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Method Article
* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Ce protocole détaille la production et l’utilisation personnalisables de sondes fluorescentes pour le marquage des lymphocytes B spécifiques de l’antigène.
La production d’antigènes fluorescents est une étape critique dans l’identification des lymphocytes B spécifiques de l’antigène. Ici, nous avons détaillé la préparation, la purification et l’utilisation de conjugués fluorescents de l’antigène PEG à quatre bras pour identifier sélectivement les lymphocytes B spécifiques de l’antigène grâce à un engagement avide avec les récepteurs des lymphocytes B apparentés. À l’aide de la chimie click modulaire et des chimies de kits de fluorophores disponibles dans le commerce, nous avons démontré la polyvalence de la préparation de conjugués PEG fluorescents personnalisés en créant des réseaux distincts pour la protéine protéolipide (PLP139-151) et l’insuline, qui sont des auto-antigènes importants dans les modèles murins de sclérose en plaques et de diabète de type 1, respectivement. Des tests ont été mis au point pour chaque conjugué fluorescent dans son modèle de maladie respectif à l’aide de la cytométrie en flux. Les réseaux d’antigènes ont été comparés à l’auto-antigène monovalent afin de quantifier les avantages de la multimérisation sur les squelettes PEG. Enfin, nous avons illustré l’utilité de cette plateforme en isolant et en évaluant les réponses des lymphocytes B anti-insuline après stimulation de l’antigène ex vivo. Le marquage des lymphocytes B spécifiques de l’insuline a permis de détecter de manière amplifiée les changements de co-stimulation (CD86) qui étaient autrement atténués dans l’analyse globale des lymphocytes B. L’ensemble de ce rapport permet la production et l’utilisation de réseaux d’antigènes fluorescents en tant qu’outil robuste pour sonder les populations de lymphocytes B.
Le système immunitaire adaptatif joue un rôle essentiel dans la progression ou la régression de nombreux états pathologiques, notamment l’auto-immunité, le cancer et les maladies infectieuses1. Pour de vastes applications, y compris l’étude de l’immunopathologie ou le développement de nouveaux traitements de précision, il est souvent essentiel d’évaluer les réponses des lymphocytes B et T spécifiques à l’antigène sous-jacentes à la progression de la maladie 2,3,4. Les tétramères du principal complexe d’histocompatibilité (CMH) sont largement et commercialement disponibles pour identifier les clones de lymphocytes T spécifiques de l’antigène5. Ces constructions marquées au fluorophore présentent des complexes peptide-CMH quadrivalents pour s’engager avidement avec les récepteurs des lymphocytes T apparentés pour des applications de marquage telles que la microscopie et la cytométrie en flux.
Les antigènes pour l’interrogation des lymphocytes B peuvent présenter des poids moléculaires, des charges et des solubilités très variés 6,7. Lors de l’utilisation d’un antigène monomère comme sondes de lymphocytes B solubles, les propriétés physicochimiques de l’antigène peuvent ne pas être stabilisées par complexation avec la molécule de streptavidine soluble dans l’eau, beaucoup plus grande, ou présenter des problèmes de solubilité en tant que réactifs monomères avant la conjugaison. Ainsi, certaines protéines présentent des difficultés de bioconjugaison et des résultats inattendus en pratique 7,8. La conjugaison directe des colorants fluorescents peut parfois rendre les constructions insolubles dans l’eau et lipophiles. Ces composés antigéniques directs sont susceptibles d’être intégrés de manière non spécifique dans les membranes cellulaires, ce qui fausse les analyses spécifiques de l’antigène 7,8,9. Certaines stratégies ont permis de surmonter les problèmes de solubilité en couplant l’antigène et les fluorophores avec d’autres groupes fonctionnels. Cambier et al., par exemple, ont utilisé de l’insuline biotinylée dans sa forme native pour interagir avec les récepteurs des lymphocytes B spécifiques de l’insuline (BCR) avant d’ajouter de la streptavidine marquée au fluorophore de manière progressive10. Bien que cette approche ait permis d’évaluer les lymphocytes B qui se lient à l’insuline monomère avec une haute résolution, deux étapes de marquage ont été nécessaires. Un protocole généralisable pour la préparation de sondes de lymphocytes B à base de polymères prêtes à l’emploi, facilement intégré aux procédures courantes de marquage des anticorps fluorescents, serait bénéfique pour faire avancer l’étude des lymphocytes B dans la maladie.
Dans ce protocole, nous détaillons la production et l’utilisation de réseaux d’antigènes fluorescents (FAA) pour le marquage généralisable et en une seule étape de cellules B spécifiques de l’antigène pour des expériences de microscopie et de cytométrie en flux (Figure 1). Les puces d’antigènes solubles (SAgAs) ont été utilisées au cours de la dernière décennie comme immunothérapies spécifiques à l’antigène ciblant les lymphocytes B contre les maladies auto-immunes 11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22 . Les SAgA exploitent l’affichage de l’antigène multivalent sur des squelettes polymères flexibles pour engager avidement les récepteurs des lymphocytes B et provoquer des effets immunomodulateurs, bien que leur spécificité antigénique offre une autre opportunité de sonder les lymphocytes B d’intérêt lorsqu’ils sont couplés à un fluorophore23. Les squelettes polymères constituant les SAgAs confèrent une solubilité dans l’eau à la biomacromolécule globale et peuvent atténuer les caractéristiques antigéniques parfois extrêmes qui confondent la génération de sondes et la spécificité de coloration 6,24. Nous avons greffé de nombreux antigènes de taille et de complexité variées sur la plateforme SAgA en utilisant la chimie click modulaire, ce qui est propice à l’utilisation de petits épitopes peptidiques et de protéines complètes14,18. Ici, nous démontrons que les FAA sont des outils robustes de marquage des lymphocytes B spécifiques à l’antigène qui peuvent être utilisés en parallèle avec le marquage typique des anticorps fluorescents. Nous avons préparé et évalué des AAG constitués d’insuline humaine pour le marquage des lymphocytes B dans un modèle murin transgénique de diabète de type 1 (VH125), ainsi que des AAP incorporant la protéine protéolipide 139-151 (PLP), un épitope peptidique pour l’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE), le modèle murin de la sclérose en plaques. Notre intention en utilisant ces modèles de maladies était de démontrer la polyvalence de cette plateforme, à la fois pour la substitution modulaire des antigènes utilisés, ainsi que la viabilité de l’utilisation avec des épitopes peptidiques (PLP) et des protéines complètes (insuline). Ce protocole est présenté dans un but d’accessibilité, sans qu’une expertise approfondie en bioconjugaison ne soit requise. Les réactifs, ainsi que les méthodes de synthèse et de purification, sont conçus pour être polyvalents et facilement mis en œuvre dans la plupart des laboratoires de recherche axés sur la chimie, la biologie moléculaire ou l’immunologie.
Toutes les procédures animales représentées dans ce travail ont été approuvées par le comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux de l’Université du Kansas.
1. Synthèse d’une puce d’antigènes (4 à 6 jours)
2. Conjugaison des fluorophores (1 à 2 jours)
3. Caractérisation de la FAA (2 à 4 h)
4. Développement du test par titrage FAA (3 à 5 h)
REMARQUE : L’utilisation de la FAA pour la cytométrie en flux est présentée, mais les mêmes étapes peuvent être modifiées pour être utilisées dans d’autres formats tels que l’immunohistochimie ou la microscopie fluorescente. Lors de l’application de FAA pour un nouveau format, un nouveau test d’optimisation doit être effectué. Des populations cellulaires mixtes ou isolées peuvent être obtenues par des méthodes de traitement du sang ou des organes lymphoïdes23,29. La récolte par digestion enzymatique des tissus n’est pas recommandée, car les marqueurs de surface des cellules peuvent être éliminés.
5. Analyse de titrage FAA et optimisation de la dose d’étiquetage (1 à 2 h)
Le rendement purifié en insuline-alcyne (figure 2, panneau supérieur), déterminé en poids, variait généralement de 50 à 65 %. Les rendements inférieurs à 40 % ont probablement été causés par la contamination de l’eau dans le DMSO anhydre et/ou par l’hydrolyse de l’ester NHS de propargyle. Pour la multimérisation de l’antigène (figure 1B), le rendement purifié de la puce d’antigène de l’insuline (
Nous avons développé un protocole (Figure 1) pour construire des FAA personnalisés pour identifier les lymphocytes B spécifiques de l’antigène, simplifiant ainsi la génération de sondes de lymphocytes B pour les cibles antigéniques difficiles. Nous avons sélectionné des polymères PEG à 4 bras avec des groupes azides terminaux comme substrat facile pour la construction de FAA, car le PEG confère une solubilité dans l’eau tandis que les poign...
CJB est cofondateur d’Orion Bioscience, Inc., une société qui octroie des licences pour la technologie SAgA afin d’étudier ses utilisations thérapeutiques. Ce rapport est basé sur des travaux soutenus par le programme de recherche supérieure de la National Science Foundation dans le cadre de la subvention n° 1946099. Les opinions, les constatations, les conclusions ou les recommandations exprimées dans ce document sont celles des auteurs et ne reflètent pas nécessairement les points de vue de la National Science Foundation.
Nous remercions Colette Worcester pour son aide dans la collecte des données. Ce travail a été soutenu par la Fondation PhRMA (JDG), le programme de bourses de recherche supérieure de la National Science Foundation (KDA) et par les subventions des NIH R21AI143407, R21AI144408 et DP5OD023118.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1,1,3,3-tetramethylguanidine | Alfa Aesar | AAA12314AC | |
12 M hydrochloric acid | Fisher Chemical | A508-4 | |
12% Mini-PROTEAN TGX Precast Protein Gels, 10-well, 30 ul | Bio-Rad | 4561043 | |
20 kDa 4-arm PEG azide | Jenkem USA | A7185-1 | |
3.5 kDa MWCO dialysis tubing (regenerated cellulose) | Fisher Scientific | 25-152-10 | |
Acetonitrile, HPLC grade | Fisher Chemical | A998-4 | |
Alexa Fluor 647 anti-mouse CD19 Antibody | BioLegend | 115522 | |
anhydrous dimethylsulfoxide | ACROS Organics | AC610420010 | |
barium chloride | ACROS Organics | 203135000 | |
Brilliant Blue G-250 Dye | Fisher BioReagents | BP100-50 | |
Cell Prime r-insulin | EMD Millipore | 4512-01 | Recombinant human insulin for insulin FAA synthesis |
Copper (II) sulfate pentahydrate | ACROS Organics | AC197722500 | |
dimethylsulfoxide | Fisher Chemical | S67496 | |
fluorescein isothiocyanate (FITC) isomer 1 | Sigma-Aldrich | F7250-1G | |
Glacial acetic acid | Fisher Chemical | A38-212 | |
Glycerol | ACROS Organics | 15892-0010 | |
Glycine | Fisher Chemical | G46-500 | |
homopropargyl-PLP | Biomatik | NA | Custom synthesis (sequence: homopropargyl-HSLGKWLGHPDKF; purity: 97.29%) |
iodine | Sigma-Aldrich | 207772-100G | |
Methanol, HPLC grade | Fisher Chemical | A452-4 | |
NHS-Rhodamine (5/6-carboxy-tetramethyl-rhodamine succimidyl ester), mixed isomer | Thermo Scientific | 46406 | A commercially available analog of the Rhodamine-B NHS ester used in the paper |
PE/Cyanine7 anti-mouse CD3 Antibody | BioLegend | 100220 | |
potassium iodide | Sigma-Aldrich | 30315 | |
propargyl N-hydroxysuccinimide ester | Sigma-Aldrich | 764221 | |
sodium ascorbate | Sigma-Aldrich | A7631 | |
sodium biocarbonate | Sigma-Aldrich | S5761-1KG | |
sodium dodecyl sulfate | Fisher BioReagents | BP166-100 | |
Sodium phosphate monobasic monohydrate | Fisher Chemical | S468-500 | |
trifluoroacetic acid | Sigma-Aldrich | 302031-10x1mL | |
Tris base | Fisher BioReagents | BP152-500 | |
Tris(3-hydroxypropyltriazolylmethyl)amine | ClickChemTools | 1010-1000 | |
xBridge BEH C18 3.5 um, 4.6 x 150 mm column | Waters | 186003034 | |
xBridge BEH C18 5um OBD Prep Column, 19 x 250 mm | Waters | 186004021 |
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