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Method Article
Descriviamo qui un saggio di uccisione a base di citometria in vivo che consente di esaminare l'immunodominanza nelle risposte citotossiche dei linfociti T (CTL) a un antigene tumorale modello. Forniamo esempi di come questo saggio elegante può essere impiegato per gli studi meccanicistici e per i test di efficacia dei farmaci.
I saggi di citotossicità in vivo (CFSE) a base di carbossimetilfluoruro di succinimidile (CFC) consentono una quantificazione sensibile e accurata delle risposte dei linfociti T (CTL) di CD8 e citolitici provocate contro i peptidi derivati dal tumore e dal patogeno. Offrono diversi vantaggi rispetto ai saggi di uccisione tradizionali. In primo luogo, consentono il monitoraggio della citotossicità CTL-mediata all'interno di organi linfoidi secondari architettonicamente intatti, tipicamente nella milza. In secondo luogo, consentono studi meccanicistici durante le fasi di adescamento, effettore e richiamo delle risposte CTL. In terzo luogo, forniscono piattaforme utili per i test di efficacia dei vaccini/farmaci in un ambiente veramente in vivo. Qui, forniamo un protocollo ottimizzato per l'esame delle risposte CTL concomitanti contro più di un epitopo peptidico di un antigene tumorale modello (AG), vale a dire, Simian virus 40 (SV40)-codificato large T AG (T AG). Come la maggior parte delle altre proteine tumorali clinicamente rilevanti, T AG ospita molti peptidi potenzialmente immunogenici. Tuttavia, solo quattro di questi peptidi inducono risposte CTL rilevabili in topi topi C57BL/6. Queste risposte sono disposte in modo coerente in un ordine gerarchico in base alla loro grandezza, che costituisce la base per TCD8 "immunodominio" in questo potente sistema. Di conseguenza, la maggior parte della risposta tCD8 specifica t AG è focalizzata contro un singolo epitopo immunodominante, mentre gli altri tre epitopi sono riconosciuti e hanno risposto solo debolmente. L'immunodominio compromette l'ampiezza delle risposte antitumorali TCD8 ed è, come tale, considerata da molti come un impedimento alla vaccinazione di successo contro il cancro. Pertanto, è importante comprendere i fattori cellulari e molecolari e i meccanismi che dettano o plasmano l'immunodominanza TCD8 . Il protocollo che descriviamo qui è adattato all'indagine di questo fenomeno nel modello di immunizzazione T AG, ma può essere prontamente modificato ed esteso a studi simili in altri modelli tumorali. Forniamo esempi di come l'impatto degli interventi immunoterapeutici sperimentali possa essere misurato utilizzando saggi di citotossicità in vivo.
Le cellule t CD8+ convenzionali (tCD8) giocano parti importanti nella sorveglianza immunitaria anticancro. Essi funzionano principalmente nella capacità dei linfociti T citolitici (CTLs) che riconoscono i peptidi antigeni specifici del tumore o associati (AGS) visualizzati all'interno della fessura chiusa delle principali molecole di classe I di istocompatibilità (MHC). I CTL completamente armati utilizzano il loro arsenale citotossico per distruggere le cellule maligne. Anticancro TCD8 può essere rilevato in circolazione o anche all'interno di masse primarie e metastatiche di molti pazienti oncologici e animali tumorali. Tuttavia, sono spesso anergici o esausti e non riescono a sradicare il cancro. Pertanto, molte modalità immunoterapeutiche sono progettate per aumentare le frequenze TCD8 anticancro e per ripristinare e potenziare le loro funzioni.
Le proteine tumorali ospitano molti peptidi, alcuni dei quali possono essere immunogenici e potenzialmente immunoprotettivi. Tuttavia, le risposte TCD8 quantificabili sono suscitate con magnitudini variabili contro pochi peptidi solo. Questo crea una "gerarchia di immunodominanza" tra i cloni TCD8 1. Di conseguenza, immunodominante (ID) TCD8 occupano prominenti ranghi gerarchici, che è comunemente giudicato dalla loro abbondanza. Al contrario, le cellule TCD8 il cui recettore delle cellule t (TCR) è specifico per gli epitopi SUBDOMINANTI (SD) si verificano nelle frequenze più basse. Noi e altri abbiamo identificato alcuni dei fattori che dettano o plasmano l'immunodominanza nelle risposte TCD8 . Questi includono, tra gli altri, la modalità di presentazione AG a naïve TCD8 (cioè, presentazione diretta, cross-presentazione, cross-dressing)2,3,4, il tipo di cellule presentanti AG (APCs) partecipando all'attivazione T CD85, l'abbondanza e la stabilità delle proteine AGS6,7 e l'efficienza e la cinetica del loro degrado da parte dei proteasomi7,8, il selettività relativa del trasportatore associato alla lavorazione AG (TAP) per i peptidi9, l'affinità dei peptidi liberati per le molecole MHC I9,10, la presenza, le frequenze dei precursori e la diversità di TCR di imparentata tCD8 in pool di cellule t11,12,13, Cross-Competition tra le cellule t per l'accesso a APCs14,15, e la capacità fratricida di tCD8 cloni16. Inoltre, l'immunodominanza TCD8 è sottoposto a meccanismi immunoregolanti mediati da diversi tipi di cellule soppressori, come le cellule t (nTreg) regolatorie naturali (n)17, la molecola co-inibitoria della superficie cellulare programmata morte-1 (PD-1)16, e alcuni enzimi intracellulari come indoleamine 2, 3-diossigenasi (ido)18 e l'obiettivo dei mammiferi della rapamicina (mTOR)19. È importante notare, tuttavia, che i fattori di cui sopra non sempre completamente conto per l'immunodominanza.
Oltre alla biologia di base dell'immunodominanza TCD8 , l'esame di questo intrigante fenomeno ha importanti implicazioni nell'immunologia e immunoterapia del cancro. In primo luogo, uno stato ID non conferisce necessariamente su un determinato clone TCD8 la capacità di prevenire l'iniziazione tumorale o progressione20. Se e come ID e SD TCD8 contribuiscono all'immunità antitumorale può dipendere dal tipo e l'entità di malignità e il sistema sperimentale impiegato. In secondo luogo, si ritiene che i cloni ID TCD8 possano essere "troppo visibili" al sistema immunitario e, di conseguenza, più inclini ai meccanismi di tolleranza centrale e/o periferica16,21. Terzo, i tumori eterogenei possono contenere cellule neoplastiche che evitano il rilevamento da molti, se non la maggior parte, CTLs visualizzando solo uno spettro ristretto di peptidi: MHC complessi. In queste circostanze, TCD8 risposte di ampiezza insufficiente sono suscettibili di permettersi tali cellule tumorali un vantaggio di sopravvivenza, potenziando così la loro conseguenza22. È per le ragioni di cui sopra che molti vista immunodominanza come un ostacolo per la vaccinazione di successo TCD8-based e terapie contro il cancro.
L'inoculo di topi C57BL/6 topi con il virus simian 40 (SV40)-cellule trasformate che esprimono grande tumore AG (T AG) fornisce un potente sistema preclinico per studiare l'immunodominanza TCD8 . Questo modello offre diversi vantaggi. In primo luogo, gli epitopi peptidici di questa oncoproteina clinicamente rilevante sono ben caratterizzati in questo ceppo di topo23 (tabella 1). In secondo luogo, T AG epitopi, che sono chiamati siti I, II/III, IV, e V, trigger TCD8 risposte che sono sistematicamente disposti nel seguente ordine gerarchico: sito IV > > sito I ≥ sito II/iii > ≫ sito V. di conseguenza, il sito IV specifico TCD8 montare la risposta più robusta a T AG. Al contrario, i siti I e II/III sono subdominanti e i TCD8 specifici del sito V sono meno abbondanti e di solito rilevabili solo in assenza di reattività ad altri epitopi23,24. In terzo luogo, la linea di cellule tumorali T AG+ utilizzata nel protocollo qui descritto, vale a dire C57SV cellule di fibrosarcoma, e quelle utilizzate nelle nostre indagini precedenti16,17,18,19 ,25,26, sono trasformati con frammenti SV40 subgenomici25. Pertanto, essi non sono in grado di assemblare e rilasciare SV40 virioni che potrebbero potenzialmente infettare host APCs. Inoltre, le cellule C57SV sono prive di molecole classiche costimulatorie come CD80 (B7-1), CD86 (B7-2) e CD137 ligando (4-1BBL)16. Gli attributi di cui sopra rendono queste linee ideali per l'esame dell'attivazione in vivo TCD8 tramite cross-adescamento. L'adescamento incrociato è una via importante nell'indurre le risposte TCD8 , in particolare quelle lanciate contro le cellule tumorali di origine non ematopoietica che non riescono a prime cellule T naïve direttamente25.
Le frequenze e/o le funzioni antitumor TCD8 possono essere monitorate dalla colorazione del TETRAMERO MHC I, dalla colorazione intracellulare per le citochine effettrici (ad es. interferone [IFN]-γ) o dalle molecole lisiche (ad es. perforina), dai dosaggi di immunospot (ELISPOT) collegati agli enzimi ed ex saggi di citotossicità in vivo. Sin dalla loro nascita negli anni novanta27,28, i saggi di uccisione in vivo di carbossilfluorite succinimidilestere (CFSE) hanno consentito la valutazione delle risposte citotossiche mediate da CTLs antivirali29,30 , 31, antitumorale CTLs16,32, cellule Natural Killer (NK)33, cellule di Natural Killer T (iNKT) invarianti di glycolipid-reattivo34, e pre-esistenti e de novo donatori specifici alloanticorpi26. Pertanto, le loro applicazioni possono essere di interesse per un ampio pubblico, compresi ma non limitati a investigatori che lavorano nelle aree di immunologia e immunoterapia tumorale, immunità anti-patogeni, e la progettazione preventiva e terapeutica del vaccino.
Per valutare la citotossicità cellulare-mediata in scenari tipici, due popolazioni di splenociti ingenui che mostrano una AG irrilevante o una AG (s) cognata sono etichettate con due diverse dosi di CFSE, mescolate in numero uguale e iniettato in naïve (controllo) o killer topi che ospitano cellule. La presenza/assenza di ogni popolazione bersaglio viene quindi esaminata dalla citometria a flusso.
Abbiamo ottimizzato e impiegato i saggi di uccisione in vivo nei nostri studi sull'immunodominanza nelle risposte antivirali e antitumore T CD812,16,17. Qui, forniamo un protocollo dettagliato per la valutazione simultanea di ID e SD TCD8 risposte agli epitopi di t AG, che possono essere prontamente adottati per indagini simili in altri sistemi sperimentali. Forniamo anche risultati rappresentativi che dimostrano che la deplezione delle cellule nTreg e il blocco PD-1 possono migliorare selettivamente l'IDtCD8-e la citotossicità indotta da SD t CD8, rispettivamente. Alla fine, discuteremo i molteplici vantaggi dei saggi di uccisione in vivo e di alcuni dei loro limiti intrinseci.
Gli esperimenti qui descritti seguono i protocolli di uso degli animali approvati da enti istituzionali e aderiscono a linee guida nazionali consolidate.
1. inoculo di topi C57BL/6 topi con cellule tumorali che esprimono T AG
2. regimi terapeutici
3. preparazione dei splenociti bersaglio
4. rivestimento target splenociti con peptidi irrilevanti e cognati
5. etichettatura splenociti bersaglio con CFSE
6. esame dell'etichettatura CFSE adeguata/equa delle popolazioni di splenociti bersaglio
7. iniezione di cellule bersaglio etichettate con CFSE in destinatari naïve e con primed T-AG
8. acquisizione dati
9. analisi dei dati
L'obiettivo dell'esperimento i cui risultati sono rappresentati nella Figura 1 è stato quello di determinare se la presenza e le funzioni delle cellule nTreg plasmano o alterano la gerarchia di immunodominanza del tCD8specifico di t AG. TOPI C57BL/6 topi sono stati iniettati IP con PBS o con 0,5 mg di un anti-CD25 mAb (clone PC-61.5.3 [PC61]) quattro giorni prima hanno ricevuto 2 x 107 C57SV cellule tumorali IP In esperimenti separati, un controllo isotipo IgG1 ratto ?...
I saggi di citotossicità in vivo basati su CFSE offrono diversi vantaggi rispetto ai saggi tradizionali di uccisione come il cromo radioattivo (51CR) Release e i saggi di rilascio di lattato deidrogenasi colorimetrico (LDH). In primo luogo, consentono il monitoraggio della funzione CTL all'interno di un organo linfoide secondario architettonicamente intatto.
In secondo luogo, l'uccisione specifica di cellule bersaglio in saggi di citotossicità in vivo riflette il numero assoluto d...
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questo lavoro è stato sostenuto da Canadian Institutes of Health Research (CIHR) concede MOP-130465 e PJT-156295 a SMMH. JC è parzialmente supportato da una borsa di studio di laurea Queen Elizabeth II in scienza e tecnologia presso il Ministero della formazione, College e Università dell'Ontario. CEM è stato un destinatario di una borsa di studio laureato Alexander Graham Bell Canada (dottorato) da scienze naturali e ingegneria ricerca del Canada (NSERC).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.25% Trypsin-EDTA (1X) | Thermo Fisher Scientific | 25200-056 | |
ACK Lysing Buffer | Thermo Fisher Scientific | A1049201 | |
Anti-mouse CD25 (clone PC-61.5.3) | Bio X Cell | BE0012 | |
Anti-mouse PD-1 (clone RMP1-14) | Bio X Cell | BE0146 | |
CFSE | Thermo Fisher Scientific | C34554 | |
DMEM (1X) | Thermo Fisher Scientific | 11965-092 | |
Fetal bovine serum (FBS) | Wisent Bioproducts | 080-150 | Heat-inactivate prior to use |
GlutaMAX (100X) | Thermo Fisher Scientific | 35050-061 | |
HEPES (1M) | Thermo Fisher Scientific | 15630080 | 10 mM final concentration |
MEM Non-Essential Amino Acids Solution (100X) | Thermo Fisher Scientific | 11140-050 | |
Penicillin/Streptomycin | Sigma-Aldrich | P0781 | Stock is 100X |
Rat IgG1 (clone KLH/G1-2-2) | SouthernBiotech | 0116-01 | Isotype control |
Rat IgG1 (clone HRPN) | Bio X Cell | BE0088 | Isotype control |
Rat IgG1 (clone TNP6A7) | Bio X Cell | BP0290 | Isotype control |
Rat IgG2a (clone 2A3) | Bio X Cell | BP0089 | Isotype control |
RPMI 1640 (1X) | Thermo Fisher Scientific | 11875-093 | |
Sodium Pyruvate (100 mM) | Thermo Fisher Scientific | 11360-070 | 1 mM final concentration |
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