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방법 논문

항체 의존성 세포 매개 세포 독성 리포터 생물학적 분석을 사용하여 암세포의 항체 의존성, 세포 매개 세포 독성 평가

1.6K 조회수

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DOI:

10.3791/67077

⸱

2024년 9월 13일

 ,  ,  ,  , 

* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

여기에서는 ADCC bioassay kit를 사용하여 항체 의존성 세포 매개 세포 독성(ADCC) 분석을 위한 프로토콜을 제시합니다. 이 방법은 ADCC 메커니즘을 규명하고 암 면역 요법에서 항체의 치료 가능성을 평가하는 데 유용한 도구를 제공합니다.

초록

항체 의존성 세포 매개 세포독성(ADCC) 방법은 암 면역 요법에서 치료 항체의 효능을 평가하는 중요한 도구입니다. 암세포에서 ADCC 활성을 평가하는 것은 항체 기반 치료제의 개발 및 최적화에 필수적입니다. 여기에서는 갑상선 암세포를 effector cell로 사용하여 ADCC 반응의 정량적 평가를 위해 ADCC bioassay kit를 활용하는 방법론적 접근을 제안합니다. 이 프로토콜은 치료용 항체가 있는 상태에서 서로 다른 비율로 표적 암세포와 효과기 세포를 공동 배양하는 것을 포함합니다. 이 실험에 사용된 ADCC 생물 검정 키트에는 NFAT(Nuclear Factor of Activated T-cell) 반응 요소의 제어 하에 루시퍼라제 리포터 유전자를 발현하는 유전자 조작 효과기 세포가 포함되어 있습니다. 표적 세포의 표면 항원이 항체 및 효과기 세포와 결합하면 효과기 세포는 루시퍼라아제를 방출하여 발광 신호 측정을 통해 세포 독성을 정량화할 수 있습니다. 기존의 ADCC 분석법과 달리 이 방법은 표적 항원이 항체 및 효과기 세포와 결합하는 것을 입증하여 단기간에 신뢰할 수 있는 결과를 생성할 수 있습니다.

서론

항체 의존성, 세포 매개 세포 독성(ADCC)은 항체가 면역 매개 세포 사멸 효과를 발휘하는 중요한 메커니즘입니다 1,2,3. 면역 세포는 치료용 항체에 결합하여 활성화되며, 이 항체는 표적 세포의 표면 항원과 상호 작용하여 그랜자임, 퍼포린을 방출하여 표적 세포를 사멸시킵니다. 이러한 면역 세포에는 자연 살해(NK) 세포와 호중구 2,3,4,5,6,7이 포함됩니다. ADCC 분석은 치료용 항체 8,9의 효능을 평가하는 중요한 도구가 되었습니다.

기존 ADCC 분석에서는 말초혈액 단핵세포(PBMC) 또는 자연살해세포(natural killer cell)를 효과세포로 사용하여 표적의 세포 사멸률을 정량화하여 치료용 항체의 효능을 모니터링합니다. 당사의 방법은 NFAT(Nuclear Factor of Activated T-cell) 반응 요소의 제어 하에 루시페라제 리포터 유전자를 발현하는 유전자 조작 효과기 세포를 포함하는 ADCC 생물 검정 키트를 사용합니다. 그런 다음 표적 세포에 대한 표면 항원과 항체 및 효과기 세포의 결합을 정량화합니다. 이 방법은 인간 PBMC 세포를 필요로 하지 않고 단기간에 발생하는 ADCC 반응을 기반으로 합니다. 실험 단계에는 치료용 항체가 존재하는 상태에서 표적 세포와 효과기 세포의 공동 배양이 포함됩니다.

배양 과정에서 치료용 항체는 표적 세포 표면의 표적 항원에 결합하여 효과기 세포와 항체의 Fc 단편이 결합하게 됩니다. 이는 NFAT 반응 소자를 활성화하고 ADCC 반응의 정량적 평가를 위해 발광 신호를 방출합니다.

실험을 수행하기 전에 타겟 세포에서 타겟 항원의 발현을 유세포 분석 또는 웨스턴 블로팅으로 확인해야 합니다. 표적 세포를 배양하고 실험 전 24시간 동안 96웰 플레이트로 배양합니다. 계산된 효과기 대 표적 세포 비율을 달성하기 위해 서로 다른 농도의 치료용 항체를 효과기 세포의 서로 다른 세포 수와 함께 추가합니다.

이 방법의 주요 단계에는 (1) 표적 세포 및 효과기 세포의 준비, (2) 효과기 대 표적 세포 비율, (3) 다양한 농도의 항체 준비, (4) 다양한 배양 기간이 포함됩니다. 배양 후 발광 신호는 발광계를 사용하여 측정되어 ADCC 활성에 대한 정량적 판독값을 제공합니다. ADCC를 측정하는 다른 방법에 비해 이 방법은 작동이 비교적 간단하고 결과가 정확합니다.

ADCC 리포터 생물학적 분석은 ADCC 경로 활성화에서 표적 항원, 치료용 항체 및 면역 세포의 결합을 나타냅니다. 이 결합은 V158(고친화성) 변이체인 FcγRIIIa 수용체를 안정적으로 발현하는 effector 세포 공학 Jurkat 세포의 NFAT 경로를 통해 유전자 전사를 활성화합니다. NFAT 반응 요소는 effector cells10,11에서 luciferase의 발현을 매개합니다. ADCC의 작용 기전(MOA)에서 항체의 생물학적 활성은 NFAT 경로에서 생성된 루시퍼라제 신호를 통해 정량화됩니다. effector cells-FcγRIIIa receptor-expressing Jurket cells-의 Luciferase 신호는 발광 리더를 사용하여 정량화됩니다(그림 1). 분석법의 신호 대 잡음비가 높습니다.

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프로토콜

1. 타겟 세포에서 EGFR 및 VEGFR 발현 검출

참고: 웨스턴 블로팅을 사용하여 표적 세포에서 표적 항원의 발현을 검출합니다.

  1. 시료 전처리
    1. 10% 소 태아 혈청(FBS), 1% L-글루타민 및 1% 항생제(페니실린-스트렙토마이신)가 보충된 RPMI(Roswell Park Memorial Institute) 배지를 사용하여 T75 플라스크에서 세포(BHT-101 및 SW-1736 인간 갑상선암 세포주)를 배양합니다.
    2. 세포가 80% 융합될 때 배양 배지를 제거하고 PBS로 세포를 세척하여 세포를 수확합니다. PBS 5mL를 첨가하고 세포 스크레이퍼를 사용하여 세포를 스크랩하여 배양 플라스크에서 세포를 제거합니다. 세포를 15mL 원뿔형 튜브로 옮깁니다.
    3. 셀 카운터가 있는 셀을 계산합니다.
    4. BHT-101 및 SW-1736 세포의 부분 표본 5 ×10 6 을 15mL 원뿔형 튜브로 만듭니다.
    5. 실온에서 135 × g 에서 5분 동안 셀을 스핀다운합니다. 상층액 PBS를 제거합니다.
    6. 프로테아제-포스파타제 억제제가 포함된 RIPA 용해 완충액 100μL를 얼음에서 5분 동안 첨가하여 세포 펠릿을 용해합니다. 용해액을 2mL 튜브로 옮기고 15,000× g 에서 15분 동안 원심분리한 다음 상층액을 새 2mL 튜브로 옮깁니다.
    7. bicinchoninic acid (BCA) 분석 키트를 사용하여 세포 용해물의 단백질 농도를 측정합니다.
    8. 각 샘플의 세포 용해물에서 단백질 70μg을 분취하고, 10% 2-메르캅토에탄올이 보충된 2x Laemmli 샘플 버퍼를 추가하고, 샘플의 변성을 위해 샘플을 100°C에서 5분 동안 끓입니다.
  2. 겔 전기영동 및 멤브레인 전달
    1. 증류수(4.7mL), 30% 아크릴아미드(2.7mL), 1.5M 트리스 버퍼, pH 8.8(2.5mL), 10% 도데실황산나트륨(0.1mL), 10% 과황산암모늄(100μL) 및 TEMED(10μL)를 사용하여 8% 도데실황산나트륨(SDS) 폴리아크릴아미드 겔을 준비합니다.
    2. 8% SDS-폴리아크릴아미드 겔에서 70μg의 변성 샘플을 80V에서 20분 동안, 120V에서 100분 동안 실행합니다.
    3. 겔의 단백질을 100V에서 90분 동안 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 멤브레인으로 옮깁니다.
    4. 전사 후 TBS-T 완충액(20mM Tris pH 7.6, 140mM NaCl, 0.2% Tween-20)에 희석한 7% 탈지유로 멤브레인을 1시간 동안 막습니다.
  3. 항체 배양
    1. 마우스 anti-Epidermal Growth Factor Receptor(EGFR) 및 토끼 anti-Vascular Endothelial Growth Factor Receptor(VEGFR) 단클론 항체(7% 탈지유에 1:1,000으로 희석)로 막힌 멤브레인을 4°C에서 밤새 배양합니다.
    2. 배양 후 Tris-buffered saline-Tween(TBS-T) 완충액(20mM Tris pH 7.6, 140mM NaCl, 0.2% Tween-20)으로 멤브레인을 7분 동안 철저히 세척하고 4회 반복합니다.
    3. HRP 접합 2차 항체(7% 탈지유(TBS-T)에 1:4,000으로 희석)으로 멤브레인을 1시간 동안 배양합니다.
    4. 배양 후 TBS-T 완충액으로 멤브레인을 7분 동안 철저히 세척하고 4회 반복합니다.
  4. 단백질 검출
    1. HRP 기질 과산화물 용액 1mL와 HRP 기질 루미놀 시약 1mL(두 시약 모두 화학발광 기질 키트에서 제공)를 혼합하여 준비된 화학발광 HRP 기질에서 멤브레인을 2분 동안 배양합니다.
    2. 이미징 시스템을 사용하여 멤브레인을 시각화합니다.

2. 타겟 세포의 준비

  1. T-75 플라스크에서 10% FBS, 1% L-글루타민 및 1% 항생제(페니실린-스트렙토마이신)가 보충된 RPMI 배지에서 80%가 합류할 때까지 표적 T 세포, BHT-101 및 SW-1736 세포를 기하급수적으로 배양합니다.
  2. 매체를 제거한 후 PBS로 세포를 한 번 세척합니다. 1ml의 비효소 세포 해리 완충액으로 세포를 5분 동안 배양하여 부착 세포를 제거합니다. PBS를 첨가하여 비효소 세포 해리 완충액의 반응을 중지합니다. 135 × g 에서 5분 동안 세포를 스핀다운하고 PBS 5mL를 추가합니다.
    참고: 여기에서는 멤브레인 표면 단백질의 무결성을 보존하기 위해 비효소 세포 해리 버퍼를 사용합니다.
  3. 세포를 세고 바닥이 깨끗하고 평평한 96웰 백색 폴리스티렌 마이크로플레이트에 15,000개의 세포/웰에 파종합니다.

3. 치료용 항체의 다양한 농도의 준비

  1. 이 프로토콜을 따르기 위해 세툭시맙(키메라 항-EGFR 항체)을 사용하여 EGFR에 결합하고 베바시주맙(인간화 항 VEGF-A 항체)을 음성 대조군으로 사용합니다.
  2. 33.6mL의 RPMI-1640(키트에 제공됨)에 1.4mL의 저IgG 혈청을 첨가하여 ADCC Bioassay buffer를 준비합니다.
  3. 항체 희석을 위해 ADCC Bioassay buffer를 사용합니다. 각 항체 400 μL를 30 μg/mL, 3 μg/mL 및 0.3 μg/mL(3배 농도)의 세 가지 농도로 준비하여 10 μg/mL, 1 μg/mL 및 0.1 μg/mL의 최종 농도를 얻어 넓은 스펙트럼 범위를 확보하여 최적의 용량을 검출합니다.
    참고: 최종 항체 농도는 96웰 플레이트의 각 웰에서 배양된 표적 세포 25μL, 효과기 세포 25μL, 항체 25μL를 기준으로 합니다.

4. effector cell의 제조

  1. 사용하기 전에 효과기 셀을 -80°C에서 보관하십시오.
  2. ADCC 생물학적 분석 버퍼를 사용하기 전에 37°C 수조에서 최소 30분 동안 예열하십시오.
  3. ADCC Bioassay Effector cell을 -80°C 냉장 보관에서 37°C 수조(약 2-3분)에 넣어 해동합니다. 바이알을 부드럽게 흔들어 육안으로 검사하되 해동 과정에서 바이알을 뒤집지 마십시오.
  4. 630ul의 Effector 세포를 3.6mL의 ADCC 분석 버퍼가 들어 있는 15mL 튜브로 옮깁니다. 튜브를 부드럽게 2번 뒤집어 잘 섞습니다.

5. 항체와 타겟 세포를 가진 effector 세포의 배양

  1. 하룻밤 배양 후 타겟 세포(웰당 15,000개의 암세포)에서 배지를 제거하고 ADCC Bioassay 완충액 25μL와 Cetuximab(EGFR 길항제) 및 Bevacizumab(VEGF 길항제) 25μL를 추가하여 각 웰에서 타겟 세포의 최종 농도 0.1μg/mL, 1μg/mL 또는 10μg/mL를 얻습니다.
  2. 웰당 25μL의 ADCC 생물 검정 완충액에 있는 75,000개의 effector 세포를 타겟 세포가 포함된 96웰 마이크로플레이트에 추가합니다. No mAb 로 표시된 웰은 항체 없음 대조군으로 작용합니다(그림 2).
  3. 블랭크 제어를 위해 AB(ADCC Bioassay buffer)로 표시된 웰에 ADCC Bioassay buffer를 추가합니다.
  4. 플레이트를 6시간 동안 배양합니다.

6. ADCC 활동의 정량적 판독

  1. Luciferase Assay Substrate(동결건조)에 Luciferase Assay 버퍼를 추가하여 측정 4시간 전에 Luciferase 분석 시약을 준비합니다.
  2. 표적 세포, 항체 및 효과기 세포를 6시간 배양한 후 각 웰에 75μL의 루시퍼라아제 분석 시약을 추가하고 30분 동안 배양합니다.
  3. 배양 기간이 끝나면 발광계를 사용하여 각 웰의 발광 신호를 측정하여 ADCC 활성에 대한 정량적 판독값을 제공합니다.
  4. 데이터 분석을 위해 다음과 같이 폴드 인덕션을 계산합니다.
    폴드 유도 = RLU(항체 유도 - 배경) / RLU(항체 대조군 없음 - 배경).
    여기서 RLU는 상대 발광 단위입니다. 유도 항체는 웰 B3 내지 B8 및 C3 내지 C8; 항체 대조군 없음 = B2 및 C2; 배경 = A2에서 A5까지의 평균 RLU(그림 2).

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결과

타겟 BHT-101 및 SW-1736 세포에서 EGFR 및 VEGFR의 발현은 웨스턴 블로팅을 사용하여 검출되었습니다. EGFR 발현은 BHT-101 및 SW-1736 세포 모두에서 검출되었지만 VEGFR 발현은 검출되지 않았습니다(그림 3).

ADCC bioassay kit를 사용하여 EGFR 양성 세포주인 BHT-101 및 SW-1736을 타겟 세포로 사용하여 항 EGFR 항체인 cetuximab의 ADCC 반응을 검출했습니다. VEGF 비활성화제인 베바시주맙(Bevacizumab)이 음성 대조 항체로 사용되었습니다. 서로 다른 농도의 항체 및 효과기 세포를 표적 세포와 함께 배양했습니다. 발광 신호는 플레이트 리더를 사용하여 감지되었습니다(그림 2). 세툭시맙(항-EGFR 항체) 그룹에서 ADCC 활성 유도의 더 높은 폴드가 발견되었지만, 두 세포주 모두에 대해 베바시...

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토론

여기에서는 치료용 항체의 ADCC 반응을 평가하기 위한 ADCC Bioassay 방법을 제시했습니다. 이 방법은 간단하며 측정을 위해 간단한 "추가-혼합-읽기" 형식을 사용합니다.

실험을 수행하기 전에 타겟 세포에서 타겟 항원의 발현을 유세포 분석 또는 웨스턴 블로팅으로 확인해야 합니다. 유세포 분석은 표면 항원을 검출하는 더 나은 도구가 될 것입니다. 그러나 유세포 분석을 사용하면 세포에 스트레스를 주어 세포사멸을 유발하고 세포의 생존력에 영향을 미치므로 전반적인 분석에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 웨스턴 블로팅보다 비용이 많이 듭니다. 이 실험에서는 표적 항원이 세포 표면 항원으로 알려져 있기 때문에 더 빠르고 비용 효율적인 방법으로 웨스턴 블로팅을 사용했습니다.

FcγRIIIa 수용체, V158(높은 친화력) 변이체, 반딧불이 루시퍼라아제의 발현을 유도하는 ...

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공개 사항

모든 저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.

감사의 글

이 연구를 지원해 주신 Zeng 교수님(IMCB, A*STAR)님께 감사드립니다. 본 연구는 중국국립자연과학재단(NSFC) 청년재단(82202231)과 중국 저장성 의료보건과학기술프로젝트(2021KY110,2024KY824)의 지원을 받았다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
0.5 % Trypsin-EDTAGibco15400-054PBS에서 10x를 희석하여 0.05 % Trypsin
1x Tris Buffer Saline (TBS)1st BASEBUF-3030-1X1L웨스턴 블로팅에서 멤브레인 세척
용 1.5 M Tris Buffer, pH 8.81st BASEBUF-1419-1L-pH8.8SDS 젤 준비
용 2-MercaptoethanolSigma AldrichM7522-100ML샘플 준비 웨스턴 블로팅
30% 아크릴아미드/비스 용액Bio-Rad#1610158SDS 겔 준비용
4x Laemmli 버퍼Bio-Rad#1610747의 샘플 준비용
Corning Incorporated3610ADCC 분석용
ADCC 생물학적 분석 이펙터 셀(0.65mL)PromegaG7011ADCC 리포터 바이오 분석 코어 키트(Promega G7010), 1 x 1 바이알
ADCC 리포터 바이오 분석 코어 키트PromegaG7010이 실험에서 ADCC 분석을 위한 ADCC 바이오 분석 키트로 언급
모늄 과황산염시그마 알드리치A3678-25GSDS 젤 제제용
베바시주맙(인간화 항 VEGF-항체)MVASI-ADCC분석
에서 음성 대조 항체로 사용BHT-101라이프니츠 연구소 DSMZACC279인간 역형성 유두 갑상선 암 세포주 
Bio-Glo Luciferase 분석 버퍼PromegaG7941ADCC 리포터 바이오 분석 코어 키트(Promega G7010)에 포함, 1 x 10 mL
Bio-Glo Luciferase 분석 기질(동결건조)PromegaG7941ADCC 리포터 바이오 분석 코어 키트(Promega G7010)에 포함, 1 x 1 바이알
세포 스크레이퍼GenFollowerGD00235배양 플라스크에서 세포 제거
Cetuximab(키메라 항-EGFR 항체)ERBITUX-ADCC분석에서 치료 항체로 사용
화학 발광 HRP 기질Merck MilliporeWBKLS0500웨스턴 블로팅에서 단백질 검출
증류수Gibco15230-162SDS 젤 준비
Fetal Bovine Serum (FBS)Gibco10270-106배양 배지 보충제
iBright CL1500 이미징 시스템Thermo Scientific2462621100038웨스턴 블로팅
L-글루타민의 단백질 검출용, 200mMGibco25030-081배양 배지 보충제
저IgG 혈청PromegaG7110ADCC 리포터 생물학적 검정 코어 키트(Promega G7010)에 포함, 1 x 4mL
Megafuge 8RThermo Scientific42876589원심분리기
마우스 항-EGFR 단클론 항체BD Biosciences610016웨스턴 블로팅
마우스 항 VEGFR 단클론 항체BD Biosciences571194웨스턴 블로팅
비효소 세포 해리 버퍼Sigma AldrichC5789-100MLT75 플라스크에서 세포 수확
페니실린-스트렙토 마이신PAN BiotechP06-07100항균 배양 배지
인산염 완충 식염수(PBS), pH 7.2, 멸균 여과1차 염기CUS-2048-1x1L세포 세척 용액으로 사용
Pierce BCA 분석 키트Thermo Scientific23225단백질 농도 측정
프로테아제 및 인산가수분해효소 억제제Thermo ScientificA32959웨스턴 블로팅 PVDF를 위한 시료 전처리 시 단백질 분해
멤브레인 (Immobilin-P)Merck MilliporeIPVH00010웨스턴 블로팅
토끼 안티 마우스 IgG, Fc &gamma의 단백질 전달; HRP-conjugated secondary antibodyJackson ImmunoResearch315-035-046Secondary antibody in western blotting
Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 배지Capricorn ScientificRPMI-XA세포 배양 매체
RPMI-1640PromegaG7080ADCC 리포터 생물 검정 코어 키트(Promega G7010), 1 x 36 mL
탈지 분유Merck Millipore70166-500G웨스턴 블로팅의 멤브레인 차단용
Sodium Dodecyl Sulfate1st BASEBIO-2050-500gSDS 겔 제제
SW-1736Cytion300453Human thyroid squamous cell cancer cell line
T75 culture plasksSPL Lifesciences70075Cell culture flask
Tecan Multimode Reader model Spark 10MTecan1607000294 광도 정량화
TEMEDBio-Rad#1610801SDS 겔 제제용
Tween-20PromegaH5151웨스턴 블로팅의 멤브레인 세척용
Vi-cell XR 세포 생존율 분석기Beckman CoulterAL15072Cell counter
투명하고 평평한 바닥이 있는 웨스턴 블로팅 96웰 백색 폴리스티렌 마이크로플레이트 암의 1 차 항체

참고문헌

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  6. Chung, S., et al. Characterization of in vitro antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity activity of therapeutic antibodies - impact of effector cells. J Immunol Methods. 407, 63-75 (2014).
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  13. Miller, A. S., Tejada, M. L., Gazzano-Santoro, H. Methods for measuring antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity in vitro. Methods Mol Biol. 1134, 59-65 (2014).
  14. Lo Nigro, C., et al. NK-mediated antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity in solid tumors: biological evidence and clinical perspectives. Ann Transl Med. 7 (5), 105(2019).
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