Transfer genu adenowirusowego do naiwnych limfocytów T CD4 z transgeniczną ekspresją receptora adenowirusa Coxsackie umożliwia molekularną analizę różnicowania regulatorowych limfocytów T in vitro.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Transfer genu adenowirusowego do naiwnych limfocytów T CD4 z transgeniczną ekspresją receptora adenowirusa Coxsackie umożliwia molekularną analizę różnicowania regulatorowych limfocytów T in vitro.
Limfocyty T regulatorowe (Treg) są niezbędne do zapewnienia odporności na siebie oraz na niektóre obce antygeny. Tregi mogą być generowane z naiwnych limfocytów T CD4 in vitro z TCR- i kostymulacją w obecności TGFβ i IL-2. Ma to ogromny potencjał dla przyszłych terapii, jednak cząsteczki i szlaki sygnałowe, które kontrolują różnicowanie, są w dużej mierze nieznane.
Pierwotne limfocyty T mogą być manipulowane poprzez ektopową ekspresję genów, ale powszechne metody nie są w stanie ukierunkowanym na najważniejszy naiwny stan limfocytu T przed rozpoznaniem pierwotnego antygenu. Tutaj przedstawiamy protokół ekspresji genów ektopowych w naiwnych limfocytach T CD4 in vitro przed indukcją różnicowania Treg. Stosuje transdukcję z adenowirusem z niedoborem replikacji i wyjaśnia jego powstawanie i produkcję. Adenowirus może zajmować duże insercje (do 7 kb) i może być wyposażony w promotory w celu osiągnięcia wysokiej i przejściowej nadekspresji w limfocytach T. Skutecznie transdukuje naiwne mysie limfocyty T, jeśli wyrażają one transgeniczny receptor adenowirusa Coxsackie (CAR). Co ważne, po zakażeniu limfocyty T pozostają naiwne (CD44 niskie, CD62Lwysokie) i spoczynkowe (CD25-, CD69-) i mogą być aktywowane i różnicowane w limfocyty Treg podobnie jak komórki niezakażone. Metoda ta umożliwia więc manipulację różnicowaniem limfocytów T CD4 od samego początku. Zapewnia, że ektopowa ekspresja genów jest już na miejscu, gdy wczesne zdarzenia sygnalizacyjne początkowej stymulacji TCR indukują zmiany komórkowe, które ostatecznie prowadzą do różnicowania Treg.
Tregi są kluczowe dla utrzymania tolerancji immunologicznej i tłumienia nadmiernych odpowiedzi immunologicznych. Tregi hamują aktywację limfocytów T osób postronnych. W konsekwencji ablacja limfocytów Treg prowadzi do śmiertelnej autoimmunizacji i samozniszczenia napędzanego przez aktywowane limfocyty T1. Tregi rozwijają się w grasicy podczas negatywnej selekcji pojedynczych dodatnich prekursorów CD4, ale mogą również różnicować się na obrzeżach od naiwnych limfocytów T CD4 po stymulacji antygenem w niskich dawkach z nieoptymalną kostymulacją 1,2. Tregi grasicy wydają się hamować autoimmunizację tkanek przed własnymi antygenami, podczas gdy obwodowe Tregi są zaangażowane w zapewnianie tolerancji w jelitach lub płucach. Te indukowane limfocyty Treg silnie zapobiegają aktywacji limfocytów T po rozpoznaniu obcych antygenów w błonie śluzowej, w tym antygenów środowiskowych z żywności i powietrza, bakterii komensalnych i alergenów 3,4. Ponadto limfocyty Treg mają kluczowe znaczenie dla ustalenia matczynej tolerancji na peptydy płodowe 5 i zapobiegania chorobie przeszczep przeciwko gospodarzowi 6. W tym samym czasie limfocyty Treg pośredniczą również w niepożądanych skutkach poprzez osłabienie nadzoru immunologicznego nad komórkami nowotworowymi 7,8. Cechą charakterystyczną limfocytów Treg jest ekspresja czynnika transkrypcyjnego Foxp3 określającego podzbiór, czynnika transkrypcyjnego zawierającego domenę widełkową, który jest niezbędny i wystarczający do nadania funkcji Treg 9,10. Znane są pewne szlaki sygnałowe, które mogą indukować ekspresję Foxp3. Jednak procesy molekularne, które kontrolują, regulują lub modulują różnicowanie limfocytów Treg w odpowiedzi na wyzwalanie receptora limfocytów T, są mniej dobrze poznane.
Treg mogą być bardzo skutecznie indukowane in vitro poprzez stymulację naiwnych limfocytów T CD4 przeciwciałami anty-CD3 i anty-CD28 w obecności TGFβ i IL-2 11. Ponieważ pojawiające się limfocyty Treg są funkcjonalne in vivo, manipulacja cząsteczkami, które promują różnicowanie limfocytów Treg, niesie ze sobą ogromny potencjał dla przyszłych terapii, na przykład leczenia astmy, choroby Leśniowskiego-Crohna i transplantacji 11,12. I odwrotnie, terapeutyczna modulacja cząsteczek w celu zablokowania różnicowania Treg może przynieść korzyści w przyszłych podejściach do skojarzonego leczenia pacjentów z nowotworami.
Testy różnicowania in vitro odegrały kluczową rolę w opisie zmian molekularnych związanych z różnicowaniem podzbiorów limfocytów T. W chwili obecnej eksperymentalne próby poszukiwania lub badań przesiewowych produktów genowych, które kontrolują różnicowanie limfocytów T, są utrudnione przez fakt, że najpowszechniejsze metody ektopowej ekspresji genów zawodzą w naiwnych limfocytach T. Na przykład elektroporacja i transdukcja retrowirusowa są skuteczne tylko w aktywowanych limfocytach T. W przeciwieństwie do początkowych oczekiwań, transdukcja lentiwirusowa, która jest zwykle skuteczna w komórkach w stanie spoczynku, wymaga wstępnej aktywacji naiwnych limfocytów T przez cytokiny13. Co więcej, transfer cDNA lub mRNA podczas elektroporacji wiąże się z depolaryzacją błony plazmatycznej, która sama w sobie nadaje cechy aktywacji limfocytów T, a nawet może mobilizować sygnalizację Ca2 + i aktywować białka NFAT (niepublikowana obserwacja i odnośnik 14). Podobnie, w przypadku transdukcji retrowirusowej, naiwne limfocyty T muszą być aktywowane przez 18 - 40 godzin. W tym czasie dochodzi do rozpadu błony jądrowej w trakcie podziału komórki i pozwala na późniejszą integrację genomową wektora retrowirusowego 15. Metody te nie są zatem w stanie zająć się wczesną regulacją molekularną początkowego spotkania limfocytów T z antygenem, co jest decydującą fazą różnicowania limfocytów T pomocniczych.
Transdukcja adenowirusowa jest znana z tego, że nadaje przejściową ekspresję genów ektopowych w wielu typach komórek ludzkich, które wyrażają ludzki receptor adenowirusa Coxsackie (CAR). Przebiega bez konieczności aktywacji komórek lub progresji cyklu komórkowego. Ekspresja powierzchniowa CAR jest niezbędna do skutecznego przyłączania i internalizacji wirusa, a transgeniczna ekspresja skróconej wersji CARΔ1 pod promotorem specyficznym dla limfocytów T sprawia, że mysie tymocyty i limfocyty T są podatne na infekcję adenowirusową 16. Co ważne, transgen nie zmienia rozwoju tymocytów ani różnicowania in vitro naiwnych limfocytów T CD4 w różne podzbiory (dane nie pokazane; odnośnik 17). Transdukcja limfocytów T za pośrednictwem adenowirusa była wcześniej stosowana do nadekspresji 17,18 i podejść knock-down 19,20. Transgeniczne limfocyty T można oczyścić z dostępnego w handlu DO11.10 tg; CARΔ1 tg (Taconic, Inc. i ref. 17). Co ważne, transdukcja adenowirusowa pozwala na wysoką ekspresję interesującego genu w naiwnych limfocytach T bez wywoływania oczywistych oznak aktywacji. Limfocyty T pozostają naiwne (CD44 niskie, CD62Lwysokie) i spoczynkowe (CD25-, CD69-) po zakażeniu i mogą być aktywowane i różnicowane w Treg podobnie jak komórki niezakażone.
Produkcja rekombinowanych adenowirusów może być osiągnięta po transfekcji komórek HEK293A z plazmidami adenowirusowymi (Rysunek 1). Plazmidy te zazwyczaj zawierają ludzki genom adenowirusa typu 5 z usuniętymi genami E1 i E3, co powoduje, że rekombinowane adenowirusy są niekompetentne do replikacji 21. HEK293A komórki uzupełniają niedobór replikacji, ponieważ zostały uwiecznione poprzez stabilną integrację ściętego adenowirusa 22. Ponieważ wektory adenowirusowe są duże (~40 kb) i w związku z tym nie nadają się do tradycyjnego klonowania za pośrednictwem enzymów restrykcyjnych, zastosowaliśmy system Gateway. Interesujący gen jest początkowo klonowany do mniejszego wektora wejściowego, z którego można go łatwo przenieść do wektora docelowego adenowirusa za pośrednictwem reakcji rekombinacji lambda (LR) 23. Skonstruowaliśmy wektor pCAGAdDu, łącząc promotor CAG (promotor aktyny kurczaka i wzmacniacz CMV) z kasetą ekspresyjną zawierającą miejsca LR flankujące prokariotyczny marker selekcyjny ccdB 24 . Ta kaseta ekspresyjna jest połączona z wewnętrznym elementem miejsca wejścia rybosomu (IRES), który umożliwia koekspresję białka zielonej fluorescencji wzmocnionego markerem infekcji eukariotycznej (eGFP), które jest połączone z sekwencją zawierającą sygnał poli(A) bydlęcego hormonu wzrostu. Wybraliśmy sekwencje cis-regulatorowe CAG, ponieważ okazało się, że prototypowy promotor CMV jest wysoce zależny od aktywacji, a zatem niekorzystny dla ekspresji genów w naiwnych limfocytach T.
Tutaj udostępniamy protokół skutecznego różnicowania Treg in vitro oraz metodę transdukcji naiwnych limfocytów T CD4 bez aktywacji (Rysunek 2). Metoda umożliwia ektopową ekspresję genów lub zahamowanie poprzedzającego różnicowania limfocytów T CD4 w stanie naiwnym. Pozwala to na przetestowanie wpływu nadmiernie eksprymowanego genu podczas wczesnych zdarzeń sygnalizacyjnych po początkowej stymulacji TCR do momentu zaangażowania podzbioru limfocytów T. Nasze eksperymenty walidacyjne stanowią również podstawę do ustalenia podobnego zastosowania adenowirusa w różnicowaniu innych podzbiorów limfocytów T, takich jak komórki Th1, Th2, Th9, Th17, Th22 lub Tfh.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Klonowanie interesującego genu do wektora wejściowego
2. Przenoszenie interesującego genu do wektora docelowego pCAGAdDu
3. Generacja pierwotnego lizatu wirusa
Wykonaj wszystkie poniższe kroki w odpowiednich warunkach bezpieczeństwa biologicznego dla infekcji adenowirusem!
4. Amplifikacja wirusa
5. Wyznaczanie miana wirusa
6. Zakażenie limfocytami T
Uwaga: dla infekcji większą liczbą komórek, zwiększ skalę za pomocą MOI 50 w objętości infekcji 165 μl na 106 naiwnych limfocytów T w probówce z polistyrenu z luźnym kubkiem (do 3 ml na probówkę).
(Opcjonalnie: komórki mogą być ponownie umyte, aby skuteczniej usunąć wirusa)
7. Aktywacja i polaryzacja limfocytów T
Uwaga: Komórki mogą być również aktywowane za pomocą naczyń do hodowli tkankowych pokrytych przeciwciałami anty-CD28 i anty-CD3, lub w sposób specyficzny dla receptora limfocytów T DO11.10 za pomocą napromieniowanych splenocytów BALB/c pulsowanych antygenem peptydowym albuminy jaja kurzego 323-339.
8. Utrwalanie i barwienie limfocytów T w cytometrii przepływowej
Uwaga: Komórki mogą być od teraz leczone bez ryzyka biologicznego!
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Produkcja wirusa
Aby uzyskać wysokie miana wirusa, kluczowy jest moment zbioru komórek HEK293A podczas pierwotnej produkcji wirusa lub jego amplifikacji. Reprezentatywne obrazy fluorescencyjne i w kontraście fazowym z wizualnymi oznakami produkcji wirusa przedstawiono na Rysunku 3. CPE zaobserwowano 10 dni po transfekcji komórek HEK293A kontrolnym wektorem pCAGAdDu bez wkładki. CPE charakteryzują się pojawieniem obszarów z powiększonymi i zaokrąglonymi komórkami, które zaczynają ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wytwarzanie i miareczkowanie wirusów
Dla uzyskania optymalnych wyników transfekcji najważniejsza wydaje się jakość i ilość linearyzowanego wektora. Nie zaobserwowaliśmy negatywnego wpływu początkowego przerostu kultury na produkcję lizatu pierwotnego, ponieważ infekcja szybko postępuje, gdy nastąpi efektywna produkcja wirusa. Jednak na produkcję wirusa przez komórki HEK293A mogą wpływać długie wstawki, które zmniejszają wydajność. Okazało się, że niektóre otwarte ramki odczytu zakłócają produkcję...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
Autorzy chcieliby podziękować Lirui Du za skonstruowanie wektora pCAGAdDU oraz Oliverowi Gorce za dostarczenie protokołu fiksacji.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Zestaw do klonowania pENTR/D-TOPO | Invitrogen | K240020 | |
| Gateway LR Clonase II Mieszanka enzymów | Invitrogen | 11791020 | |
| PacI | New England Biolabs | R057S | |
| jetPEI | Polyplus-transfekcja | 101-10N | |
| HEK293A Linia komórkowa | Invitrogen | R705-07 | |
| A549 | ATCC | CCL-185 | |
| Płytki 6-dołkowe | BD Falcon | 353046 | |
| 14 cm naczynie do hodowli tkankowych | Nunc | 168381 | |
| BALB/cJ-Tg(DO11.10)10Dlo Tg(CARΔ 1) 1Jdgr | Taconic Farms | Model Nr. 4285 | |
| Naiwny zestaw do izolacji komórek T CD4 + II | Miltenyi Biotech | 130-094-131 | |
| DMEM | Invitrogen | 41966-052 | |
| FBS | PAN Biotech | 1502-P110704 | |
| PenStrep | Invitrogen | 15140-122 | |
| RPMI 1640 | Lonza | BE12-167F | |
| NaPyrgronian | Lonza | BE13-115E | |
| NEAA 100x | Lonza | BE13-114E | |
| L-Glutamina | Invitrogen | 25030 | |
| Roztwór buforowy HEPES (1 M) | Invitrogen | 15630-056 | |
| β-Merkaptoetanol | Sigma-Aldrich | M-7522 | |
| MEM Niezbędna mieszanka witamin (100x) | Lonza | 13-607C | |
| Mysi aktywator T Dynabeads CD3 / CD28 do ekspansji i aktywacji komórek | Invitrogen | 114-56D | |
| Rekombinowany ludzki TGF-beta 1 | R& D Systems | 240B | |
| Proleukin S (18 x 106IE) | Novartis | ||
| LIVE/DEAD Zestaw do naprawy niebieskich barwników martwych komórek | Invitrogen | L-23105 | |
| Mysz BD Fc BlockT | BD Pharmingen | 553141 | |
| Anti-Mouse/Rat Foxp3 PE | eBioscience | 12-5773-82 | |
| Mmu-miR-155 Test mikroRNA TaqMan | Roche Applied Biosystems | ||
| Sondy LightCycler 480 Master | Roche Applied Biosystems | 04902343001 | |
| Zestaw do odwrotnej transkrypcji mikroRNA TaqMan Roche | Applied Biosystems | 4366596 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.