本方案描述了如何建立一种报告系统,可用于识别和定量受体-配体相互作用。
本方案描述了如何建立一种报告系统,可用于识别和定量受体-配体相互作用。
受体与配体之间的相互作用是一种基本的生物学过程。然而,直接使用表达天然受体和配体的细胞进行实验具有挑战性,因为特定受体的配体可能未知,且使用天然配体的实验操作在技术上可能较为复杂。为克服这些困难,我们描述了一种报告系统,用于检测特定受体与目标配体之间的结合及激活。在该报告系统中,特定受体的胞外域与小鼠 CD3ζ 融合,该嵌合蛋白随后在小鼠 BW 细胞中表达。这些转染的 BW 细胞可与不同靶标(例如,细胞或抗体)共孵育。转染受体的激活将导致小鼠白细胞介素-2(mIL-2)的分泌,可通过酶联免疫吸附测定(ELISA)进行检测。该报告系统具有高灵敏度和针对单一受体的特异性优势。此外,特定受体的激活水平可被轻松定量,即使在受体配体未知的情况下也可应用。该系统已在我们的多项研究中成功用于表征受体-配体相互作用。我们最近利用该系统研究了临床上使用的不同抗 CD20 单克隆抗体对人 Fcγ 受体(FcγRs)的激活作用。
BW 报告系统是一种用于研究受体-配体相互作用的技术1。当某一特定受体的配体未知,或使用内源性配体进行实验在技术上存在困难时,该系统尤其具有优势。该系统还可用于研究单克隆抗体与人 FcγR 的结合。该方法基于在小鼠 BW 细胞中表达一种嵌合蛋白,该嵌合蛋白由目标受体的胞外域与小鼠 ζ 链的跨膜区和胞内区融合而成。当合适的受体配体结合后,会诱导小鼠 IL-2 的分泌,后者可通过 ELISA 方便地检测,如图1所示。该方法对特定受体具有高灵敏度和特异性,操作简便且高度可重复,因此可作为研究受体-配体相互作用的补充工具。例如,可用于筛选多种细胞系中是否存在某一特定受体的配体(即使该配体本身尚未被鉴定),或用于检测单克隆抗体或含有抗病毒抗体的人血清对人 FcγR 的激活作用。尽管原代免疫细胞表达内源性 FcγR,但通常难以操作,且通常同时表达多种 Fc 受体。
我们已在多项研究中成功应用该系统来表征受体-配体相互作用。这些研究包括鉴定血凝素(haemagglutinin)为自然杀伤细胞受体NKp46的配体2,鉴定PVR和nectin-2为人和小鼠TIGIT的配体3,4,以及证实具核梭杆菌(fusobacterium nucleatum)可结合并激活人TIGIT5。此外,表达Fc受体的BW细胞已被成功用于检测患者血清中的抗病毒抗体6,7,8。具体而言,我们近期建立了表达人Fcγ受体的BW细胞,用于检测治疗慢性淋巴细胞白血病(CLL)所用抗CD20抗体在Fc受体激活方面的差异9。重要的是,BW报告系统的结果已在互补实验中得到验证。
1. 表达嵌合构建体的质粒的构建
注意:目的是构建一种质粒,使其表达目标受体的胞外域,并与小鼠 CD3ζ 链的跨膜区和胞内区相融合(图 2A)。
2. 将表达嵌合蛋白的质粒转染至BW细胞
注意:也可采用其他方法进行转染(例如,通过慢病毒感染)。在电穿孔之前,按以下方法对DNA进行乙醇沉淀。后续步骤需在无菌条件下进行。
3. 验证阳性孔中细胞转染受体的表达。
4. 转染BW细胞与靶细胞的共孵育
注意:首次使用转染的 BW 细胞时,最好用表达目的受体已知配体的靶细胞,或用针对目的受体的特异性板结合抗体(交联实验;见下文第 4.2.1.3 节)对其进行测试。
5. 酶联免疫吸附测定(ELISA)
图3展示了使用BW报告系统实验的结果。在本实验中,CLL细胞预先与不同的抗CD20抗体(利妥昔单抗和奥比妥珠单抗)孵育,随后与转染了表达CD16a-CD3ζ的BW细胞共孵育。类似实验已在我们的研究中开展9。图3A显示了一块原始ELISA板的图像,其中颜色强度对应于mIL-2的浓度。该实验设置三个重复。实验包含多个对照组:CLL细胞与未转染的亲本BW细胞孵育(最上一排),以及CLL细胞与表达CD16a-CD3ζ的BW细胞孵育但未加抗体或加入对照抗体(第二排左侧六个孔)。与对照孔中的mIL-2水平相比,经抗CD20抗体预孵育的CLL细胞与表达CD16的BW细胞共孵育后,显著诱导了mIL-2的分泌。重要的是,与利妥昔单抗相比,抗CD20抗体奥比妥珠单抗对CLL细胞的预孵育更强地激活了CD16,这一已知现象在本系统中得到了重现。最后一排显示了预先设定浓度梯度的重组mIL-2(未添加细胞)。最后一排最右侧孔不含mIL-2,代表背景读数,其信号水平与对照孔相似。图3B展示了对图3A中ELISA板结果的定量分析。根据重组mIL-2的标准曲线,将光密度(OD)值转换为mIL-2浓度。图3C展示了一项剂量反应实验,其中不同剂量的抗体预先与CLL细胞孵育,随后与表达CD16的BW细胞共孵育。

图1:BW报告系统示意图。 BW5147细胞被稳定转染,表达不同受体的胞外部分与小鼠CD3ζ链的跨膜区及胞内区融合的嵌合受体(chimeric receptor-CD3ζ)。特定受体-CD3ζ被配体激活后,可分泌mIL-2,该因子可通过ELISA检测。 请点击此处查看此图的放大版本。

图 2:嵌合受体-CD3ζ 的结构及 PCR 引物的设计。 (A)细胞外受体与小鼠 CD3ζ 跨膜区及胞内区融合的通用结构。(B)使用一个在 3' 端同时包含 CD3ζ 核苷酸序列的引物扩增受体的胞外区。(C)使用一个在 5' 端同时包含受体核苷酸序列的引物扩增 CD3ζ 的胞内区和跨膜区。(D)在最终的 PCR 反应中,将上述两个具有重叠序列的片段作为 DNA 模板。在所有图示中,不同的蛋白结构域以不同颜色标注,并用蓝色矩形框(CD3ζ 序列)和红色矩形框(受体序列)标出。 请点击此处查看该图的放大版本。

图3:BW报告系统最终产物的示意图。 (A, B, C)CLL 细胞经两种抗 CD20 抗体(利妥昔单抗和奥滨尤妥珠单抗)或对照抗体预孵育或不预孵育。随后,将抗体结合的细胞与亲本 BW 细胞或表达 CD16a-CD3ζ 的 BW 细胞共同孵育。通过 ELISA 检测上清液中 mIL-2 的水平。(A)原始 ELISA 板图像。颜色深浅表示上清液中 mIL-2 的浓度。实验设三个重复。下排显示同一块板中分析的重组 mIL-2 递减浓度的 ELISA 读数。(B)图(A)中 ELISA 读数的定量结果。根据 mIL-2 的标准曲线计算 mIL-2 水平。(C)剂量反应实验,将不同剂量的抗体与 CLL 细胞预孵育后,再与表达 CD16a-CD3ζ 的 BW 细胞共同孵育。***,P < 0.001 < 0.001;Student's t 检验(B)或含多重比较的方差分析(C)。在(C)中唯一无显著差异的比较是第一浓度下利妥昔单抗与对照抗体的结果0.01 µg/mL。误差线表示三次重复的实验数据的标准差。类似的实验已作为我们近期一项研究的一部分开展。9. 请点击此处以查看此图的放大版本。
本文介绍了一种构建报告系统以研究受体-配体相互作用的实验方案(参见该方案的简略形式于1)。该方案包含三个主要部分:嵌合蛋白的克隆,该蛋白包含特定受体的胞外域与CD3ζ的胞内域融合;将表达该融合蛋白的质粒转染至BW细胞;例如,通过电穿孔法)以及通过ELISA定量检测小鼠IL-2。上述各步骤的最终产物均应独立验证:克隆过程应通过测序目标质粒中融合蛋白的完整序列进行验证,BW细胞的转染效果应通过检测BW细胞中目的受体的表达情况进行验证(例如,通过流式细胞术),并且ELISA过程应通过常规阳性对照进行验证(例如,重组mIL-2)以及转染的BW细胞的特异性对照; 即, 表达已知配体的靶点,该配体作用于目标受体(例如, 可使用表达 CD48 的细胞作为表达 NK 细胞受体 2B4 的 BW 细胞的阳性对照。例如,克隆过程可能成功,但 BW 细胞未表达融合蛋白,此时应重复电穿孔操作。或者,若 ELISA 板的信号未高于背景水平(尤其是阳性对照),则转染的 BW 细胞可能未能表达受体(或受体表达丢失),或 ELISA 操作过程中可能出现技术问题。
可在保留该实验基本原理的前提下,对该方案进行若干修改。这些修改包括用于表达融合蛋白的载体、将质粒转染至BW细胞的方法,以及与孵育和ELISA相关的具体参数,例如靶标类型例如, 细胞,抗体, 等等。),靶细胞数量或抗体浓度(相关时)(我们每孔使用 50,000 个细胞,抗体起始剂量为 0.5 µg/孔),孵育时间(我们采用 48 小时孵育),以及转移至 ELISA 板的上清液体积。
该方法具有高灵敏度、高特异性,且易于定量。它非常适合用于筛选特定受体的配体(尤其适用于配体本身尚未被识别的情况)。在制备表达特定受体的转染BW细胞后,可将这些细胞冻存,并在后续实验需要时取出使用。我们及其他研究者已在先前的研究中成功应用该系统探索受体-配体相互作用(例如2,3,5,12,13,14,15,16),并且该系统所得结果已被其他技术验证。该方法还可用于研究抗体对不同人源FcγR受体的激活作用,例如已用于血清中抗病毒抗体6,7,8或抗CD20单克隆抗体的研究9。
由于该报告系统仅表达受体的胞外段,因此本系统获得的结果应通过针对内源性受体的补充实验加以验证,例如利用自然杀伤(NK)细胞进行细胞毒性实验,以研究与NK细胞受体的相互作用。此外,某些配体/受体相互作用可能不会在该报告系统中引发mIL-2的分泌,因而可能被遗漏。同时,与任何实验体系一样,应按照上述方法对多种参数进行结果验证。当需要比较两种实验条件时,这一点尤为重要例如,不同抗体对同一Fc受体的激活)。此外,必须验证特定配体-受体相互作用的敏感性处于系统的线性范围内,否则可能导致信号饱和,从而无法在不同条件下进行有效比较。可通过使用mIL-2标准曲线以及对所测试的配体生成剂量-反应曲线来实现验证(若出现饱和值,应调整实验参数); 例如,应使用较小体积的上清液进行ELISA分析)。该系统的另一个可能局限性在于所用靶细胞会内源性分泌mIL-2(例如,小鼠T细胞),这会掩盖BW细胞的IL-2分泌。为克服这些仅限于小鼠细胞的极不常见情况,可通过采用不同的报告系统来改进该检测系统(例如,GFP)在靶细胞中不表达。
作者声明不存在竞争性经济利益。
作者感谢 Esther Singer 提供的语言编辑服务。本研究由欧洲研究理事会根据欧盟第七框架计划(FP/2007-2013)资助,项目编号为 320473-BacNK。额外支持来自规划与预算委员会和以色列科学基金会的 I-CORE 项目,以及染色质与RNA在基因调控中的 I-CORE 项目、GIF 基金会、Lewis 家族基金会、ICRF 教授职位资助、赫尔姆霍兹以色列资助和 Rosetrees 信托基金(以上各项资助均授予 O.M.)。本研究还获得了以色列科学基金会(资助号 502/15)、Kass 医学研究奖以及以色列血液学与输血医学学会研究基金(授予 S.E.)的支持。O.M. 是分子免疫学 Crown 教授。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
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| AccuPrep 质粒小量提取试剂盒 | Bioneer | K-3030 | |
| 抗小鼠 IL-2 抗体 | BioLegend | 503702 | |
| 生物素标记抗小鼠 IL-2 抗体 | BioLegend | 503804 | |
| ELISA 板 | De-groot | 60-655061 | |
| 胎牛血清 | Sigma | F7524-500ml | |
| G418 | Mercury | MBS3458105GM | |
| Gene Pulser II 电穿孔仪 | Bio-Rad | 165-2105, 165-2106, 165-2107, 165-2108, 165-2109, 165-2110 | |
| L-谷氨酰胺 | Biological industry | 03-020-1B | |
| MEM 非必需氨基酸溶液 | Biological industry | 01-340-1B | |
| 青霉素-链霉素溶液 | Biological industry | 03-031-1B | |
| 辣根过氧化物酶标记链霉亲和素 | Jackson ImmunoResearch | 016-030-084 | |
| PureLink HiPure 质粒滤膜型大提纯试剂盒 | ThermoFisher Scientific | K210016 | |
| RPMI-1640 培养基 | Biological industry | 30-2001 | |
| 丙酮酸钠 | Biological industry | 03-042-1B | |
| TMB | SouthernBiotech | 0410-01 |