T limfocyty są kluczowymi składnikami adaptacyjnego układu odpornościowego. Limfocyty T są odpowiedzialne nie tylko za bezpośrednie pośredniczenie w ochronnych odpowiedziach immunologicznych na patogeny poprzez różne mechanizmy efektorowe, ale także za aktywne utrzymywanie samotolerancji immunologicznej i kierowanie odpowiedziami innych komórek w układzie odpornościowym. Funkcje te są kierowane przez szereg zintegrowanych sygnałów, w tym ligację receptora limfocytów T (TCR), cytokiny i chemokiny oraz metabolity1. Spośród tych sygnałów TCR ma szczególne znaczenie, ponieważ zapewnia charakterystyczną specyficzność, która określa rolę limfocytów T w odporności adaptacyjnej. TCR oddziałuje z liniowymi antygenami peptydowymi prezentowanymi przez cząsteczki MHC (ludzki ortolog HLA) (kompleksy pMHC) w wysoce specyficzny i czuły sposób, aby dostarczyć sygnały, które inicjują funkcję efektora limfocytów T. Parametry biochemiczne oddziaływań TCR z ligandami pMHC zapewniają nie tylko swoistość dla aktywacji limfocytów T, ale mają również jakościowy wpływ na późniejszą funkcję limfocytów T2. W związku z tym badanie funkcji limfocytów T często wymaga zbadania odpowiedzi klonalnych limfocytów T o określonej swoistości antygenowej.
Przedział ludzkich limfocytów T, zawierający około 1012limfocytów T αβ, zawiera około 107-10 8 różnych αβTCR3-4. Ten różnorodny repertuar daje możliwość rozpoznania szerokiej gamy peptydów potencjalnych patogenów, które wymagałyby odpowiedzi limfocytów T w celu uzyskania odporności ochronnej. Szacuje się, że częstość odpowiedzi limfocytów T na dany obcy antygen prezentowany przez samo-MHC jest rzędu 10-4-10-7 przy braku wcześniejszej odpowiedzi immunologicznej na ten antygen5. Repertuar naiwnych limfocytów T jest kształtowany przez selekcję grasicy, aby zapewnić zdolność do rozpoznawania antygenów peptydowych prezentujących własne MHC i ograniczać reaktywność przeciwko antygenom samopeptydowym, maksymalizując potencjalną użyteczność pośredniczenia w odporności ochronnej2. Jednakże, z naruszeniem tej zaprojektowanej reaktywności, stosunkowo duża częstotliwość, 10-3-10-4, limfocytów T od osób nieleczonych immunologicznie reaguje na stymulację komórkami allogenicznymi, rozpoznając zarówno obce cząsteczki MHC, jak i endogenne peptydy, które prezentują6. Rozpoznawanie allogenicznych ligandów pMHC jest strukturalnie podobne do rozpoznawania obcych antygenów prezentowanych przez samo-MHC; TCR zachodzi w krytycznych oddziaływaniach biochemicznych zarówno z allogeniczną cząsteczką MHC, jak i z prezentowanym peptydem7. Silny charakter odpowiedzi limfocytów T na stymulację allogeniczną wynika z różnorodności kompleksów pMHC obecnych na powierzchni komórek allogenicznych8. Szacuje się, że każdy MHC przedstawia około 2 x 104 różnych endogennych antygenów peptydowych9. Ten zakres odpowiedzi na stymulację allogeniczną jest istotnym aspektem klinicznie istotnej patologii, takiej jak odrzucenie przeszczepu allogenicznego lub choroba przeszczep przeciwko gospodarzowi (GVHD), wynikająca z alloreaktywności limfocytów T.
Badanie alloreaktywnych odpowiedzi ludzkich limfocytów T tradycyjnie polegało na badaniu odpowiedzi poliklonalnych naiwnych limfocytów T po stymulacji komórkami allogenicznymi. Wielokrotna stymulacja tą samą allogeniczną linią komórkową w połączeniu z analizami rozcieńczeń ograniczających jest w stanie wygenerować klonalne limfocyty T ze zdefiniowanym rozpoznaniem allogenicznego HLA10. Podejście to jest jednak problematyczne w przypadku badania odpowiedzi na poszczególne allogeniczne ligandy pMHC, ponieważ duży i zróżnicowany repertuar endogennych kompleksów pMHC obecnych dla danego allogenicznego HLA stymuluje szeroki repertuar limfocytów T. To podejście polegające na masowej stymulacji populacji i ograniczaniu rozcieńczania wymagałoby badań przesiewowych dużej liczby klonów w celu wyizolowania limfocytów T o pożądanej reaktywności przeciwko pojedynczemu ligandowi pMHC. Ponadto częstość reakcji limfocytów T na pojedynczy allogeniczny ligand pMHC jest stosunkowo niska wśród naiwnych populacji komórek T, co stanowi barierę dla wydajnego generowania klonów ludzkich limfocytów T reagujących na dany antygen.
Identyfikacja i izolacja specyficznych dla antygenu limfocytów T z populacji poliklonalnych została umożliwiona dzięki rozwojowi znakowanych fluoroforem multimerów pMHC11. Podejście to wykorzystuje specyficzne antygeny peptydowe załadowane do rekombinowanych, rozpuszczalnych, biotynylowanych cząsteczek MHC, które są znakowane przez wiązanie się z fluoroforem znakowanym streptawidyną. Multimeryzacja pMHC zwiększa awidność, kompensując wewnętrznie niskie (μM) powinowactwo TCR do rozpuszczalnych ligandów pMHC. Znakowane komórki można zidentyfikować i wyizolować za pomocą cytometrii przepływowej. Jednak podejście to jest nadal ograniczone przez niską częstość limfocytów T specyficznych dla antygenu wśród naiwnych populacji limfocytów T, które są zwykle o rzędy wielkości mniejsze niż granica dokładnej identyfikacji i kwantyfikacji na większości cytometrów przepływowych. Aby rozwiązać ten problem, opracowano metodę znakowania tetramerów pMHC, a następnie wzbogacania kulek magnetycznych dla komórek znakowanych tetramerem12. Metoda ta wykazała wiarygodne wykrywanie, wyliczanie i izolację limfocytów T specyficznych dla antygenu o niskiej częstotliwości.
Ten protokół opisuje skuteczny protokół generowania klonów ludzkich limfocytów T, które specyficznie reagują na indywidualne allogeniczne ligandy pMHC. W protokole zastosowano znakowanie i wzbogacanie multimerów pMHC (HLA) w celu izolacji ludzkich limfocytów T specyficznych dla alloantygenu z sortowaniem komórek metodą cytometrii przepływowej oraz solidną metodą hodowli in vitro ludzkich komórek T w celu umożliwienia produkcji klonów komórek T z pojedynczych posortowanych komórek (przegląd na rysunku 1).