特异性有关。借助聚糖阵列，Paulson 教授团队首次表明人类 CD22 偏好硫酸化聚糖，而鼠类 CD22 偏好唾液酸 Neu5Gc。
 
细胞生物学研究
 
细胞糖基化分析对于更好地了解糖对细胞功能和命运的作用是必要的。斯洛伐克科学院糖生物学系的 Katrlik 博士团队使用基于凝集素的细胞微阵列，来研究马天然未培养壁颗粒细胞和体外培养壁颗粒细胞的糖萼。他们的创新方法包括在固定有不同凝集素的水凝胶载玻片上创建凝集素阵列，然后在载玻片上培养细胞以跟踪细胞糖萼和凝集素之间的相互作用⁴。使用 InnoScan 710 扫描仪，该小组能够研究细胞糖萼与不同浓度凝集素的亲和力，从而确定细胞的糖基化概况。这种创新方法的优势在于能够在其检测中使用活细胞，从而降低聚糖提取过程中糖缀合物修饰的风险。结果通过经典免疫组织化学测定法进行验证。
 
 
结论
 
糖是许多细胞功能的关键分子，它们在复杂的多细胞器官和生物体的组装中起着至关重要的作用，组装过程需要细胞与周围基质之间的相互作用。聚糖和糖缀合物是多种过程的调节分子，例如细胞分化和免疫。由于其结构复杂，糖组的研究需要高通量技术，以便在单个实验中可测试多种聚糖形式。应用于糖组分析的微阵列技术正在成为一种常规方法，因为它可在一张载玻片上同时检测数百种聚糖形式。由于其微型化能力，聚糖阵列可以最大限度地减少珍贵材料和试剂的消耗，从而降低实验成本。InnoScan 扫描仪是聚糖阵列荧光检测的最佳工具，可同时检测两种或三种染料。它们配备 24张载玻片自动进样器，可提供糖组学分析所需的自动化和高通量功能。
 
 
参考文献
 
1)    Glycomics Array Facility, Institute for Glycomics,  Griffith University Website:  https://www.griffith.edu.au/science-  aviation/institute-glycomics/facilities/glycan-array
2)    McBride R., et al. A Miniaturized Glycan Microarray  Assay for Assessing Avidity and Specificity of  Influenza A Virus Hemagglutinins. J. Vis. Exp. (111),  e53847, doi:10.3791/53847 (2016)
3)    Macauley M.S., et al. Unmasking of CD22Co-receptor  on Germinal Center B-cells Occurs by Alternative  Mechanisms in Mouse and Man. J. Biol. Chem.  290(50):30066-30077, doi:  10.1074/jbc.M115.691337 (2015)
4)    Accogli G., et al. A lectin-based cell microarray  approach to analyze the mammalian granulosa cell  surface glycosylation profile. Glycoconj J. 33(5):717-  24. doi: 10.1007/s10719-016-9666-2 (2016)