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Method Article
* 这些作者具有相同的贡献
在这里,我们设计了两个互补的质谱流式细胞术 (CyTOF) 面板并优化了 CyTOF 染色方案,目的是在病毒感染的情况下分析自然杀伤细胞受体和配体库。
自然杀伤 (NK) 细胞是病毒感染的第一反应者之一。NK 细胞快速识别和杀死病毒感染细胞的能力受其种系编码的抑制和激活受体表达的调节。这些受体通过其同源配体与靶细胞的结合决定了细胞间相互作用是否会导致 NK 细胞杀伤。该协议详细介绍了两种互补质谱流式细胞术 (CyTOF) 面板的设计和优化。一个面板旨在根据受体表达对 NK 细胞进行表型分析。另一个面板旨在询问几个免疫细胞亚群上 NK 细胞受体的已知配体表达。这两个 panel 一起允许分析人 NK 细胞受体-配体库。此外,该协议还详细说明了我们对 CyTOF 样品进行染色的过程。该工艺已经过优化,以提高可重复性和标准化。CyTOF 的一个优点是它能够测量每个面板中的 40 多个标记物,并且信号重叠最小,使研究人员能够捕获 NK 细胞受体-配体库的广度。Palladium 条形码还减少了样品间的差异以及试剂的消耗,从而更容易使用每个面板平行对样品进行染色。该方案的局限性包括 CyTOF 的通量相对较低以及分析后无法恢复细胞。这些检测组合设计用于分析急性和慢性病毒感染(包括登革热病毒、人类免疫缺陷病毒 (HIV) 和流感)患者的临床样本。然而,它们可用于任何环境来研究人类 NK 细胞受体-配体库。重要的是,这些方法可以广泛应用于未来 CyTOF panel的设计和执行。
自然杀伤 (NK) 细胞是先天免疫细胞,其主要作用是靶向和杀死恶性、感染或其他应激细胞。通过分泌 IFNγ 和 TNFα 等细胞因子以及它们的细胞毒活性,NK 细胞还可以塑造对病原体和恶性肿瘤的适应性免疫反应。NK 反应部分由种系编码的抑制和激活受体的组合信号介导,这些受体结合潜在靶细胞上表达的无数配体。几种 NK 细胞受体具有不止一种配体,并定期鉴定新的受体-配体对。
在病毒感染的背景下研究 NK 细胞特别感兴趣,它们对应激细胞的快速反应能力可能会限制病毒传播或促进 NK 细胞逃避策略的发展。对 NK 细胞生物学的兴趣延伸到癌症免疫治疗领域,研究人员正在研究 NK 细胞在肿瘤免疫监视和肿瘤微环境中的作用1。然而,由于人类 NK 细胞可以表达 30 多种受体,而这些受体又可以与 30 多种已知配体相互作用,因此分析 NK 细胞-靶细胞相互作用的能力变得复杂2。因此,同时检测多个 NK 细胞受体及其同源配体对于捕获控制 NK 功能的受体-配体相互作用的复杂性是必要的。因此,我们转向质谱流式细胞术 (CyTOF),它可以在单个细胞水平同时检测 40 多种标志物。我们的目标是创建两个 CyTOF panel 来分析 NK 细胞受体-配体库。我们还想设计一种有效处理和染色临床样本的方案。临床人体样本提供了有关身体如何应对病毒感染的大量信息。因此,我们开发了该方案来平行研究 NK 细胞受体及其同源配体的表达,以实现更好的标准化、提高回收率、减少试剂消耗和限制批次效应。
之前已经发表了几种旨在表征人 NK 细胞表型的流式细胞术panel 3,4,5,6,7,8。这些 panel 中的大多数在捕获受体-配体库的宽度的能力方面受到限制,仅允许检测有限的标记选择。此外,这些检测组合受到荧光染料之间信号重叠的限制。CyTOF 使用与金属同位素偶联的抗体,这些抗体通过飞行时间质谱法读出,从而大大减少了通道之间的溢出。
和我们一样,其他研究人员也转向 CyTOF 来研究 NK 细胞9、10、11、12、13、14,尽管通常 NK 细胞标志物较少,这降低了表型的深度。虽然这些小组使用的一般染色方案与我们的相似,但也存在一些关键差异。其他方案不涉及在染色前分离 NK 细胞,即使研究人员只对该亚群感兴趣13,14。鉴于 NK 细胞仅占外周血单核细胞 (PBMC) 的 5-20%,对全 PBMC 染色而不是分离的 NK 细胞意味着大多数收集的事件不会是 NK 细胞。这会减少在感兴趣的子集上生成的数据量,并导致机器时间的利用效率低下。此外,虽然其中许多面板询问了 NK 细胞受体的表达,例如杀伤性 Ig 样受体 (KIR)、NKG2A/C/D 和天然细胞毒性受体(NKp30、NKp44 和 NKp46),但由于缺乏有关其各自配体表达的数据,这些标志物的表达没有被置于更广泛的背景下。因此,虽然这些先前发表的通过 CyTOF 研究 NK 细胞的方法足以进行广泛的 NK 细胞表型分析,但单独使用时,它们无法提供 NK 细胞活性的全面图片。这为我们带来了此处描述的方法的主要优势,即到目前为止,还没有已发表的流式细胞术或 CyTOF panel专注于探索 NK 细胞受体配体的表达。重要的是,我们的配体检测组合具有多个开放通道,允许添加标记物,以满足每个实验的独特需求。
考虑到 CyTOF 的主要限制之一是分析后无法回收样品,这种方法可能不适用于样品有限但有兴趣进行额外实验的研究人员。此外,CyTOF 的低通量特性意味着如果起始细胞数较低,生成的数据质量将很差。如果没有这两个限制,这种方法在任何环境中都表现良好,以研究 NK 细胞和靶细胞之间的受体-配体相互作用。
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匿名健康成人 PBMC 是从斯坦福血液中心购买的白细胞减少系统腔室中获得的。来自去识别化的健康儿科捐献者和儿科急性登革热患者的 PBMC 是从巴拿马城巴拿马城的 Gorgas 纪念健康研究所和属于卫生部、巴拿马城社会保障系统和郊区的医院获得的。登革热研究方案由尼诺医院 IRB (CBIHN-M-0634) 批准,然后由 ICGES、CSS、圣托马斯医院和斯坦福大学委员会批准。接受抗逆转录病毒治疗的 HIV 感染患者的 PBMC 来自 ACTG 研究 A5321。
1. 抗体标记、panel制备和储存
2. 染色方案
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根据制造商的说明,使用市售标记试剂盒将抗体与金属同位素偶联。抗体克隆在用于该组合之前通过流式细胞术和质谱流式细胞术进行验证。根据文献回顾和抗体可用性选择初始克隆列表。NK 细胞受体的一些配体的表达水平在健康的 PBMC 上很低或检测不到。因此,通过对健康的 PBMC、慢性粒细胞白血病 K562 细胞、急性淋巴细胞白血病 NALM6 细胞或 B ...
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在这里,我们描述了两个互补的 CyTOF panel 的设计和应用,旨在分析 NK 细胞受体-配体库。该协议包括对获得高质量数据至关重要的几个步骤。CyTOF 使用重金属离子而不是荧光染料作为抗体的标记探针19。因此,该技术会受到来自环境金属的潜在污染信号的影响 20。金属杂质的潜在来源包括实验室洗洁精(钡)和实验室缓冲液(汞、铅、?...
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作者没有什么可披露的。
作者要感谢 Blish 实验室的所有现任和前任成员,他们为本次小组会议做出了贡献。感谢艾滋病临床试验组和 ACTG A5321 团队以及 Gorgas Memorial Institute for Health Studies 的 Sandra López-Vergès 博士和 Davis Beltrán 的样本策展。最后,感谢 Michael Leipold、Holden Maecker 和斯坦福大学人类免疫监测中心使用他们的 Helios 机器。这项工作得到了 NIH U19AI057229、NIH R21 AI135287、NIH R21 AI130532、NIH DP1 DA046089 和 Burroughs Wellcome 基金研究人员的支持传染病发病机制 #1016687 到 CB、NIH Ruth L. Kirschstein 机构国家研究服务奖 T32 AI007502、TL1 TR001084 和 NIH/NIAID K08 AI138640 到 EV、美国国家科学基金会研究生研究奖学金 DGE-1656518 到 JM 和 NIH 培训补助金 T32-AI-007290(PI Olivia Martinez)。ACTG 研究获得了 AI-68634(统计和数据管理中心)、UM1-A1-26617、AI-131798 和 AI-68636 (ACTG) 的资助支持。CB 是斯坦福妇幼健康研究所儿科转化医学的 Tashia 和 John Morgridge 教师学者,也是 Chan Zuckerberg Biohub 的研究员。
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
89Y | Sigma-Aldrich | 204919 | |
102-Palladium nitrate | Trace Sciences International | Special Order | |
104-Palladium nitrate | Trace Sciences International | Special Order | |
106-Palladium nitrate | Trace Sciences International | Special Order | |
108-Palladium nitrate | Trace Sciences International | Special Order | |
115In | Trace Sciences International | Special Order | |
141Pr | Fluidigm | 201141A | |
142Nd | Fluidigm | 201142A | |
143Nd | Fluidigm | 201143A | |
144Nd | Fluidigm | 201144A | |
145Nd | Fluidigm | 201145A | |
146Nd | Fluidigm | 201146A | |
147Sm | Fluidigm | 201147A | |
148Nd | Fluidigm | 201148A | |
149Sm | Fluidigm | 201149A | |
150Nd | Fluidigm | 201150A | |
151Eu | Fluidigm | 201151A | |
152Sm | Fluidigm | 201152A | |
153Eu | Fluidigm | 201153A | |
154Sm | Fluidigm | 201154A | |
155Gd | Fluidigm | 201155A | |
156Gd | Fluidigm | 201156A | |
157Gd | Trace Sciences International | N/A | |
158Gd | Fluidigm | 201158A | |
159Tb | Fluidigm | 201159A | |
160Gd | Fluidigm | 201160A | |
161Dy | Fluidigm | 201161A | |
162Dy | Fluidigm | 201162A | |
163Dy | Fluidigm | 201163A | |
164Dy | Fluidigm | 201164A | |
165Ho | Fluidigm | 201165A | |
166Er | Fluidigm | 201166A | |
167Er | Fluidigm | 201167A | |
168Er | Fluidigm | 201168A | |
169Tm | Fluidigm | 201169A | |
170Er | Fluidigm | 201170A | |
171Yb | Fluidigm | 201171A | |
172Yb | Fluidigm | 201172A | |
173Yb | Fluidigm | 201173A | |
174Yb | Fluidigm | 201174A | |
175Lu | Fluidigm | 201175A | |
176Yb | Fluidigm | 201176A | |
209Bi anti-CD16 | Fluidigm | 3209002B | Clone 3G8. Used at a 1:50 dilution. |
697 cells | Creative Bioarray | CSC-C0217 | |
Amicon Ultra Centrifugal Filter Units 0.5 with Ultracel-30 Membrane, 30 kDa | Millipore | UFC503096 | |
Anhydrous acetonitrile | Fisher Scientific | BP1165-50 | |
anti-2B4 | Biolegend | 329502 | Clone C1.7. |
anti-B7-H6 | R&D Systems | MAB7144 | Clone 875001. |
anti-CCR2 | Biolegend | 357202 | Clone K036C2. |
anti-CD2 | Biolegend | 300202 | Clone RPA-2.10. |
anti-CD3 | Biolegend | 300402 | Clone UCHT1. |
anti-CD4 | Biolegend | 317402 | Clone OKT4. |
anti-CD4 | Biolegend | 344602 | Clone SK3. |
anti-CD7 | Biolegend | 343102 | Clone CD7-6B7. |
anti-CD8 | Biolegend | 344702 | Clone SK1. |
anti-CD11b | Biolegend | 301302 | Clone ICRF44. |
anti-CD14 | Biolegend | 301802 | Clone M5E2. |
anti-CD19 | Biolegend | 302202 | Clone HIB19. |
anti-CD33 | Biolegend | 303402 | Clone WM53. |
anti-CD38 | Biolegend | 303502 | Clone HIT2. |
anti-CD48 | Biolegend | 336702 | Clone BJ40. |
anti-CD56 | BD Pharmingen | 559043 | Clone NCAM16.2. |
anti-CD57 | Biolegend | 322302 | Clone HCD57. |
anti-CD62L | Biolegend | 304802 | Clone DREG-56. |
anti-CD69 | Biolegend | 310902 | Clone FN50. |
anti-CD94 | Biolegend | 305502 | Clone DX22. |
anti-CD95 | Biolegend | 305602 | Clone DX2. |
anti-CD155 | Biolegend | 337602 | Clone SKII.4. |
anti-CXCR6 | Biolegend | 356002 | Clone K041E5. |
anti-DNAM-1 | BD Biosciences | 559787 | Clone DX11. |
anti-DR4 | Biolegend | 307202 | Clone DJR1. |
anti-DR5 | Biolegend | 307302 | Clone DJR2-2. |
anti-FAS-L | Biolegend | 306402 | Clone NOK-1. |
anti-FcRg | Millipore | 06-727 | Polyclonal antibody. |
anti-HLA-C,E | Millipore | MABF233 | Clone DT9. |
anti-HLA-Bw4 | Miltenyi Biotec | Special Order | Clone REA274. |
anti-HLA-Bw6 | Miltenyi Biotec | 130-124-530 | Clone REA143. |
anti-HLA-DR | Biolegend | 307602 | Clone L243. |
anti-HLA-E | Biolegend | 342602 | Clone 3D12. |
anti-ICAM-1 | Biolegend | 353102 | Clone HA58. |
anti-Ki-67 | Biolegend | 350502 | Clone Ki-67. |
anti-KIR2DL1/KIR2DS5 | R&D Systems | MAB1844 | Clone 143211. |
anti-KIR2DL3 | R&D Systems | MAB2014 | Clone 180701. |
anti-KIR2DL5 | Miltenyi Biotec | 130-096-200 | Clone UP-R1. |
anti-KIR2DS4 | R&D Systems | MAB1847 | Clone 179315. |
anti-KIR3DL1 | BD Biosciences | 555964 | Clone DX-9. |
anti-LFA-3 | Biolegend | 330902 | Clone TS2/9. |
anti-LILRB1 | R&D Systems | 292319 | Clone MAB20172. |
anti-LLT-1 | R&D Systems | AF3480 | Clone 402659. |
anti-MICA | R&D Systems | MAB1300-100 | Clone 159227. |
anti-MICB | R&D Systems | MAB1599-100 | Clone 236511. |
anti-Nectin-1 | Biolegend | 340402 | Clone R1.302. |
anti-Nectin-2 | Biolegend | 337402 | Clone TX31. |
anti-NKG2A | R&D Systems | MAB1059 | Clone 131411. |
anti-NKG2C | R&D Systems | MAB1381 | Clone 134522. |
anti-NKG2D | Biolegend | 320802 | Clone 1D11. |
anti-NKp30 | Biolegend | 325202 | Clone P30-15. |
anti-NKp44 | Biolegend | 325102 | Clone P44-8. |
anti-NKp46 | Biolegend | 331902 | Clone 9E2. |
anti-NTB-A | Biolegend | 317202 | Clone NT-7. |
anti-Pan HLA class I | Biolegend | 311402 | Clone W6/32. |
anti-PD1 | Biolegend | 329902 | Clone EH12.2H7. |
anti-Perforin | Abcam | ab47225 | Clone B-D48. |
anti-Siglec-7 | Biolegend | 347702 | Clone S7.7. |
anti-Syk | Biolegend | 644302 | Clone 4D10.2. |
anti-TACTILE | Biolegend | 338402 | Clone NK92.39. |
anti-TIGIT | R&D Systems | MAB7898 | Clone 741182. |
anti-ULBP-1 | R&D Systems | MAB1380-100 | Clone 170818. |
anti-ULBP-2, 5, 6 | R&D Systems | MAB1298-100 | Clone 165903. |
Antibody Stabilizer | Candor Bioscience | 131 050 | |
Benzonase Nuclease | Millipore | 70664 | |
Bond-Breaker TCEP Solution | Thermo Fisher Scientific | 77720 | |
Bovine Serum Albumin solution | Sigma-Aldrich | A9576 | |
Calcium chloride dihydrate (CaCl2+2H2O) | Sigma-Aldrich | 223506-25G | |
Cis-Platinum(II)diamine dichloride (cisplatin) | Enzo Life Sciences | ALX-400-040-M250 | A 100 mM stock solution was prepared in DMSO and divided into 25 µL aliquots. Used at a 25 µM dilution for live/dead stain. Signal appears in 194Pt and 195Pt channels. |
DMSO | Sigma-Aldrich | D2650 | |
eBioscience Permeabilization Buffer | Thermo Fisher Scientific | 00-8333-56 | |
EDTA (0.5 M) | Hoefer | GR123-100 | A double-concentrated HEPES buffer with EDTA was made according to the following recipe: 1.3 g NaCl (Thermo Fisher Scientific), 27 mg CaCl2+2H2O (Sigma-Aldrich), 23 mg MgCl2 (Sigma-Aldrich), 83.6 mg KH2PO4 (Thermo Fisher Scientific), 4 mL of 1M HEPES (Thermo Fisher Scientific), 2 mL of 0.5M EDTA (Hoefer, Holliston, MA, USA), and 100mL H2O. The pH of this double-concentrated HEPES buffer was adjusted to a pH of 7.3 using 1M HCl and 1M NaOH. |
EQ Four Element Calibration Beads | Fluidigm | 201078 | |
Fetal Bovine Serum | Thermo Fisher Scientific | N/A | |
Helios mass cytometer | Fluidigm | N/A | |
HEPES (1M) | Thermo Fisher Scientific | 15630080 | |
HyClone Antibiotic/Antimycotic Solution (Pen/Strep/Fungiezone) solution | Fisher Scientific | SV3007901 | |
Iridium - 191Ir/193Ir intercalator | DVS Sciences (Fluidigm) | 201192B | Used at a 1:10000 dilution. |
Isothiocyanobenzyl-EDTA (ITCB-EDTA) | Dojindo Molecular Technologies, Inc. | M030-10 | Diluted to 1.25 mg/mL in anhydrous acetonitrile. |
K562 cells | American Type Culture Collection (ATCC) | ATCC CCL-243 | |
L-Glutamine (200 mM) | Thermo Fisher Scientific | SH30034 | |
Magnesium chloride (MgCl2) | Sigma-Aldrich | 208337-100G | |
Maxpar X8 Antibody Labeling Kits | Fluidigm | N/A | No catalog number as kits come with metals. |
Millex-VV Syringe Filter Unit, 0.1 µm | Millipore | SLVV033RS | |
Milli-Q Advantage A10 Water Purification System | Millipore | Z00Q0V0WW | |
MS Columns | Miltenyi Biotec | ||
NALM6 cells | American Type Culture Collection (ATCC) | ATCC CRL-3273 | |
Nanosep Centrifugal Devices with Omega Membrane 3K | Pall Corporation | OD003C35 | |
NK Cell Isolation Kit, human | Miltenyi Biotec | 130-092-657 | |
Paraformaldehyde (16%) | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
PBS | Thermo Fisher Scientific | 10010023 | |
Potassium Phosphate Monobasic (KH2PO4) | Fisher Scientific | MP021954531 | |
Qdot 655 anti-CD19 | Thermo Fisher Scientific | Q10179 | Clone SJ25-C1. Used at a 1:50 dilution. Signal appears in 112Cd-114Cd channels. |
Qdot 655 anti-HLA-DR | Thermo Fisher Scientific | Q22158 | Clone Tü36. Used at a 1:200 dilution. |
Rockland PBS | Rockland Immunochemicals, Inc. | MB-008 | Used to make CyPBS (10X Rockland PBS diluted to 1X in Milli-Q water) and CyFACS buffers (10X Rockland PBS diluted to 1X in Milli-Q water with 0.1% BSA and 0.05% sodium azide). Buffers were sterile-filtered through a 0.22 µM filter and sotred at 4°C in Stericup bottles. |
RPMI 1640 | Thermo Fisher Scientific | 21870092 | |
Sodium azide (NaN3) | Sigma-Aldrich | S2002 | |
Sodium chloride (NaCl) | Fisher Scientific | S271-500 | |
Stericup Quick Release-GP Sterile Vacuum Filtration System | Millipore Sigma | S2GPU10RE | |
Tuning solution | Fluidigm | 201072 | |
Washing solution | Fluidigm | 201070 |
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