Dieses Protokoll beschreibt die in vivo Reprogrammierung von Krebszellen der Maus in dendritisch-ähnliche Zellen vom Typ 1 innerhalb der Tumormikroumgebung durch erzwungene Expression der Transkriptionsfaktoren PU.1, IRF8 und BATF3.
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Dieses Protokoll beschreibt die in vivo Reprogrammierung von Krebszellen der Maus in dendritisch-ähnliche Zellen vom Typ 1 innerhalb der Tumormikroumgebung durch erzwungene Expression der Transkriptionsfaktoren PU.1, IRF8 und BATF3.
Die Wirksamkeit der Krebsimmuntherapie beruht auf der Rekrutierung und Aktivierung zytotoxischer T-Zell-Antworten gegen solide Tumore durch konventionelle dendritische Zellen vom Typ 1 (cDC1s). Die Erzeugung von cDC1s für die Krebsimmuntherapie ist jedoch mit erheblichen Einschränkungen konfrontiert, darunter eine schlechte Zellausbeute, funktionelle Heterogenität und Anfälligkeit für Immunsuppression in der Tumormikroumgebung (TME). Wir haben kürzlich eine Immuntherapie-Modalität entwickelt, die auf der In-vivo-Reprogrammierung von Krebszellen in immunogene cDC1-ähnliche Zellen basiert, die es Krebszellen ermöglichte, Tumorantigene als cDC1s zu präsentieren und polyklonale zytotoxische T-Zell-Antworten sowie eine dauerhafte systemische Anti-Tumor-Immunität hervorrief. Hier beschreiben wir ein handhabbares Protokoll zur Erzeugung von cDC1-ähnlichen Zellen innerhalb der TME durch Überexpression des minimalen cDC1-spezifischen genregulatorischen Netzwerks PU.1, IRF8 und BATF3 (zusammen als PIB bezeichnet) in Krebszellen, gefolgt von der subkutanen Implantation einer Mischung aus transduzierten und elterlichen Zellen. Die PIB-Überexpression treibt die allmähliche Akquisition des hämatopoetischen Markers CD45 und des professionellen Antigen-Präsentationskomplexes MHC Klasse II auf Tumorzellen voran und dient als Zelloberflächenauslesung für die in vivo cDC1-Reprogrammierung. Im Vergleich zum Reprogrammierungsprozess in vitro zeigte die Reprogrammierung des YUMM1.7-Mausmelanommodells in vivo eine schnellere Kinetik und eine höhere Effizienz. cDC1-ähnliche Zellen induzierten einen schnellen Umbau der TME, indem sie innerhalb der ersten 3 Tage Immunzellen des Wirts rekrutierten und bis zum 9. Tag zur Bildung einer tertiären lymphoiden Struktur führten. Reprogrammierte cDC1-ähnliche Zellen blieben mindestens 9 Tage lang in Tumoren bestehen, wurden aber an Tag 15 nicht entdeckt. Das hier beschriebene in vivo cDC1-Reprogrammierungsprotokoll bietet eine handhabbare und robuste Methode, um "immunkalte" Tumoren effektiv in "immunkalte" Tumoren umzuwandeln. Insgesamt bietet es eine leistungsstarke Plattform, um die Mechanismen zu untersuchen, die der cDC1-vermittelten Anti-Tumor-Immunität zugrunde liegen, und synergistische Kombinationen mit anderen Krebsimmuntherapie-Modalitäten aufzudecken.
Jüngste Fortschritte bei der Krebsimmuntherapie, einschließlich der Immun-Checkpoint-Blockade (ICB), der adoptiven Zelltherapie (ACT) und der Impfstoffe, haben die Landschaft der Krebsbehandlung verändert1. Beim Melanom können die Ansprechraten auf die Hemmung des programmierten Zelltods Protein 1 (PD-1) und des zytotoxischen T-Lymphozyten-assoziierten Proteins 4 (CTLA-4) bis zu 60 %2 erreichen. Dennoch sprechen über 40 % der Melanompatienten nicht auf ICB an, und die Ansprechraten bei weniger immunogenen Krebsarten wie Brustkrebs, mikrosatellitenstabilem Darmkrebs und Glioblastom bleiben unter 5 %, was klinische Lücken hervorhebt 3,4,5. Ein Haupthindernis für einen breiten klinischen Erfolg ist die schlechte Aktivierung zytotoxischer T-Zell-Reaktionen, die von einer effizienten Antigenpräsentation in der Tumormikroumgebung (TME) abhängen6.
Konventionelle dendritische Zellen vom Typ 1 (cDC1s) sind selten, aber unverzichtbar für die Initiierung einer tumorspezifischen Immunität und bieten drei Schlüsselsignale für die Prime-T-Zell-Antworten: (1) professionelle Verarbeitung und Präsentation von Antigenen auf den Haupthistokompatibilitätskomplexen (MHC) Klasse I und II, (2) Co-Stimulation über CD80 und CD86 und (3) proinflammatorische Zytokin-Signalübertragung einschließlich IL-12 7,8. Unter den dendritischen Zellen (DC) zeichnen sich cDC1s durch die Kreuzpräsentation von Tumorzell-assoziierten Antigenen aus, um naive oder reaktivierende CD8+ T-Zellen zu primen oder die CD4+ T-Zell-Differenzierung zu Typ-1-T-Helferzellen (TH1) voranzutreiben9. Darüber hinaus sind cDC1s die Hauptproduzenten von Chemokinen, den C-X-C-Motiv-Chemokin-Liganden 9 und 10 (CXCL9/10), die die Rekrutierung von T-Zellen an das Tumorgewebe vermitteln 10,11,12,13. In den letzten Jahren haben zahlreiche Studien gezeigt, dass die Tumorabstoßung und das effektive Ansprechen auf ICB oder ACT stark mit dem Vorhandensein von intratumoralem cDC1s korrelieren12,13. Daher haben sich cDC1s zu einem attraktiven Ziel für die Krebsimmuntherapie entwickelt, und die erfolgreiche Nutzung ihrer einzigartigen Eigenschaften kann ein erhebliches translationales Potenzial haben.
Derzeitige Methoden zur Erzeugung von cDC1s basieren auf der Blutisolierung oder -differenzierung aus CD34+-Vorläuferzellen oder pluripotenten Stammzellen 14,15,16. Die vorherrschenden klinischen Strategien beruhen darauf, eine Mischung aus autologen DC-Untergruppen aus dem Blut zu isolieren und sie ex vivo mit Toll-like-Rezeptoragonisten oder proinflammatorischen Zytokinen zu stimulieren, um vor der Reinfusion ein ausgereiftes, immunogenes Programm zu induzieren16. Diese Strategien sind jedoch durch eine schlechte Zellreifung, immunsuppressive Barrieren in der TME und eine Teilmenge der Heterogenität in der infundierten DC-Mischung begrenzt, in der nur ein kleiner Teil von cDC1s vorhanden ist7. Darüber hinaus ist die Isolierung von cDC1s für die Krebsimmuntherapie oder -impfung eine Herausforderung, da sie im peripheren Blut extrem gering sind (<0,3 %)16. Darüber hinaus können cDC1s aus CD34+-Vorläuferzellen oder induzierten pluripotenten Stammzellen unter Verwendung von Zytokinen und NOTCH-Signalweg hergestellt werden. Diese Methoden erfordern jedoch komplexe und lange Protokolle und führen zu geringen Zahlen und heterogenen Populationen von DC-Untergruppen 17,18,19.
Um diese Einschränkungen zu beheben, bietet die In-vivo-Reprogrammierung eine geeignete Strategie für die Krebsimmuntherapie, um cDC1-ähnliche Zellen zu erzeugen, die den phänotypischen, transkriptionellen und funktionellen Eigenschaften von cDC1sähneln 20. Durch die Überexpression des cDC1-spezifischen minimalen genregulatorischen Netzwerks -- PU.1, IRF8 und BATF3 (zusammen als PIB bezeichnet) -- wurden Fibroblasten, Stromazellen und Krebszellen allmählich in cDC1-ähnliche Zellen umprogrammiert, die die Verarbeitung und Präsentation von Tumorantigenen auf MHC-Klassen I und II, die co-stimulatorische Signalübertragung über CD80 und CD86 und die Zytokin-/Chemokinsekretion, einschließlich CXCL9/10 und IL-12,ermöglichten 20, 21,22,23. Die cDC1-Reprogrammierung verlief in menschlichen Xenotransplantaten in vivo und unabhängig von der Immunsuppression schneller und effizienter und erzeugte cDC1-ähnliche Zellen mit einer reifen immunogenen Signatur20. In syngenen Melanomtumoren beobachteten wir, dass cDC1-ähnliche Zellen ihre TME umbauten, die Bildung einer tertiären lymphatischen Struktur (TLS) induzierten und polyklonale T-H1- und zytotoxische Gedächtnis-T-Zellen rekrutierten und expandierten, was zu einer langfristigen systemischen Immunität führte20. Schließlich haben wir eine neuartige Krebsimmuntherapie-Modalität entwickelt, die auf der in situ Reprogrammierung von Krebszellen in cDC1-ähnliche Zellen durch intratumorale Injektion von adenoviralen Vektorenbasiert 20. Diese Ergebnisse ebnen den Weg für die klinische Umsetzung der cDC1-Reprogrammierung als neue Krebsimmuntherapie-Modalität, die die funktionellen Eigenschaften von cDC1s nutzen kann.
Hier stellen wir ein handhabbares Protokoll zur Generierung von cDC1-ähnlichen Zellen innerhalb des TME vor, das auf in vivo cDC1-Reprogrammierung basiert. Die lentivirale Verabreichung von PIB an Krebszellen und die anschließende Implantation als definierter Mix aus transduzierten Krebszellen mit nicht transduzierten elterlichen Krebszellen ermöglicht in vivo die Reprogrammierung einer kontrollierten Fraktion von Krebszellen innerhalb der TME. Darüber hinaus ist diese Methode nicht durch die In-situ-Verabreichungseffizienz viraler Vektoren begrenzt20. Wir skizzieren die Schritte für eine effiziente Produktion lentiviraler Vektoren, die funktionelle Titration und die in vivo cDC1-Reprogrammierung am Beispiel des syngenen Melanommodells YUMM1.7. Wir beschreiben den experimentellen Aufbau und die Gating-Strategie zur Analyse in vivo reprogrammierter cDC1-ähnlicher Zellen mittels Durchflusszytometrie nach Tumordissoziation. Wir bieten auch die Schritte zur Bewertung von Veränderungen in der TME an, indem wir Kryokonservierung, Schnitte und Immunfluoreszenzfärbung von Tumorschnitten durchführen, gefolgt von konfokaler Mikroskopie. Schließlich befassen wir uns mit der Überwachung der cDC1-induzierten Immunität durch Messung des Tumorwachstums und des Tumorüberlebens. Dieser handhabbare und skalierbare Ansatz bietet Forschern ein wertvolles Werkzeug, um kombinatorische Behandlungsstrategien mit in vivo cDC1-Reprogrammierung zu bewerten, Veränderungen in der TME- und TLS-Neogenese in Krebsmodellen zu charakterisieren oder große Screenings durchzuführen, um die Expression verschiedener Immunsignale, z. B. der Antigenpräsentation oder der Zytokin-/Chemokinsekretion, zu modifizieren und deren Auswirkungen auf die Antitumorimmunität zu entschlüsseln.
Tierversuche wurden nach Genehmigung durch das schwedische Landwirtschaftsamt in Übereinstimmung mit den schwedischen Vorschriften durchgeführt.
1. Vorbereitung des Reagenzes
2. Produktion von Lentiviren
3. Funktionelle Virustitration
HINWEIS: Dieser Schritt sollte für jede Charge von Lentiviren wiederholt werden, um die optimale Virusdosis zu bestimmen, die erforderlich ist, um ein Verhältnis von transduzierten (eGFP+) zu nicht transduzierten (eGFP-) Zellen von 1:1 zu erreichen.
4. Subkutane Tumoretablierung für die in vivo Reprogrammierung
5. Tumorisolierung für die durchflusszytometrische Analyse
6. Einfrieren und Schneiden von Tumoren für die konfokale Mikroskopie
7. Immunfluoreszenzfärbung von Tumorschnitten
Eine schematische Übersicht über das steuerbare in vivo Reprogrammierungsprotokoll ist in Abbildung 1 dargestellt. Zuerst stellten wir den polycistronischen lentiviralen Vektor SFFV-PIB-IRES-eGFP (PIB-eGFP) her, der für die cDC1-instruktiven Reprogrammierungsfaktoren PU.1, IRF8, BATF3 kodiert, gefolgt von einer internen ribosomalen Eintrittsstelle (IRES) und einem verstärkten grün fluoreszierenden Protein (eGFP) in der HEK 293T-Verpackungszelllinie. Um die Lentivirus-vermittelte Immunogenität zu kontrollieren, haben wir einen leeren SFFV-MCS-eGFP (eGFP)-Vektor hergestellt, der eine multiple Klonierungsstelle (MCS) und IRES-eGFP enthält, aber die Reprogrammierungsfaktoren ausschließt. Nach der Virusproduktion haben wir den Lentivirus-haltigen Überstand geerntet und durch Ultrazentrifugation konzentriert. Wir titrierten das Virus funktionell, um die Menge zu bestimmen, die erforderlich ist, um ein 1:1-Verhältnis von transduzierten (eGFP+) zu nicht transduzierten (eGFP-) Zellen zu erreichen, das wir an Tag 3 nach der Transduktion evaluierten. Dann verwendeten wir die resultierende Virusmenge, um die ausgewählte Krebszelllinie an Tag -1 zu transduzieren. Nach 24 Stunden sammelten wir die Zellen und implantierten sie subkutan, um Tumore zu etablieren. Diese Strategie stellte sicher, dass transduzierte Zellen in vivo innerhalb der TME in cDC1-ähnliche Zellen umprogrammiert wurden. Zu den angegebenen Zeitpunkten nach der Transplantation exzidierten und bearbeiteten wir Tumore für nachgelagerte Analysen, einschließlich der Durchflusszytometrie dissoziierter Tumorzellen, um die in vivo Reprogrammierungseffizienz zu quantifizieren, oder der Immunfluoreszenzfärbung von kryokonservierten Tumorschnitten zur Charakterisierung von Veränderungen in der TME.
Um die Produktion hoher lentiviraler Titer sicherzustellen, überwachten wir zunächst HEK 293T-Zellen vor der Transfektion, um eine Konfluenz von 70-80% zu erreichen, und 24 Stunden später bewerteten wir die Transfektionseffizienz durch eGFP-Expression mittels Fluoreszenzmikroskopie (Abbildung 2A). Als nächstes sammelten wir virushaltiges Medium 48 h und 60 h nach der Transfektion, ultrazentrifugierten es und lagerten es in Aliquoten bei -80 °C (Abbildung 2B). Anschließend ermittelten wir die optimale Virusmenge, die erforderlich ist, um ein 1:1-Verhältnis von eGFP+- zu eGFP-Zellen in YUMM1.7-Melanomzellen zu erreichen. Wir säten 105 YUMM1,7-Zellen pro Well in eine 6-Well-Platte, transduzierten die Zellen mit zunehmendem Lentivirus-Volumen und ersetzten den virushaltigen Überstand nach 24 h durch frisches DMEM/F12-Komplettmedium (Abbildung 2C). An Tag 3 untersuchten wir die eGFP-Expression mittels Fluoreszenzmikroskopie, bevor wir mit der Quantifizierung der genauen Prozentsätze von eGFP+-Zellen durch Durchflusszytometrie fortfuhren (Abbildung 2C). Um das Verhältnis von eGFP+- zu eGFP-Zellen zu quantifizieren, haben wir lebende Einzelzellen eingeschlossen, um tote Zellen und Dubletten auszuschließen (Abbildung 2D). Das optimale Volumen der produzierten Lentivirus-Charge wurde sowohl für PIB-eGFP als auch für das Kontroll-eGFP-Virus mit 2 μl pro 105 YUMM1,7 Zellen bestimmt, was zu 50,0 ± 0,3% bzw. 63,0 ± 0,9% eGFP+ Zellen führte (Abbildung 2E).
Um die Effizienz der In-vivo-Reprogrammierung zu bewerten, erzeugten wir als Nächstes eine fluoreszenzmarkierte (mCherry+) Krebszelllinie (YUMM1,7-mCherry). Dies stellte sicher, dass wir zwischen Krebszellen und Stroma- oder Immunzellen unterscheiden konnten, indem wir lebende mCherry+-Zellen in der Durchflusszytometrie-Analyse eingruben (Abbildung 3A,B). Anschließend transduzierten wir YUMM1,7-mCherry-Zellen mit 2 μl PIB-eGFP oder Kontroll-eGFP-Viren pro 105 Zellen, um ein Verhältnis von 1:1 eGFP+ zu eGFP- zu erreichen. Wir implantierten subkutan 1,6 × 106 Zellen pro Tumor in CD45.1-Mäuse und bewahrten ein Aliquot von Zellen auf, um sie in vitro zum Vergleich zu kultivieren. Wir untersuchten die Effizienz der Reprogrammierung mittels Durchflusszytometrie, indem wir lebende mCherry+ eGFP+ und CD45.1-Zellen gatingten, um Immunzellen des Wirts auszuschließen, die eGFP oder mCherry verschlungen haben (Abbildung 3B). Von Tag 1 bis 9 beobachteten wir den allmählichen Erwerb der CD45.2- und/oder MHC-II-Expression, wobei teilweise reprogrammierte cDC1-ähnliche Zellen (CD45.2+ MHC-II- oder CD45.2-MHC-II+) und vollständig reprogrammierte cDC1-ähnliche Zellen (CD45+ MHC-II+) markiert wurden (Abbildung 3C). Wir validierten, dass die Reprogrammierung von Mauskrebszellen in vivo zu einem höheren Prozentsatz von cDC1-ähnlichen Zellen an Tag 9 im Vergleich zu in vitro Bedingungen führte (9,54 ± 1,54% CD45+ MHC-II+in vivo vs. 4,72 ± 1,1 % CD45+ MHC-II+in vitro, P = 0,018). Die Kinetik der Reprogrammierung wurde ebenfalls beschleunigt, da wir bereits an Tag 4 einen höheren Prozentsatz an cDC1-ähnlichen Zellen beobachteten (8,7 ± 3,3% CD45+ MHC-II+in vivo vs. 0,3 ± 0,1 % CD45+ MHC-II+in vitro, P = 0,05), was darauf hindeutet, dass das Vorhandensein von Umweltreizen eine schnellere und effizientere Reprogrammierung in Richtung cDC1-ähnlicher Zellen fördert19. Während in vitro reprogrammierte cDC1-ähnliche Zellen bis zum 15. Tag vorhanden waren, blieben in vivo cDC1-ähnliche Zellen 9 Tage lang bestehen, waren aber am 15. Tag nicht entdeckt, was auf eine Depletion der TME durch das Immunsystem des Wirts hindeutet (Abbildung 3C).
Schließlich zielten wir darauf ab, frühe Veränderungen der TME als Ergebnis der in vivo cDC1-Reprogrammierung in den ersten 9 Tagen zu charakterisieren. Wir führten eine Immunfluoreszenzfärbung von kryokonservierten und geschnittenen Tumorgeweben sowohl von eGFP- als auch von PIB-eGFP-Tumoren nach 3 und 9 Tagen in vivo-Reprogrammierung durch, wobei wir uns auf die Infiltration von Immunzellen konzentrierten, die durch den pan-hämatopoetischen Marker CD45 markiert sind. Bemerkenswert ist, dass cDC1-ähnliche Zellen an Tag 3 im Vergleich zu eGFP-Tumoren signifikant mehr CD45-Zellen für die TME rekrutierten (49,6 ± 17,0 vs. 8,0 ± 5,8 eGFP mittlere Fluoreszenzintensität der CD45-Färbung pro Tumorbereich; Abbildung 4A,B). Interessanterweise konnten wir TLS innerhalb der TME von Tumoren nach 9 Tagen in vivo Reprogrammierung nachweisen. Dies deutet darauf hin, dass cDC1-ähnliche Zellen die TME innerhalb von 3 Tagen schnell von einer "immunkalten" zu einer "immunheißen" Umgebung umgestalten können, was dann am 9. Tag zur TLS-Bildung führt.

Abbildung 1: Überblick über das Protokoll zur Generierung von cDC1-ähnlichen Zellen durch in vivo Reprogrammierung von Krebszellen. Lentivirale Vektoren SFFV-PIB-IRES-eGFP-kodierende PU.1, IRF8 und BATF3 in einer polycistronischen Kassette unter der Kontrolle des Milzfokus-bildenden Viruspromotors (SFFV) und eGFP nach einer internen Ribosomeneintrittsstelle (IRES) zur Verfolgung transduzierter Zellen mittels Durchflusszytometrie und Fluoreszenzmikroskopie - werden in der HEK 293T-Verpackungszelllinie hergestellt. Anschließend werden lentivirale Vektoren ultrazentrifugiert und funktionell titriert, um die Menge an Viren zu bestimmen, die für die Transduzierung von Krebszellen in einem Verhältnis von 1:1 transduzierten eGFP+ zu nicht transduzierten eGFP-Zellen erforderlich ist. Für In-vivo-Reprogrammierungsexperimente werden Krebszellen an Tag -1 mit der optimalen Menge an Lentivirus plattiert. Am nächsten Tag wird diese 1:1-Mischung aus transduzierten GFP+- und nicht transduzierten GFP-Zellen gewaschen und für die subkutane Tumoretablierung in Mäusen gesammelt. Parallele In-vitro-Kulturen werden aufrechterhalten, um die Transduktion an Tag 3 durch Durchflusszytometrie zu validieren. Die Tiere werden alle 2-3 Tage auf Tumorwachstum und Überleben überwacht. Tumore werden zu definierten Zeitpunkten gesammelt, dissoziiert und für die Oberflächenmarkerexpression für die Durchflusszytometrie-Analyse gefärbt. Alternativ werden ganze Gewebe fixiert, kryokonserviert und für die Immunfluoreszenzfärbung und konfokale Mikroskopieanalyse geschnitten. Die Effizienz der In-vivo-Reprogrammierung wird durch Durchflusszytometrie bewertet, während Veränderungen in der Tumormikroumgebung durch konfokale Bildgebung charakterisiert werden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Produktion und funktionelle Titration von Lentiviren für die in vivo cDC1-Reprogrammierung. (A) Wenn HEK 293T-Zellen eine Konfluenz von ~70-80 % erreichen, werden sie mit einer Mischung transfiziert, die 10 μg Transferplasmid entweder SFFV-PIB-eGFP (PIB-eGFP) oder leere lentivirale Vektorkontrolle SFFV-eGFP (eGFP) enthält, zusammen mit 7,5 μg psPAX2 und 2,5 μg mPD2.G und 60 μl 1 mg/ml PEI. Hellfeld- und Fluoreszenzmikroskopie-Bilder von HEK 293T-Zellen zeigen die eGFP-Expression 24 h nach der Transfektion, was auf eine erfolgreiche Plasmidabgabe hinweist. Maßstabsbalken = 200 μm. (B) Schematische Darstellung des Arbeitsablaufs bei der Ultrazentrifugation zur Konzentration von Lentiviren. Der Lentivirus-haltige Überstand der HEK 293T-Zellen wird 48 h und 60 h nach der Transfektion gesammelt, durch einen 0,45 μm PES-Filter mit geringer Proteinbindung filtriert und 37 g in Open-Top-Dünnwand-Polypropylen-Röhrchen mit einer Tischwaage gewogen. Die Röhrchen werden in einem Ausschwingrotor ultrazentrifugiert, der Überstand wird angesaugt und das Pellet 5 min lang getrocknet. Die Pellets werden dann in eiskaltem, HEPES-haltigem DMEM resuspendiert und über Nacht inkubiert, bevor sie aliquotieren und bei -80 °C gelagert werden. (C) Experimentelle Strategie der funktionellen Titration zur Bestimmung der optimalen Virusdosis für das Erreichen eines 1:1-Verhältnisses von GFP+- zu GFP-Zellen. Hellfeld- und Fluoreszenzmikroskopie-Bilder zeigen die eGFP-Expression in YUMM1.7-Melanomzellen, 72 h nach der Transduktion, was auf eine erfolgreiche Verabreichung der Reprogrammierungsfaktoren und des eGFP hinweist. Maßstabsbalken = 100 μm. (D) Repräsentative Diagramme der Durchflusszytometrie, die die Gating-Strategie zur Quantifizierung des Verhältnisses von eGFP+ -Zellen zeigen. Lebende Zellen wurden auf Viabilitätsfarbstoff-negative Population (DAPI) untersucht, gefolgt von einem Dublett-Ausschluss. (E) Durchflusszytometrische Quantifizierung der Transduktionseffizienz mit steigenden Virusdosen, um das optimale Volumen für das Erreichen von 1:1 GFP+/GFP-Zellen zu bestimmen. Sowohl für PIB-eGFP als auch für eGFP-Lentiviren erreichten 2 μl Volumen pro 105 Zellen das gewünschte Verhältnis. Abkürzungen: cDC1s = konventionelle dendritische Zellen vom Typ 1; DAPI = 4',6-Diamidino-2-phenylindol; PIB = PU.1, IRF8 und BATF3; PEI = Polyethylenimin. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Bewertung der in vivo cDC1-Reprogrammierungseffizienz. (A) Schematische Darstellung des experimentellen Arbeitsablaufs zur Bewertung der in vivo cDC1-Reprogrammierungseffizienz. Krebszellen werden zunächst mit einem Lentivirus transduziert, das mCherry exprimiert, um eine fluoreszenzmarkierte Zelllinie (YUMM1,7-mCherry) zu erzeugen, gefolgt von der Transduktion mit der optimierten Dosis des PIB-eGFP-Lentivirus an Tag -1. Die Zellen werden dann am Tag 0 subkutan mit einem 1:1-Verhältnis von eGFP+/eGFP-Zellen injiziert, um Tumore in CD45.1-Mäusen zu etablieren und es den PIB-transduzierten Zellen zu ermöglichen, sich innerhalb der TME in cDC1-ähnliche Zellen umzuprogrammieren. Die Tumore werden dann zu den angegebenen Zeitpunkten isoliert, dissoziiert und mittels Durchflusszytometrie auf CD45.1, CD45.2 und MHC-II gefärbt. Dies ermöglicht den Ausschluss von CD45.1-Wirtsimmunzellen, um die in vivo cDC1-Reprogrammierungseffizienz durch Expression von CD45.2 und MHC-II zu quantifizieren. Parallele in vitro Kulturen werden als Vergleich zur in vivo Reprogrammierung über die gesamten Zeitpunkte aufbewahrt. (B) Repräsentative Durchflusszytometrie-Diagramme, die die Gating-Strategie an Tag 9 veranschaulichen. Die Zellen wurden auf mCherry+ und GFP+ gestoppt, um erfolgreich transduzierte Krebszellen zu identifizieren. Immunzellen des Wirts wurden ausgeschlossen, indem CD45.1+-Zellen ausgeschaltet wurden. (C) Quantifizierung der in vivo Reprogrammierungseffizienz (links) von YUMM1,7-mCherry-Zellen mittels Durchflusszytometrie als prozentualer Anteil von CD45+ MHC-II+ Zellen (vollständig reprogrammiert) und CD45.2+ HLA-DR- oder CD45.2-HLA-DR+ cDC1-ähnlichen Zellen (teilweise reprogrammiert), die innerhalb von eGFP+ mCherry+ gesteuert sind Zellen. Repräsentative Diagramme der Durchflusszytometrie (rechts), die den allmählichen Erwerb der CD45.2- und MHC-II-Expression in PIB-eGFP-transduzierten YUMM1.7-mCherry-Zellen während der angegebenen Zeitpunkte zeigen. Als Kontrolle wurden eGFP-transduzierte YUMM1,7-mCherry-Zellen verwendet und in vitro wurden reprogrammierte cDC1-ähnliche Zellen zum Vergleich verwendet. Die Daten in (C) geben die mittlere ± SD von 3-5 biologischen Replikatexperimenten an. Die statistische Analyse in (C) wurde für CD45+ MHC-II+ Zellen mit dem Mann-Whitney-Test durchgeführt. *P < 0,05. Abkürzungen: cDC1s = konventionelle dendritische Zellen vom Typ 1; PIB = PU.1, IRF8 und BATF3; TME = Tumor-Mikroumgebung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Analyse der Immuninfiltration in der Tumormikroumgebung nach in vivo cDC1-Reprogrammierung. (A) Repräsentative konfokale Bilder, die CD45+ -Zellen in YUMM1.7-Tumoren nach subkutaner Implantation von PIB-eGFP- oder Kontroll-eGFP-transduzierten Zellen (1:1-Verhältnis von transduzierten zu elterlichen Zellen) an den Tagen 3 und 9 zeigen. Maßstabsbalken = 500 μm. (B) Quantifizierung des MFI für die CD45-Färbung in PIB-behandelten und kontrollierten eGFP-transduzierten YUMM1.7-Tumoren an den Tagen 3 und 9. Die Daten in (B) zeigen die mittlere ± SD von 3-6 biologischen Replikatexperimenten. Die statistische Analyse in (B) wurde mit dem Mann-Whitney-Test durchgeführt. *P < 0,05 und ***P < 0,001. Abkürzungen: cDC1s = konventionelle dendritische Zellen vom Typ 1; PIB = PU.1, IRF8 und BATF3; MFI = mittlere Fluoreszenzintensität. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
In diesem Protokoll beschreiben wir eine handhabbare Methode zur Erzeugung von cDC1-ähnlichen Zellen, die auf der in vivo Reprogrammierung von Krebszellen aus soliden Tumoren basiert. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Überexpression von PU.1, IRF8 und BATF3 den allmählichen Erwerb eines cDC1-Phänotyps in der TME bis zum Tag 9 vorantreibt, wonach cDC1-ähnliche Zellen aus Tumoren depletiert werden. Letztendlich führt dies zu einer verstärkten Infiltration von CD45-Zellen in die TME bis zum 3. Tag, wodurch der Umbau einer "immun-kalten" TME zu "immun-hot" wird.
Zu den derzeitigen Protokollen zur Erzeugung von cDC1 gehören die Anreicherung autologer DCs aus peripherem Blut, die Differenzierung von CD34+ hämatopoetischen Vorläuferzellen oder die Differenzierung von pluripotenten Stammzellen 14,15,16,17,18,19. Diese Methoden weisen jedoch limitierende Faktoren auf: unzureichende Reifung, reduzierte Antigenpräsentation und reduzierte Zytokin-/Chemokinproduktionskapazität in vivo, Anfälligkeit für Immunsuppression, hohe DC-Heterogenität und geringe Anzahl erzeugter Zellen7. Hier stellen wir ein Protokoll zur Verfügung, das die skalierbare Generierung von cDC1-ähnlichen Zellen in vivo für funktionelle und mechanistische Studien ermöglicht.
Mit dieser Methode wurde getestet, ob die Expression der Transkriptionsfaktorkombination PU.1, IRF8 und BATF3 ausreicht, um die in vivo Reprogrammierung voranzutreiben. Dieses Protokoll ermöglicht eine präzise Kontrolle der Verabreichungseffizienz, da die Variation der Dosis genetisch veränderter Zellen, die implantiert werden, die Wirksamkeit der Behandlung direkt beeinflusst. Wir haben bereits gezeigt, dass 2% transduzierte Zellen, was 0,15% CD45+ und MHC-II+ cDC1-ähnlichen Zellen entspricht, ausreichend sind, um eine Anti-Tumor-Immunität hervorzurufen20. Darüber hinaus deutet die an Tag 3 beobachtete schnelle Immuninfiltration darauf hin, dass teilweise reprogrammierte cDC1-ähnliche Zellen in vivo funktionell aktiv sind, da es zu diesem Zeitpunkt keinen wesentlichen Anstieg an vollständig reprogrammierten cDC1-ähnlichen Zellen gibt. In Zukunft wird es interessant sein, die funktionelle Rolle von teilweise im Vergleich zu vollständig reprogrammierten cDC1-ähnlichen Zellen bei der Anti-Tumor-Wirksamkeit zu entschlüsseln, indem modifizierte Vektoren, die ein Suizid-Gen enthalten, verwendet werden, um den Zelltod in ausgewählten Zellpopulationen zu definierten Zeitpunkten zu induzieren24. Dieses Protokoll kann ferner verwendet werden, um die Kombination mit epigenetischen Adjuvantien zu untersuchen, die die Effizienz der Reprogrammierung erhöhen können25. Schließlich könnte diese Methode auch angepasst werden, um andere DC-Subtypen in vivo zu erzeugen und verschiedene Arten von Immunantworten auszulösen, z. B. antivirale oder tolerogene Reaktionen14. Darüber hinaus können wir die In-vivo-Reprogrammierung als Plattform nutzen, um barcodierte Screenings für Transkriptionsfaktorkombinationen durchzuführen, um verschiedene Immunzelltypen zu erzeugen. Diese Möglichkeit könnte die Flexibilität von Behandlungen erhöhen, indem sie die vielfältigen funktionellen Eigenschaften bestimmter Immununtergruppen nutzt.
In unserer vorherigen Studie konnten wir zeigen, dass die immunsuppressive in vivo-Umgebung die Reprogrammierung menschlicher Krebszellen in immunogene cDC1snicht behindert 20. In diesem Artikel zeigen wir, dass die Reprogrammierung bei Mäusen in vivo schneller und effizienter ist als bei in vitro, was darauf hindeutet, dass die in vivo beobachtete verstärkte Reprogrammierung ein konserviertes Phänomen bei beiden Spezies ist. Eine der Einschränkungen dieser Methode ist jedoch das Fehlen der In-vivo-Umgebung während der anfänglichen Vektorverabreichung; Daher kann es nicht erkennen, ob Umwelteinflüsse die Effizienz der In-vivo-Verabreichung beeinflussen. Dies soll in situ durch den Vergleich verschiedener Einheiten ermittelt werden. Adenovirale Vektoren, die wir für die In-situ-Verabreichung als effizienter als lentivirale Vektoren identifiziert haben20 , könnten mit nicht-viralen Einheiten wie linearen, zirkulären und selbstamplifizierenden RNAs oder niedermolekularen Cocktails verglichen werden26,27.
Wir haben bereits gezeigt, dass die cDC1-Reprogrammierung Krebszellen mit proinflammatorischen Zytokin- und Lymphozyten-rekrutierenden Chemokinsekretion sowie einer professionellen Antigenverarbeitung und -präsentation auf MHC-I und MHC-II in Melanommodellen ausstattet23,28. Dies führt zu einem Umbau der TME von einem "immunkalten" in einen "immun-heißen" Zustand, indem die TLS-Bildung induziert wird, was die Infiltration von zytotoxischen Effektor-T-Zellen, NK-Zellen und B-Zellen erhöht und immunsuppressive Populationen wie regulatorische und erschöpfte T-Zellen reduziert20. Bei Patienten wurde ein positives Ansprechen auf die Immuntherapie mit dem Vorhandensein von TLS in Tumoren in Verbindung gebracht, wobei ein anhaltendes T- und B-Zell-Priming gegen Tumorantigene tumorspezifische Antikörperreaktionen hervorruft29,30. In Zukunft stellen wir uns vor, dieses in vivo cDC1-Reprogrammierungsprotokoll einzusetzen, um die Mechanismen der induzierten TLS-Neogenese, des TME-Umbaus und der Anti-Tumor-Immunität bei verschiedenen Krebsarten zu entschlüsseln und zu charakterisieren, ob die Produktion von tumorspezifischen Antikörpern stimuliert wird.
Wir haben bereits einen Synergismus zwischen der in vivo cDC1-Reprogrammierung und ICB mit anti-PD-1 oder anti-CTLA-4 beobachtet20. Dies deutet darauf hin, dass die durch cDC1-Reprogrammierung erzeugte "immunheiße" TME ein günstiges Umfeld für mögliche Kombinationen mit anderen Immuntherapien wie ACT bieten könnte, einschließlich T-Zell-Rezeptor (TCR)-T-Zellen, chimären Antigenrezeptor (CAR)-T-Zellen oder tumorinfiltrierenden Lymphozyten (TILs). Ein weiterer Vorteil dieser Methode ist die Möglichkeit, große unverzerrte kombinatorische oder CRISPR-Screenings durchzuführen, bei denen immunologische Rezeptoren, Zytokine, Chemokine oder Lymphotoxine in cDC1-ähnlichen Zellen in resistenten Tumortypen überexprimiert oder depletiert werden könnten, wodurch die Rolle unterschiedlicher Signalwege bei der Verbesserung der cDC1-vermittelten Immunität entschlüsselt werden könnte. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das aktuelle Protokoll eine wertvolle Ressource für eine breite wissenschaftliche Gemeinschaft darstellt, da die in vivo cDC1-Reprogrammierung eine flexible und leistungsstarke Plattform für mechanistische Studien und therapeutische Innovationen in der Krebsimmuntherapie darstellt.
C.-F.P. ist an der Asgard Therapeutics AB beteiligt und in leitenden Positionen tätig, das Krebsimmuntherapien auf der Grundlage von In-vivo-DC-Reprogrammierungstechnologien entwickelt. C.-F.P ist Erfinder der erteilten Patente US 11,345,891, JP 7303743 und CN ZL201880005047.3 sowie der Patentanmeldungen WO 2018/185709 und WO 2022/243448 (zusammen mit E.A.) von Asgard Therapeutics, die den hier beschriebenen Zellreprogrammierungsansatz abdecken.
Wir danken Mariana Lopes und Camille Chatelain, Mitgliedern des Labors für Zellreprogrammierung in der Hämatopoese und Immunität, für das Lektorat und Korrekturlesen des Manuskripts.
Diese Studie wurde im Rahmen der vom Schwedischen Forschungsrat finanzierten National ATMP Research School durchgeführt. Die hier besprochenen Projekte wurden vom Europäischen Forschungsrat im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 der Europäischen Union (866448-TrojanDC und 101189370), Novo Nordisk Fonden (NNF22C0079466), Europäischer Innovationsrat (101130218-RESYNC), Cancerfonden (23 2932 Pj), dem Schwedischen Forschungsrat (2020-00615), der Schwedischen Innovationsagentur (2024-02178), ALF (44410), FCT (2022.02338.PTDC) und Plano de Recuperação e Resiliência de Portugal pelo fundo NextGenerationEU kofinanziert (C644865576-00000005). Die Knut und Alice Wallenberg-Stiftung, die Medizinische Fakultät der Universität Lund und die Region Skåne danken für ihre großzügige finanzielle Unterstützung.
Materialverfügbarkeit:
Konstrukte und Vektoren, die für die Reprogrammierung verwendet werden, sind von Asgard Therapeutics im Rahmen einer Materialtransfervereinbarung mit dem Unternehmen erhältlich. Alle anderen Daten, die zur Bewertung der Schlussfolgerungen des Papiers benötigt werden, sind im Haupttext oder in den ergänzenden Materialien enthalten.
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 0,45 μ m Bindungsfilter mit niedrigem Proteingehalt, 150 mL Vakuumfilter mit Flaschenaufsatz | Fischer wissenschaftlich | 15983297 | |
| 2-Mercaptoethanol 50 mM | ThermoFisher Scientific | 31350010 | |
| Monoklonaler Anti-Maus-CD45-Antikörper (Klon: 30-F11), Ratten-IgG2b und Kappa; | ThermoFisher Scientific | 14-0451-82 | |
| B6. SJL-PtprcaPepcb/BoyCrl (CD45.1) | Das Jackson-Labor | 002014 | |
| BD Micro-Fine U-100 Insulinspritzen (0,5 mL) | Fisher Scientific | 11395751 | |
| C57BL/6J Mäuse | Das Jackson-Labor | 000664 | |
| Kollagenase D | Sigma Aldrich | 11088882001 | |
| Corning Falcon Zellsieb zur Verwendung mit konischen 50-ml-Röhrchen | Sigma Aldrich | CLS352340 | |
| Corning Deckgläser 24 x 50 mm | Sigma Aldrich | CLS2975245 | |
| DAPI (4',6-Diamidino-2-phenylindol, Dihydrochlorid) | ThermoFisher Scientific | Nr. D1306 | |
| DNase I | Sigma Aldrich | 10104159001 | |
| eBioscience Fixierbarer Viabilitätsfarbstoff eFluor 450 | Invitrogen | 65-0863-14 | |
| eBioscience IHC Antigen-Rückgewinnungslösung - Niedriger pH-Wert (10x) | ThermoFisher Scientific | 00-4955-58 | |
| Fötales Rinderserum (FBS) | ThermoFisher Scientific | A5256701 | |
| Fluoromount-G Eindeckmedium | ThermoFisher Scientific | 00-4958-02 | |
| GFP Antikörper [Alexa Fluor 594] | Novus Biologicals | NB600-308AF594 | |
| Gibco DMEM/Nährstoffmischung F-12 (DMEM/F-12) | ThermoFisher Scientific | 31331028 | |
| Gibco MEM Lösung für nicht-essentielle Aminosäuren (100x) | ThermoFisher Scientific | 11140035 | |
| Gibco Opti-MEM I | ThermoFisher Scientific | 11058021 | |
| Gibco Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 Mittel | ThermoFisher Scientific | 52400025 | |
| Gibco Natriumpyruvat (100 mM) | ThermoFisher Scientific | 11360070 | |
| Gibco Trypanblaue Lösung, 0,4 % | ThermoFisher Scientific | 15250061 | |
| GlutaMAX Ergänzung | ThermoFisher Scientific | 35050061 | |
| Ziegen-Anti-Ratten-IgG (H+L) kreuzadsorbierter Sekundärantikörper, polyklonal, Alexa Fluor 488 | ThermoFisher Scientific | Nr. A-11006 | |
| HEK 293T Zellen | ATTC | CRL-11268 | |
| Hexadimethrinbromid (Polybrene) | Sigma Aldrich | Nr. H9268 | |
| HyClone Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) mit hohem Glukosegehalt | Cytiva | SH30243.01 | |
| HyClone Penicillin Streptomycin 100x Lösung (Pen/Strepto) | Cytiva | SV30010 | |
| HyClone Phosphat gepufferte Kochsalzlösung (PBS) | Cytiva | SH30028.02 | |
| Ketaminol Tierarzt. Injektionslösung 100 mg/ml | MSD Animal Health Schweden | QN01AX03 | |
| Mikrotom-Klinge - C35 | pfm medical | 207500005 | |
| Maus Anti-CD45.2 (104), Oberfläche, APC, monoklonal | Biolegende | 109814 | |
| Maus-Anti-MHCII (M5/114.15.2), Oberfläche, PE-Cy7, monoklonal | Biolegende | 107630 | |
| Normales Ziegenserum | Abcam (Englisch) | AB7481 | |
| Normales Rattenserum (steril) | Abcam (Englisch) | AB7488 | |
| Dünnwandige Polypropylen-Rohre mit offenem Oberkörper | Beckman Coulter Biowissenschaften | 326823 | |
| Paraformaldehyd, 16 % w/v aq. Soln., methanolfrei | ThermoFisher Scientific | 043368.9M | |
| pFUW-tetO-Batf3, eine monocistronic Kassettenkodierungsmaus Batf3 | Addgene | 139837 | |
| pFUW-tetO-Irf8, eine monocistronic Kassettenkodierungsmaus Irf8 | Addgene | 139838 | |
| pFUW-tetO-Pu.1, eine monocistronische Kassettenkodierungsmaus Pu.1 | Addgene | 139839 | |
| Plasmid pMD2.G | Addgene | 12259 | |
| Plasmid psPAX2 | Addgene | 12260 | |
| Plasmid SFFV-eGFP (eGFP) | Inhouse-Klonen | - | |
| Plasmid SFFV-mCherry (mCherry) | Inhouse-Klonen | - | |
| Plasmid SFFV-PIB-eGFP, eine Polycistronic-Kassettenkodierung der Maus PU.1, IRF8 und BATF3 (PIB) | Inhouse-Klonen | - | Konstrukte und Vektoren, die für die Reprogrammierung verwendet werden, sind von Asgard Therapeutics im Rahmen einer Materialtransfervereinbarung mit dem Unternehmen erhältlich |
| Polyethylenimin (PEI), linear, MW 25000, Transfektionsqualität | Polywissenschaften | 23966 | |
| ReadyProbes Hydrophober Barriere-Pap-Stift | ThermoFisher Scientific | Nr. R3777 | |
| Natriumbutyrat | Sigma Aldrich | 303410 | |
| Saccharose | Sigma-Aldrich | Nr. S7903 | |
| SuperFrost Plus Adhäsionsmikroskop-Objektträger | Epredia | J1800AMNZ | |
| Tissue-Tek O.C.T. Compound | Sakura Finetek | 4583 | |
| TrypLE Express Enzym (1x) ohne Phenolrot | ThermoFisher Scientific | 12604021 | |
| TT Cryomold Intermediate, quadratisch (15 x 15 x 5 mm) | Sakura Finetek | 4566 | |
| UltraPure 0,5 M EDTA, pH 8,0 | Invitrogen | 15575020 | |
| Xysol Tierarzt. Injektionslösung 20 mg/ml | VM Pharma | QN05CM92 | |
| YUMM1.7 Zellen | Antineo |
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