ヒトパピローマウイルスなどの局所感染を引き起こす病原体のT細胞エピトープを特性解析することは、血中に存在するT細胞数が限られているため困難です。本手法では、ごく少数の細胞から希少なT細胞を単離し、その特性を解析する方法について説明します。
このコンテンツを表示するには、JoVEへの購読が必要です。 または、無料トライアルをお申し込みください。
方法論記事
ヒトパピローマウイルスなどの局所感染を引き起こす病原体のT細胞エピトープを特性解析することは、血中に存在するT細胞数が限られているため困難です。本手法では、ごく少数の細胞から希少なT細胞を単離し、その特性を解析する方法について説明します。
ヒトパピローマウイルス(HPV)などの局所感染を引き起こす病原体に特異的な、希少なT細胞の単離および特性解析における困難を克服するためのプロトコルが開発されました。その手順は、被験者からのT細胞エピトープを含むHPVタンパク質の領域の特定、インターフェロン-γ(IFN-γ)分泌に基づくペプチド特異的T細胞の選別、そしてT細胞クローンの増殖および特性解析です(Fig. 1)。被験者1は、生検により高グレード扁平上皮内病変と診断され、T細胞を採取した当日に治療のためLEEP(ループ電気切除術)を受けた患者でした1。重複する合成ペプチドを用いて実施したIFN-γ酵素結合免疫スポット(ELISPOT)アッセイにより、ヒトパピローマウイルス16型(HPV 16)のE6およびE7タンパク質内でT細胞エピトープを含む領域を特定しました(Fig. 2)。このアッセイから得られたデータは、T細胞エピトープを含む領域の特定だけでなく、エピトープ特異的T細胞の数の推定、および市販の磁気ビーズ(CD8 T-cell isolation kit, Miltenyi Biotec, Auburn CA)を用いたIFN-γ分泌に基づく単離に使用されました。選別されたIFN-γ分泌T細胞は、1ウェルあたり1つのT細胞の増殖をサポートするため、照射したフィーダー細胞混合物の存在下で希釈し、単独で培養しました。これらのT細胞クローンは、必要となるT細胞クローン細胞数を最小限に抑えるため、特定された領域をカバーするペプチドおよび自己由来のEpstein-Barrウイルス形質転換Bリンパ芽球様細胞(LCLs、WallsおよびCrawfordの記述に従い取得)2の存在下で、IFN-γ ELISPOTアッセイを用いてスクリーニングされました。ELISPOTアッセイで通常用いられる1ウェルあたり1 x 105個の細胞1,3の代わりに、1 x 105個の自己LCLs存在下で1,000個のT細胞クローン細胞を使用し、これにより必要なT細胞クローン細胞数を劇的に減少させました。自己LCLsは、T細胞クローン細胞にペプチドアンテゲンを提示するだけでなく、ウェル内の高細胞密度を維持することで、エピトープ特異的T細胞クローン細胞によるIFN-γ分泌を可能にする役割を果たしました。これにより、IFN-γ ELISPOTアッセイの確実な遂行が保証されます。同様に、IFN-γ ELISPOTアッセイを用いて、CD8 T細胞エピトープ(HPV 16 E6 52-61 FAFRDLCIVY)の最小および最適アミノ酸配列と、そのHLAクラスI制限要素(B58)を特性解析しました。また、HPV 16 E6またはE7タンパク質を発現するワクシニアウイルスに感染させた自己LCLsを用いてIFN-γ ELISPOTアッセイを実施しました。その結果、E6 T細胞エピトープが内因的に処理されることが示されました。さらに、他の高リスクHPV型の相同なT細胞エピトープに対する交差認識が示されました。この手法は、CD4 T細胞エピトープの記述にも利用可能です4。
被験者1から樹立したCD8 T細胞株を用いてIFN-γ ELISPOTアッセイを行った結果、HPV 16 E6の46-70領域にT細胞エピトープが含まれていることが判明し1 (図 2)、本プロトコルの開始前に、IFN-γの分泌に基づいてエピトープ特異的T細胞が選別された (図 1)。
1. エピトープ特異的T細胞の限界希釈
2. 高スループットスクリーニングELISPOTアッセイを用いたエピトープ特異的T細胞クローンの同定(Larsson et al.5 による方法を改変)
3. ELISPOTアッセイを用いたT細胞クローンのエピトープ特異性の確認(図4)
4. エピトープが内因的に処理されるかの決定(図5)
5. T細胞エピトープの最小および最適配列の特性評価(図6a、6bおよび6c)
6. ELISPOTアッセイを用いた制限エレメントの同定(図7)
7. 他の高リスクHPV型の相同アミノ酸配列に対するエピトープ特異的T細胞クローンの交差反応性の検討(図8)
8. 代表的な結果
本研究で提示する被験者1は、生検により高グレード扁平上皮内病変(HSIL)の診断を受けた22歳の非ヒスパニック系アフリカ系アメリカ人女性である。彼女はT細胞を採取した当日に、ループ電気切除術による治療を受けるために来院した1。彼女のCD8 T細胞ラインのELISPOTアッセイにより、HPV 16 E6 46-70領域(各領域は3つのオーバーラップする15-merペプチドでテストされる)にT細胞エピトープが含まれていることが示された(Fig. 2)。IFN-γ分泌に基づいて選別されたエピトープ特異的T細胞数は1.2 x 105であった。選別された細胞の5分の1に対して限界希釈法(Fig. 3)を行った後、262のT細胞クローンを回収した。T細胞クローニングの初回試行が成功したため、残りの選別細胞は使用しなかった。これらのクローンのうち94クローンに対して実施したハイスループットスクリーニングELISPOTアッセイにより、肉眼で容易に識別可能な62のスクリーン陽性クローンが特定された。最初のELISPOTアッセイでペプチド特異的T細胞クローンが特定されたため、残りのT細胞クローンはテストしなかった。増殖性の良好な8つのスクリーン陽性クローンについて、当該領域をカバーする3つの15-merペプチドを用いて個別に再テストした(Fig. 4)。すべてのT細胞クローンがHPV 16 E6 51-65ペプチドに対して陽性であり、8クローン中6クローンがE6 46-60ペプチドに対して陽性であり、E6 56-70ペプチドに対して陽性となったクローンはなかった。HPV 16 E6タンパク質またはE7タンパク質を発現する組換えワクシニアウイルスに感染させた自己LCLを用いたテストにより、T細胞クローンが内因性にプロセシングされたE6エピトープを認識することが実証された(Fig. 5)。HPV 16 46-65領域をカバーする一連のオーバーラップする9-merペプチドを用いたテスト(Table 1)では、E6 53-61ペプチドで最大の反応が示された(Fig. 6a)。E6 53-61ペプチドを含む2つの10-merペプチド、E6 53-61ペプチドに含まれる2つの8-merペプチド、および2つの10-merペプチドを含む1つの11-merペプチドをテストした結果、E6 52-61 (10-mer) ペプチドが最も一貫して最小かつ最適な配列であった(Fig. 6b)。しかし、T細胞クローン#79においては、E6 53-61 (9-mer) ペプチドも同等に強い反応を示した。このT細胞クローンを用いて、これら2つのペプチドをより広い濃度範囲でテストしたところ、低濃度のペプチドにおいてE6 52-61 (10-mer) ペプチドの方がE6 53-61 (9-mer) ペプチドよりもはるかに効果的に陽性を維持した(Fig. 6c)。目的は強固な反応を示す最短の配列を定義することであったため、より長いE6 52-62 (11-mer) ペプチドはテストしなかった。最終的に、E6 52-61 (10-mer) ペプチドが最小かつ最適な配列であると決定された。
CD8 T細胞エピトープの制限HLAクラスI分子は、被験者と共通の1つまたは2つのHLAクラスI分子を発現する同種LCLを用いたELISPOTアッセイにより検討することができます。しかし、被験者1については、ELISPOTアッセイで高いバックグラウンドが認められたため、結果は決定的なものではありませんでした。その後、クロム放出アッセイを用いて、被験者1のHLAクラスI制限分子がB58であることが特定されました(データは示さず)。図7は、別の被験者[Wang et al.7に記載されているE6 75-83 (KFYSKISEY) の最小および最適配列を検出することが判明した被験者A]の例を示しています。B62およびCw3分子を発現するLCLでは高い陽性反応が見られ、一方でCw3を発現するLCLではバックグラウンドの陽性反応が示されています。クロム放出アッセイにより、被験者Aの制限因子がB62分子であることが確認されました7。
HPVゲノムのいくつかの領域は高度に保存されており、HPV 16 E6 52-61領域への相同配列が他の13種類の高リスクHPV型に認められた(表2)。高リスクHPV 13型のうち8型において、強力な交差認識(HPV 16 E6 52-61ペプチドに対するスポット形成単位の>50%)が示された(図8)。

図1. 新規T細胞エピトープを特性評価するための一連の実験を示す概略図。本論文では、上から3番目のボックスから始まるプロトコルについて記述する。

図2 T細胞エピトープを含む領域を特定するために実施されたELISPOTアッセイ。刺激した10万個のCD8 T細胞 in vitro ウェルあたり、HPV 16 E6およびE7タンパク質内の各領域をカバーする3つの15量体オーバーラップペプチド(各10 μM)とともに播種した。被験者1のこの例では、E6の46-70領域にT細胞エピトープが存在することが示された。バーは平均値の標準誤差を表す。

図 3. フィーダー細胞混合物を用いて、エピトープ特異的T細胞を1ウェルあたり0.5細胞の濃度に希釈する方法を示すスキーム。

図 4. 3種類の15量体ペプチドを個別にテストし、T細胞エピトープを含むサブ領域を特定するために実施したELISPOTアッセイ。被験者1のこの例では、E6 46-60およびE6 51-65のサブ領域にエピトープが存在することが示された。バーは平均値の標準誤差を表す。

図5. T細胞エピトープが内因性に提示されるかを確認するために実施したELISPOTアッセイ。被験者1のこの例では、T細胞クローンが内因的に処理されたE6エピトープを認識していることが明らかになった。棒は平均値の標準誤差を示す。

図6. T細胞エピトープの最短かつ最適なペプチド配列を特性評価するために実施したELISPOTアッセイ。利用可能な場合は、全工程で同一のクローンを使用した。(a) オーバーラップさせた9量体ペプチドを用いて実施したELISPOTアッセイ。被験者1のこの例では、エピトープがE6 53-61サブ領域に存在することが明らかになった。(b) 様々な長さのペプチドを用いて、最小かつ最適なペプチド配列を特定するために実施したELISPOTアッセイ。この例では、最短かつ最適なペプチド配列が、最も一貫してE6 52-61ペプチドであり、次いでE6 53-61ペプチドであることが明らかになった。(c) どのペプチドに最小かつ最適な配列が含まれているかを確認するために実施したELISPOTアッセイ。E6 52-61ペプチドはより低い濃度でも陽性反応を維持したため、これが最短かつ最適な配列であると決定された。バーは平均値の標準誤差を示す。

図7. 制限的HLAクラスI分子を特定するために実施したELISPOTアッセイ。この例は、HPV 16 E6 75-83エピトープ7を認識する被験者AのCD8 T細胞クローンの制限因子がB62分子であるという考えを支持した。これはクロム放出試験によって確認された。バーは平均値の標準誤差を表す。

図8. HPV 16 52-61特異的T細胞クローンの、他の高リスクHPV型の類似配列に対する交差反応性を評価するために実施したELISPOTアッセイ(表2)。被験者1のこの例では、検討した他の13の高リスクHPV型のうち8つにおいて、有意な交差反応性(HPV 16 52-61と比較して>50%の陽性率)が認められた。棒グラフは平均値の標準誤差を示す。
| HPV型 | アミノ酸残基* | 配列^ |
| 16 | E6 46-60 (15) | RREVYDFAFRDLCIV |
| 16 | E6 51-65 (15) | DFAFRDLCIVYRDGN |
| 16 | E6 56-70 (15) | DLCIVYRDGNPYAVC |
| 16 | E6 52-62 (11) | FAFRDLCIVYR |
| 16 | E6 52-61 (10) | FAFRDLCIVY |
| 16 | E6 53-62 (10) | AFRDLCIVYR |
| 16 | E6 46-54 (9) | RREVYDFAF |
| 16 | E6 47-55 (9) | REVYDFAFR |
| 16 | E6 48-56 (9) | EVYDFAFRD |
| 16 | E6 49-57 (9) | VYDFAFRDL |
| 16 | E6 50-58 (9) | YDFAFRDLC |
| 16 | E6 51-59 (9) | DFAFRDLCI |
| 16 | E6 52-60 (9) | FAFRDLCIV |
| 16 | E6 53-61 (9) | AFRDLCIVY |
| 16 | E6 54-62 (9) | FRDLCIVYR |
| 16 | E6 55-63 (9) | RDLCIVYRD |
| 16 | E6 56-64 (9) | DLCIVYRDG |
| 16 | E6 57-65 (9) | LCIVYRDGN |
| 16 | E6 53-60 (8) | AFRDLCIV |
| 16 | E6 54-61 (8) | FRDLCIVY |
* アミノ酸数は括弧内に示されています。
表1. 最小および最適な抗原性ペプチド配列を定義するために使用したHPV 16 E6ペプチドのアミノ酸配列。
| HPV型 | A A 残基* | 配列^ |
| 16 | E6 52-61(10) | FAFRDLCIVY |
| 18 | E6 47-56 (10) | FAFKDLFVVY |
| 31 | E6 45-54 (10) | FAFTDLTIVY |
| 33 | E6 45-54 (10) | FAFADLTVVY |
| 35 | E6 45-54 (10) | FACYDLCIVY |
| 39 | E6 47-56 (10) | FAFSDLYVVY |
| 45 | E6 47-56 (10) | FAFSDLYVVY |
| 51 | E6 45-54 (10) | VAFTEIKIVY |
| 52 | E6 45-54 (10) | FLFTDLRIVY |
| 56 | E6 48-57 (10) | FACTELKLVY |
| 58 | E6 45-54 (10) | FVFADLRIVY |
| 59 | E6 47-56 (10) | FAFNDLFIVY |
| 68 | E6 47-56 (10) | FAFGDLNVVY |
| 73 | E6 45-54 (10) | FAFSDLCIVY |
* アミノ酸の数は括弧内に示されています。
^ HPV-16 E6 52-61エピトープとは異なるアミノ酸残基は太字で示されています。
表 2. 交差認識を評価するために試験した、HPV 16 E6 52-61 CD8 T細胞エピトープに相同な高リスクHPV型のペプチドアミノ酸配列。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
従来、免疫学者は、目的のT細胞をin vitroで刺激し、限界希釈実験を行ってエピトープ特異的なT細胞クローンを単離させることで、新規T細胞エピトープの特性解析を試みてきました。その後、クロム放出アッセイを用いてT細胞クローンの特性を評価していました8,9。しかし、T細胞の頻度が低すぎて単離できなかったり、特性解析を完結させるのに十分な数のT細胞クローン細胞が得られなかったりしたため、多くの試みが不成功に終わりました。本手法では、(1) 目的のT細胞が十分な数存在するかを評価し、(2) IFN-γ分泌に基づいて選択することで目的のT細胞の頻度を高め、(3) 自家LCLをT細胞クローン細胞と共に播種するELISPOTアッセイを行うことで、少数のT細胞クローン細胞で解析を可能にし、これらの制限を克服しています。Fig. 2には、潜在的なT細胞エピトープが存在する領域の特定だけでなく、エピトープ特異的T細胞の頻度を評価するために行われたELISPOTアッセイの例を示しています。エピトープ特異的T細胞の推定数は、目的領域のスポット形成ユニットから、ペプチドなしの陰性対照の...
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
著者は開示すべき事項がないことを表明します。
本研究は、American Cancer Society Scholars Award (RSG-06-180-01-MBC) および NIH 助成金 (R01 CA143130 および UL1RR029884) の支援を受けて行われました。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| CD8 T細胞分離キット | Miltenyi Biotec | 130-094-156 | |
| フィトヘマグルチニン | Remel, Thermo Fisher Scientific | R-30852801 | 2mg/vial |
| Yssel’s medium | Gemini Bio Products | 400-102 | 1% プールヒト血清 |
| 96ウェル丸底プレート | BD Biosciences | 08-772-17 | |
| リコンビナントヒトIL-2 | R&D Systems | 202-IL-050 | 50μg |
| 24ウェルプレート | Corning | 07-200-84 | |
| リン酸緩衝生理食塩水 | Cellgro | MT-21-031-CV | |
| 一次抗IFN-γモノクローナル抗体 (D1K) | Mabtech | 3420-3-1000 | |
| ビオチン標識抗IFN-γモノクローナル抗体 (7B-6) | Mabtech | 3420-6-1000 | |
| Multiscreen HA ELISPOTプレート | EMD Millipore | MAHA S45 10 | |
| ジメチルスルホキシド | Sigma-Aldrich | D2650 | 100 ml ボトル |
| プールヒト血清 | Atlanta Biologicals | S40510H | 熱不活化 |
| RPMI 1640 | Cellgro | MT-10-040-CV | |
| Tween-20 | Sigma-Aldrich | P2287-100ml | |
| Vectastain Elite ABCキット | Vector Laboratories | NC9313719 | |
| 安定化ジアミノベンジジン | Open Biosystems | MBI 1241 | |
| AID EliSpot Reader Classic | Autoimmun Diagnostika GmbH | ELR06 |
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。