Dit protocol beschrijft een op flowcytometrie gebaseerde, high-throughput screeningsmethode om geneesmiddelen met kleine moleculen te identificeren die de activering van β2-integrine op menselijke neutrofielen remmen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit protocol beschrijft een op flowcytometrie gebaseerde, high-throughput screeningsmethode om geneesmiddelen met kleine moleculen te identificeren die de activering van β2-integrine op menselijke neutrofielen remmen.
Dit protocol heeft tot doel een methode vast te stellen voor het identificeren van kleine moleculaire antagonisten van β2-integrine-activering, met behulp van conformationele-verandering-rapporterende antilichamen en high-throughput flowcytometrie. De methode kan ook dienen als leidraad voor andere op antilichamen gebaseerde high-throughput screeningsmethoden. β2-integrinen zijn leukocytenspecifieke adhesiemoleculen die cruciaal zijn in immuunresponsen. Neutrofielen vertrouwen op integrine-activering om de bloedbaan te verlaten, niet alleen om infecties te bestrijden, maar ook om betrokken te zijn bij meerdere ontstekingsziekten. Het beheersen van β2-integrine-activering biedt een haalbare benadering voor de behandeling van neutrofielen-geassocieerde ontstekingsziekten. In dit protocol wordt een monoklonaal antilichaam, mAb24, dat specifiek bindt aan het hoofddeksel met hoge affiniteit van β2-integrinen, gebruikt om de activering van β2-integrine op geïsoleerde primaire menselijke neutrofielen te kwantificeren. N-formylmethionyl-leucyl-fenylalanine (fMLP) wordt gebruikt als stimulus om neutrofiele β2-integrinen te activeren. In deze studie werd een flowcytometer met hoge doorvoer gebruikt die in staat is om automatisch plaatmonsters met 384 putjes uit te voeren. De effecten van 320 chemicaliën op de remming van β2-integrine worden binnen 3 uur beoordeeld. Moleculen die zich rechtstreeks richten op β2-integrinen of doelmoleculen in de G-proteïne-gekoppelde receptor-geïnitieerde integrine inside-out activeringssignaleringsroute kunnen via deze benadering worden geïdentificeerd.
Veel ontstekingsziekten worden gekenmerkt door de infiltratie van neutrofielen op de plaats van zwelling of verwonding1. Om deze weefsels te infiltreren, moeten neutrofielen de rekruteringscascade van neutrofielen voltooien, waarbij het endotheel wordt gestopt, extravasatie over de vaatwand en rekrutering in het weefsel2. Circulerende neutrofielen hebben β2-integrineactivering nodig om deze cascade te voltooien, vooral voor de stopfase. Integrine-remmende geneesmiddelen die de adhesie, extravasatie en rekrutering van neutrofielen verminderen, kunnen dus ontstekingsziekten effectiefbehandelen3,4.
β2-integrinen zijn eerder het doelwit geweest van ontstekingsziekten. Efalizumab, een monoklonaal antilichaam dat zich rechtstreeks richt op integrine αLβ2, werd ontwikkeld voor de behandeling van psoriasis5. Efalizumab werd echter gestaakt vanwege de dodelijke bijwerking - progressieve multifocale leuko-encefalopathie als gevolg van reactivering van het JC-virus 6,7. Nieuwe ontstekingsremmende therapieën op basis van integrine moeten overwegen om de anti-infectiefuncties van leukocyten te handhaven om bijwerkingen te minimaliseren. De bijwerkingen van efalizumab kunnen te wijten zijn aan de langdurige circulatie van monoklonale antilichamen in de bloedbaan, die op de lange termijn immuunfuncties kunnen remmen8. Een recente studie toont aan dat efalizumab αLβ2-crosslinking en de ongewenste internalisatie van α4-integrinen bemiddelt, wat een alternatieve verklaring biedt voor de bijwerkingen9. Kortstondige antagonisten met kleine moleculen kunnen dit probleem dus vermijden.
Een high-throughput methode om kleine moleculen β2 integrine antagonisten te screenen met behulp van menselijke neutrofielen wordt hier gepresenteerd. Β2-integrineactivering vereist conformatieveranderingen van het integrine-ectodomein om toegang te krijgen tot de bindingsaffiniteit met zijn ligand en deze te vergroten. In het canonieke switchblade-model strekt het bent-gesloten integrine-ectodomein zich eerst uit tot een verlengd-gesloten conformatie en opent vervolgens zijn kopstuk tot een volledig geactiveerde extended-open conformatie10,11,12,13. Er is ook een alternatief pad dat begint van de gebogen-gesloten naar gebogen-open en uitgebreid-open, uiteindelijk 14,15,16,17,18,19. Het conformatiespecifieke antilichaam mAb24 bindt zich aan een epitoop in het menselijke β2-I-achtige domein wanneer het zendspoel van het ectodomein open is 20,21,22,23.
Hier wordt mAb24-APC gebruikt om te bepalen of de β2-integrinen geactiveerd zijn. Om neutrofielen en integrine te activeren, wordt N-formylmethionyl-leucyl-fenylalanine (fMLP), een bacterieel afgeleid kort chemotactisch peptide dat neutrofiele β2-integrinen24 kan activeren, gebruikt als stimulus in dit protocol. Wanneer fMLP bindt aan het Fpr1 op neutrofielen, worden stroomafwaartse signaalcascades met G-eiwitten, fosfolipase Cβ en fosfoinositide-3-kinase γ geactiveerd. Deze signaleringsgebeurtenissen resulteren uiteindelijk in integrine-activering via de inside-out signaleringsroute18,25. Naast kleine molecuulantagonisten die direct binden aan β2-integrinen en conformatieveranderingen van integrine-activatievoorkomen 26, zouden met deze methode ook verbindingen worden gedetecteerd die componenten in de β2-integrine inside-out activeringssignaleringsroute kunnen remmen. Geautomatiseerde flowcytometers maken screening met hoge doorvoer mogelijk. Het identificeren van nieuwe antagonisten kan niet alleen ons begrip van integrinefysiologie verdiepen, maar ook translationeel inzicht verschaffen in op integrine gebaseerde anti-inflammatoire therapie.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Gehepariniseerde volbloedmonsters werden verkregen van geanonimiseerde gezonde menselijke donoren na het verkrijgen van geïnformeerde toestemming, zoals goedgekeurd door de Institutional Review Board van UConn Health, volgens de principes van de Verklaring van Helsinki. Geïnformeerde toestemming werd verkregen van alle donoren. De inclusie-/exclusiecriteria voor dit onderzoek zijn zorgvuldig ontwikkeld om de geschiktheid van deelnemers te waarborgen en mogelijke risico's te minimaliseren. In aanmerking komende deelnemers waren tussen de 18 en 65 jaar oud, van elke etniciteit, vloeiend Engels sprekend en in staat om geïnformeerde toestemming te geven. Uitgesloten deelnemers waren onder meer degenen die geen geïnformeerde toestemming voor zichzelf konden geven, zoals degenen die een wettelijk gemachtigde vertegenwoordiger nodig hadden, personen jonger dan 18 jaar of ouder dan 65 jaar, gedetineerde personen en zwangere vrouwen. Bovendien moesten de deelnemers vrij zijn van het gebruik van ontstekingsremmende medicatie en ontstekingsaandoeningen. Huidige infecties of aanhoudende chronische of acute ontstekingsaandoeningen waren ook uitsluitingscriteria. Ten slotte kwamen personen met een huidige of recente voorgeschiedenis van COVID-19-infectie niet in aanmerking voor het onderzoek. Deze criteria zijn ontworpen om de veiligheid en geschiktheid van de deelnemers te waarborgen en tegelijkertijd mogelijke verstorende factoren die van invloed kunnen zijn op de onderzoeksresultaten tot een minimum te beperken.
1. Bereiding van reagentia
2. Isolatie van neutrofielen uit menselijk bloed
3. Voorbereiding van de plaat met 384 putjes
4. Behandeling van cellen
5. Flowcytometrie
6. Data-analyse
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Gegevens van een representatieve plaatscreening met 384 putjes (figuur 4) toonden aan dat negatieve controles een MFI van mAb24-APC van 3236 ± 110 hadden, terwijl positieve controles een MFI van mAb24-APC van 7588 ± 858 hadden. De Z'-factor voor deze plaat is ongeveer 0,33, wat binnen een acceptabel bereik31 ligt. Z' vereist echter verdere validatie in secundaire assays.
Om de gegevens te normaliseren, werden alle waarden geschaald om een m...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De initiatie en beëindiging van neutrofielenstimulatie en kleuring worden bepaald door de toevoeging van neutrofielen en het fixatief PFA. Daarom is het van cruciaal belang om te zorgen voor hetzelfde tijdsinterval tussen het pipetteren van neutrofielen of PFA in elke kolom. Dit zorgt ervoor dat de stimulatie- en kleuringstijd van neutrofielen uit elk putje consistent blijft. Vanwege de korte levensduur van neutrofielen moet het hele experiment, van het afnemen van bloed bij donoren tot het voltooien van flowcytometrie, ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren geen concurrerend financieel belang te hebben.
We danken Dr. Evan Jellison en mevrouw Li Zhu in de flowcytometriekern bij UConn Health voor hun hulp bij flowcytometrie, Dr. Lynn Puddington van de afdeling Immunologie van UConn Health voor haar steun aan de instrumenten, mevrouw Slawa Gajewska en Dr. Paul Appleton in de klinische onderzoekskern bij UConn Health voor hun hulp bij het verkrijgen van bloedmonsters. We danken Dr. Christopher "Kit" Bonin en Dr. Geneva Hargis van de UConn School of Medicine voor hun hulp bij het wetenschappelijk schrijven en redigeren van dit manuscript. Dit onderzoek werd ondersteund door subsidies van de National Institutes of Health, National Heart, Lung and Blood Institute (R01HL145454), National Institute of General Medical Sciences (P20GM121176), VS, een Career Development Award van de American Heart Association (18CDA34110426) en een startfonds van UConn Health. Figuur 1 is gemaakt met BioRender.com.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 16-kanaals pipetten | Thermo | 4661090N | Instrument |
| 384-wellsplaat | Greiner | 784201 | Materialen |
| APC anti-human CD11a/CD18 (LFA-1) Antilichaam Clone: m24 | BioLegend | 363410 | Reagentia |
| Bravo Geautomatiseerd vloeistofhandelingsplatform | Agilent | 16050-102 | 384 multi-kanaals vloeistofhandler |
| Centrifuge | Eppendorf | Model 5810R | Instrument |
| FlowJo | Becton, Dickinson & Company | NA | Software |
| Human Serum Albumine Oplossing (25%) | GeminiBio | 800-120 | Reagentia |
| Lifitegrast | Thermofisher | 50-208-2121 | Reagentia |
| Nexinhib20 | Tocris | 6089 | Reagentia |
| N-Formyl-Met-Leu-Phe (fMLP) | Sigma | F3506 | Reagentia |
| Paraformaldehyde 16% oplossing | Electron Microscopy Sciences | 15710 | Reagentia |
| Platen emmers | Eppendorf | UL155 | Accessoire |
| Plate shaker | Fisher | 88-861-023 | Instrument |
| PolymorphPrep | PROGEN | 1895 (vorige 1114683) | Reagentia |
| Prestwick Chemical Library Compound Plates (10 mM) | Prestwick Chemical Libraries | Ver19_384 | 1520 kleine moleculen, 98% gemarkeerde goedgekeurde geneesmiddelen (FDA, EMA, JAN en andere instanties goedgekeurd) |
| RPMI 1640 Medium, geen fenolrood | Gibco | 11-835-030 | Reagentia |
| Swing-bucket rotor | Eppendorf | A-4-62 | Rotor |
| ZE5 Cell Analyzer | Bio-Rad Laboratories | Model ZE5 | Instrument |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.