Eerst wordt de signaalverdeling voor elke lectine weergegeven om de kenmerken van de lectineparelarray te begrijpen. Er werd een bibliotheek van lectine-gefixeerde kralen (elk 1.000 kralen) voorbereid. Vijftien kralen werden willekeurig gekozen uit de 1.000 en toegevoegd aan een enkele tip. Onderaan figuur 1A wordt een typische grafiek weergegeven, die bijna dezelfde signaalintensiteit weergeeft die wordt waargenomen bij de 15 kralen die hetzelfde lectine immobiliseren. Deze meetprocedure kan worden toegepast om de productie van handgemaakte lectineparels te kwalificeren voorafgaand aan het gebruik van glycaanprofilering. Zo worden zes tips gebruikt voor de gelijktijdige meting om de variatiecoëfficiënt (CV) te berekenen op basis van de signalen op de 90 kralen. Een typisch voorbeeld is weergegeven in tabel 1. Toen de bibliotheek met lectine-gefixeerde kralen werd uitgebreid om plaats te bieden aan 28 verschillende lectines, vertoonden 25 van de 28 lectines een hoge reproduceerbaarheid met een CV van minder dan 10%.
Vervolgens worden de gegevens voor een lectine bead array met 15 verschillende lectines getoond. De 15 lectines die in Tabel 2 worden getoond, zijn geselecteerd voor de lectineparelarray. Daarnaast werden 12 polyacrylamide (PAA) mono/di/trisacchariden vermeld in tabel 3 gemeten. Na beoordeling van de meetbetrouwbaarheid met behulp van een dotcoderingsdisplay op het scherm, werden de ruwe gegevens geëxporteerd van het geautomatiseerde reactiemeetapparaat (zie protocolstap 4.11) en werd een grafiek gemaakt in Excel met behulp van de reactiepiekwaarden bij elke sacharide (figuur 4A). Deze waarden werden vervolgens gebruikt voor de analyse van de hoofdcomponenten om de correlatie tussen de geselecteerde 15 lectines en de gereageerde sacchariden te visualiseren (Figuur 4B,C). Dit resulteerde in een duidelijk verschil in het bindingspatroon van elk lectine ten opzichte van de 12 PAA-suikers die in figuur 4A worden getoond. Hierin wordt aangetoond dat de validiteit van elk signaal verwijst naar geïntegreerde eerdere lijsten van lectine- en saccharide-specificiteiten 7,8 (zie ook deze specificiteiten in Tabel 2). Aangezien AAL bindt aan terminale α-Fuc, Sia-Lex en Lex, bevestigde automatische glycaananalyse de herkenning van AAL van fucose-bevattende moleculen (Figuur 4A). SSA en MAL (zie Tabel 2 voor de volledige namen van lectines en gegeven afkortingen) erkenden respectievelijk Siaα2-6Gal/GalNAc en Siaα2-3Gal. MAL in de bead array kan ook binden aan 3'-O-sulfo-Galβ3GalNAc en LacNAc. Dit komt overeen met eerdere resultaten die zijn geanalyseerd met behulp van machine learning7, waarbij MAL dominant de voorkeur geeft aan de 3'-O-sulfo-Gal, terwijl LacNAc niet dominant is9. RCA120, een Gal-herkennend lectine, reageerde sterk met terminaal β-Gal, waaronder Lac/LacNAc, en mocht binden aan Siaα2-6Lac, maar niet aan Siaα2-3Lac. ECA had een reactiviteit met LacNAc die veel hoger was dan Lac. WFA had een bredere specificiteit, die niet alleen α/β-GalNAc herkende, maar ook terminaal β-Gal, zoals gerapporteerd 7,10. GSL II, dat GlcNAc en een gegalactosyleerde tri/tetra-antenne N-glycanen erkent, bindt niet aan sachariden, behalve aan een enkel GlcNAc onder de bereide analyten. GRFT, dat hoge mannose-type N-glycanen herkent, reageerde met α-Man. ABA, Jacalin en MAH zijn over het algemeen gebruikt om O-glycanen te detecteren. Aangezien ABA de voorkeur geeft aan de Galβ1-3GalNAcα-Thr/Ser (T) en sialyl-T structuren, reageerde ABA in de bead array sterk met 3'-O-sulfo-Galβ1-3GalNAc en zwak gebonden aan α-GalNAc. ABA erkende ook β-GlcNAc, in overeenstemming met de eerdere rapporten over binding aan agalactosyleren N-glycanen7. Jacalin heeft een relatief bredere specificiteit en reageerde dus met α-mannose, β-GalNAc, βGal, α-GalNAc, 3'-O-sulfo-Galβ1-3GalNAc. MAH herkende specifiek 3'-O-sulfaat-Galβ1,3GalNAc zoals eerder gerapporteerd7. De resterende vier lectines, NPA, LCA, PHA-L en PHA-E, herkenden de interne structuur van N-glycaan die niet was opgenomen in de bereide PA-sacchariden en hadden dus geen affiniteit met alle analyten.
Met behulp van de verkregen gegevens kan de gelijkenis van lectines die bijdragen aan de binding aan elke sacharide worden verduidelijkt door ze uit te zetten op een grafiek voor de analyse van de belangrijkste componenten (Figuur 4B). Alle sacchariden die bijdroegen aan de variantie in Figuur 4B werden weergegeven door een eigenvector, een statistische analysemethode waarbij de bijdrageverhouding wordt weergegeven door een vector (Figuur 4C). Het is hier opmerkelijk dat de gereageerde sacchariden zonder vooringenomenheid bijdragen aan elke lectine. Lectines vertonen geen specificiteit voor slechts één type sacharide. De aanwezigheid van glycanen van het complextype wordt bijvoorbeeld bepaald door de gedeeltelijke herkenning van sommige glycanen in glycanen van het complextype bij mensen. Jacalin, dat O-glycanen herkent (zie de specifieke kenmerken in Tabel 2), kan de 3'suTF-structuur en α-GalNAc herkennen onder de sacchariden die in deze studie zijn gebruikt, en daarom werden de 3'suTF en α-GalNAc uitgezet (Figuur 4C) tegen de positierichting van Jacalin (bruine stip) uitgezet in Figuur 4B. WFA kan α/β-GalNAc herkennen onder de sacchariden die in deze studie zijn gebruikt; daarom werd α/β-GalNAc in figuur 4C in dezelfde richting uitgezet als de WFA in figuur 4B. Daarentegen wordt α-GalNAc uitgezet tussen WFA en Jacalin omdat het een saccharidestructuur is waaraan Jacalin gemakkelijk kan binden. Alle 11 sacchariden die in deze studie zijn uitgezet, komen overeen met de specificiteit (saccharidebinding) van lectinesdie eerder 7,8 zijn gerapporteerd, wat aangeeft dat de voorgestelde methode een betrouwbare meetmethode is. Bovendien zijn de eigenvectoren die overeenkomen met elke sacharide gedispergeerd, wat ondersteunt dat de 15 lectines met minimale bias werden geselecteerd om een uitgebreide dekking in de analyse te garanderen. Daarom werd de tip die met deze 15 lectines werd aangevuld gedefinieerd als de standaard GlycoBIST-tip (Tabel 2).
In het meer praktische voorbeeld werden gezuiverde eiwitproducten onderworpen aan de tipmeting (Figuur 5). Boviene thyroglobuline, die een N-glycosyleringsplaats heeft en complexe, hybride en hoge mannose-type N-glycanen 11 bevat, werd geanalyseerd. De standaardtip gaf een verhoogde reactiviteit van bepaalde lectines op de saccharidenaan 8 (zie de specifieke kenmerken in Tabel 2): PHA-E, dat het doorsnijden van GlcNAc herkent; GRFT, het herkennen van mannose-type N-glycanen; SSA, herkenning van Siaα2-6Gal/GalNAc; RCA120, herkenning van lactose en LacNAc; en AAL, het herkennen van fucose. Deze glycaanstructuren zijn aanwezig in complexe, hybride en hoge mannose-type N-glycanen, wat suggereert dat de N-glycaanstructuur van thyroglobuline11 effectief kan worden geëvalueerd. Bovendien vertoonde thyroglobuline behandeld met sialidase A, een enzym dat siaalzuur verteert, een verminderde reactiviteit met SSA, dat siaalzuur herkent, en verhoogde reactiviteit met RCA120, WFA en ECA, die gemakkelijker worden herkend na de verwijdering van siaalzuren. De aanwezigheid van O-glycaanstructuren in runderthyroglobuline is niet eerder gemeld. Zoals verwacht was er geen herkenning van O-glycaan in thyroglobuline met of zonder behandeling met sialidase in de automatische glycaananalyse.
Een reproduceerbaarheidstest binnen de run met behulp van de 15 geselecteerde lectines blijkt de robuustheid van de meting te begrijpen (tabel 4). Voor deze test werden zeven standaardtips voor analyten en een extra tip voor negatieve controle opgesteld, en alle acht tips werden tegelijkertijd gemeten. Deze procedure werd drie keer op één dag herhaald. "Mix Analytes", een combinatie van analyten die leidde tot het verkrijgen van significante signalen op alle lectines, werden voorbereid voor de kwaliteitscontrole van de kralenreeks. De mixanalyten werden geformuleerd door sialidase-verteerde erytropoëtine (EPO), sialidase- en galactosidase-verteerde EPO, humaan IgA, matrixmetalloproteïnase 3 (MMP3) en thyroglobuline op de juiste manier te mengen. Elk glycoproteïne (200 ng) werd gelabeld met 10 μg biotinyleringsreagens in PBS dat Triton X-100 bevatte. Indien nodig werden behandelingen met sialidase en galactosidase uitgevoerd zoals beschreven in de instructies. Na de spijsvertering werden de producten gedurende 10 minuten in een warmteblok bij 75 °C geïncubeerd om het enzym te inactiveren. De juiste hoeveelheden gebiotinyleerde glycoproteïnen (3 ng EPO, 8 ng humaan IgA, 5 ng MMP3 en 15 ng thyroglobuline) werden onmiddellijk voor de analyse gemengd. De meetresultaten gaven aan dat de maximale CV-waarde 13,5% was en dat de gemiddelde CV voor de 15 lectines 8,2% was, wat een hoge reproduceerbaarheid aantoont.
Bovendien wordt aangetoond dat een dagelijkse reproduceerbaarheidstest variaties als gevolg van de meetdatum begrijpt (tabel 5). Standaardtips en mixanalyten werden van tevoren voorbereid en metingen van zeven tips werden gedurende vijf opeenvolgende dagen dagelijks herhaald. Uit de resultaten bleek dat de meeste lectines een CV van minder dan 10% hadden. Sommige lectines, zoals LCA en ECA, vertoonden echter hogere cv's. Het gemiddelde CV van de 15 lectines per cyclus was tot 7,7% en de gemiddelde CV-waarden over 5 dagen waren minder dan 10%, wat een hoge reproduceerbaarheid betekent. Er werd opgemerkt dat Jacalin, als gevolg van de zelfvertering van MMP3 in de Mix Analyte, een lage temporele reproduceerbaarheid vertoonde. Daarom moet een geschiktere analyt worden geïdentificeerd om MMP3 te vervangen.
Om de stabiliteit van lectine-gefixeerde korrels te begrijpen, wordt een langdurige stabiliteitstest getoond met behulp van deze gedroogde lectine-gefixeerde korrels (Tabel 6). Standaardtips, analysereagentia en mixanalyten werden van tevoren voorbereid en de metingen werden uitgevoerd na 12 maanden opslag. De bovengenoemde vijf soorten gebiotinyleerde analyten werden afzonderlijk opgeslagen en voorafgaand aan de meting gemengd. De resultaten toonden aan dat het gemiddelde CV voor de 15 lectines minder dan 10% was, zelfs tot 12 maanden na droge opslag. Dit suggereert de haalbaarheid van snelle en nauwkeurige metingen door meerdere tips (tot 1.000) van dezelfde partij tegelijk op te slaan.

Figuur 1: Schema's van het "bead array in a single tip" instrument en analysemethode. (A) Schema van het automatische glycaanprofileringssysteem. Lectine-gefixeerde kralen kunnen worden gedroogd en in tips worden bewaard. Wanneer tips en cartridges met reagentia zoals HRP-gelabeld anti-streptavidine-antilichaam (SA-HRP) in het meetinstrument (geautomatiseerd reactiemeetapparaat) worden geplaatst en geactiveerd, functioneert de tip als een autopipet. De chemiluminescentiedetectiescanner aan de achterkant van het instrument kwantificeert signalen van acht tips tegelijkertijd. Kwantitatieve gegevens worden weergegeven als puntcodes op het touchscreen van het instrument voor een snelle bevestiging van de meetresultaten. Het onderste gedeelte toont de resultaten van het meten van 90 kralen met dezelfde lectine. De meetresultaten worden door het instrument getransporteerd en door de individuele onderzoeker in een grafiek weergegeven. (B) Schema van de detectiemethode die in dit experiment is gebruikt. Doeleiwitten worden vooraf gebiotinyleerd en gedetecteerd met behulp van SA-HRP. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Afbeeldingen van materialen en instellingen voor automatische glycaanprofilering met het geautomatiseerde reactiemeetapparaat. (A) Afbeelding van lectine-fixerende kralen die in een punt worden verpakt. De kralen oppakken met een antistatisch pincet op de antistatische mat en de punt vullen met de kralen. (B) Knijp in de punt met een tang. Een klein bovengedeelte van de bovenste kraal wordt samengeknepen. (C) Een tang voor het krimpen van de uiteinden. Het plastic (gele cirkel) wordt samengeknepen om te voorkomen dat ze volledig knippen. (D) Rangschikking van de materialen die worden gebruikt in het geautomatiseerde reactiemeetapparaat. A: TIPS, B: Tube met analyten en C: Cartridges met vloeistof moeten op hun plaats worden geplaatst. In de afvalbak worden de gereageerde tips na meting opgevangen. De doos kan worden verwijderd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Afbeelding 3: Touchscreen voor machinemanipulatie. (A) Het zelfdiagnoseprogramma start automatisch wanneer de stroom wordt ingeschakeld. (B) Het HOME-scherm geeft "Analyse", "Onderhoud" en "Geschiedenis" weer. (C-G) Werking van de "Assay"-modus. Selectie van de analysemethode (C). Meerdere protocollen kunnen vooraf worden geregistreerd. Invoer van de volgorde van het monster (analyt) (D). Het type punt selecteren (E). Bevestiging van de instellingen van de testmethode (F) en starten van de test vanaf het scherm "Start Assay" (G). (H-N) Weergave van het resultaat in 'Geschiedenis'. Lectine-puntcode (H) weergegeven na voltooiing van de test of vanuit de "Geschiedenis"-modus. Een scandiagram van 15 lectines wordt op het scherm weergegeven voor alle monsters (I) of voor elk monster (J). Het scandiagram wordt weergegeven als een staafdiagram (K). Staafdiagrammen voor andere rijstroken kunnen worden geselecteerd in de vervolgkeuzelijst "Rijstrook". Staafdiagram waarin acht banen met monsters per lectine (L) worden vergeleken. Andere lectines kunnen worden geselecteerd uit de vervolgkeuzelijst "Lectine". Tabel met kwantitatieve waarden (M). Registratie van de uitgevoerde meetmethode (N). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Evaluatie van de reactiviteit met PAA-sacchariden in het automatische glycaanprofileringssysteem. (A) Een grafiek die de reactiviteit van lectines met verschillende PAA-sacchariden weergeeft, werd gecorrigeerd voor negatieve controlewaarden. (B) Analyse van de belangrijkste componenten op basis van de gegevens onder (A). (C) Eigenvectoren uit de analyse onder (B). Voor de onderdelen (B) en (C) werd compatibele analysesoftware gebruikt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5: Verificatie van de GlycoBIST-reactiviteit met behulp van gezuiverd runderthyroglobuline-eiwit. De monsterbereiding zonder behandeling werd uitgevoerd onder dezelfde digestieomstandigheden als de buffer alleen, met uitzondering van de toevoeging van sialidase A. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Tabel 1: Herhaalbaarheidstest met lectine-gefixeerde parels. De herhaalbaarheid van reactiviteit voor 28 lectines werd geëvalueerd. Bij elke tip werd gereageerd met analyten. EPO: erytropoëtine, PSA: prostaatspecifiek antigeen, Tf: transferrine, M2BP: Mac-2 bindend eiwit, hIgG: humaan IgG, MMP3: matrix metalloproteïnase 3, (Sia+): sialidase A-verteerde analyten, (Sia+, Gal+): sialidase A en galactosidase-verteerde analyten, Ab: antilichaam. DSA: Datura stramoniumagglutinine , HypninA2: Hypneua japonica-agglutinine , WGA: tarwekiemagglutinine, UDA: Urtica dioica-agglutinine , BPL: Bauhinia purpurea-lectine , Orysata: Oryza sativa-lectine , LSL-N: Laetiporus sulphureus lectine N-terminaal domein, SNA: Sambucus nigra lectine, BanLec: bananenlectine, MPA: Maclura pomifera agglutinine, TxLC-I: Tulipa gesneriana agglutinine, AOL: Aspergillus oryzae lectine, ACG: Agrocybe cylindracea galectine. CV: variatiecoëfficiënt. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 2: Lijst van lectines die de standaardtip vormen voor automatische glycaanprofilering. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 3: PAA-sacchariden gebruikt als standaarden voor het automatische glycaanprofileringssysteem. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 4: Resultaten van de reproduceerbaarheidstest binnen de run. CV: variatiecoëfficiënt. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 5: Resultaten van de reproduceerbaarheidstest tussen de dagen. CV: variatiecoëfficiënt. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 6: Resultaten van de stabiliteitstest op lange termijn. CV: variatiecoëfficiënt. Klik hier om deze tabel te downloaden.