Här presenterar vi ett protokoll för att utveckla och karakterisera tolerogena dendritiska celler (TolDCs) och utvärdera deras immunoterapeutisk nytta.
Immunförsvaret fungerar genom att upprätthålla en stram balans mellan samordnande svaren mot främmande antigener och att upprätthålla ett tillstånd som inte svarar mot själv-antigener samt antigener som härrör från kommensaler organismer. Störningar av denna immun homeostas kan leda till kronisk inflammation och utveckling av autoimmunitet. Dendritiska celler (DCs) är de professionella antigen-presenterande cellerna av det medfödda immunförsvaret som är inblandade i Aktivera naiva T-celler för att initiera immunsvar mot främmande antigener. DCs kan dock också differentieras till TolDCs att agera att upprätthålla och främja T cells tolerans och att undertrycka effektor celler bidrar till utvecklingen av antingen autoimmuna eller kronisk inflammation villkorar. Senaste befordran i vår förståelse av TolDCs tyder på att DC tolerans kan uppnås genom att modulera deras differentiering villkor. Detta fenomen har lett till enorma tillväxten i utveckla TolDC terapier för talrika immunsjukdomar som orsakat på grund av att bryta i immuntolerans. Framgångsrika studier i prekliniska autoimmunitet murina modeller har ytterligare validerade verktyget immunoterapeutisk av TolDCs för behandling av autoimmuna sjukdomar. TolDCs har idag blivit ett lovande immunoterapeutisk verktyg i kliniken för att återinföra immuntolerans i olika immunsjukdomar genom att rikta patogena autoimmuna svar medan skyddande immunitet intakt. Även om en rad strategier har föreslagits av flera labs att framkalla TolDCs, finns det ingen konsekvens i karaktärisera den cellulära och funktionella fenotypen av dessa celler. Detta protokoll ger en steg för steg-guide för utveckling av benmärgen-derived DCs i stora skaror, en unik metod som används för att skilja dem i TolDCs med en syntetisk triterpenoid 2-cyano-3,12-dioxooleana-1,9-dien-28-oic syra-difluor-propyl-Amid (CDDO-DFPA), och de tekniker som används för att bekräfta sin fenotyp, inbegripet analyser av väsentliga molekylära signaturer av TolDCs. Slutligen visar vi en metod för att bedöma TolDC funktion genom att testa deras immunosuppressiva svar in vitro- och in-vivo i en preklinisk modell av multipel skleros.
Dendritiska celler (DCs) är en integrerad del av det medfödda immunsystemet och först upptäcktes och kännetecknas av Ralph Steinman och Zanvil Cohn 1973 som primära professionella antigen presenterande celler1. DCs har visat sig spela en viktig roll i immunsystemets aktivering genom att presentera bearbetade antigener att T-celler och B-celler via stora histocompatibility komplex (MHC) i sekundära lymfoida organ att länka den medfödda och adaptiv immunsystem2. I däggdjur immunsystemet finns det minst två kategorier av DCs som har beskrivits som myeloisk DCs och dess DCs (PDC)3. Myeloisk DCs, även känd som konventionella DCs (cDCs), kännetecknas av uttrycket av CD11c och kan skiljas som omogna DCs (iDCs) in vitro från stamceller i benmärg eller perifert blod monocyter med hjälp granulocyt-makrofag-granulocytkolonistimulerande faktor (GM-CSF) och IL-4 i murina eller mänskliga arter, respektive4.
Aktivera ‘fara’ signaler, såsom patogen-associerade molekylära mönster (PAMP) eller skada-associerade molekylära mönster (DAMP), kommer att driva iDCs mognad mot immunogent DCs som mogen DCs (mDCs) via bindande olika mönster erkännande receptorer den DC yta5. Immunogent DCs ytterligare prime naiva T-cellproliferation och differentiering genom uppreglering av MHCII2, costimulatory ligander (CD80 CD86 och CD40)6, cytokiner och andra lösliga medlare7. En kaskad av pro-inflammatoriska medlare produktion från immunogent DCs är viktigt för cytokin-medierad T celldifferentiering. Exempelvis både IFN-γ och IL-12 är nödvändiga för Th1 differentiering8 och IL-1, IL-6 och IL-23 är kritiska för naiva T-cell polarisering mot Th17 celler9. Även om mogen DCs reagerar på främmande antigener, kan okontrollerad DC aktivering av self-antigener orsaka tolerans ablation och främja utvecklingen av autoimmuna sjukdomar genom att generera autoreaktiva T celler vars aktivering leder till vävnad förstörs10 .
De senaste rapporterna har gett tydliga bevis på DC plasticitet, exemplifieras genom sin förmåga att interagera med olika ledtrådar inom deras vävnad närmiljön och differentieras till distinkta effektor/suppressor DC delmängder. Den anti-inflammatoriska mediatorer, som IL-1011, TGF-β12och HO-113 har visat sig spela en viktig roll i immunsystemet genom att inducera tolerogena DCs (TolDCs). Dessa TolDCs förvärva tillsynsuppdrag och undertrycka T cell spridning14. Dessutom avsaknaden av samtidig stimulering av DCs och produktionen av antiinflammatoriska mediatorer från TolDCs både bidra till induktion av regulatoriska T-celler (Tregs) och även effektivt hämmar både Th1 och Th17 differentiering och expansion15. I senaste två årtiondena, har den terapeutiska potentialen av TolDCs rapporterats av flera utredare. I dessa studier var administrering av ex-vivo genereras TolDCs inte bara förbättras sjukliga symtom i olika prekliniska modeller för autoimmuna sjukdomar16 men också lett till utveckling av immuntolerans hos patienter17 ,18. Intressant, idag TolDCs terapin har ansetts som alternativa eller kompletterande tillvägagångssätt för autoimmuna sjukdomar i flera kliniska prövningar, inklusive typ 1 diabetes mellitus19, reumatoid artrit20, 21, multipel skleros (MS)22,23,24, och Crohns sjukdom25.
Det finns en mängd olika protokoll som har anställts för att utveckla TolDCs och flera laboratorier har rapporterat metoder för generering och fenotypisk karakterisering av TolDCs. Dessa metoder kan användas för att generera reproducibly TolDCs in vitro- från hematopoetiska progenitorceller och stabilt upprätthålla dem i en tolerogena staten i vivo26,27,28,29. IDCs kan omvandlas till TolDCs av exponering för olika immunmodulerande farmakologiska agenter eller antiinflammatoriska cytokiner. Vitamin D3 är exempelvis en välkänd farmakologiska agent kända att öka IL-10 produktion och undertrycka IL-12 sekretion från DCs och att därmed öka deras immunosuppressiva funktion30. Dessutom när DCs utsätts för potenta inflammatoriska stimuli, såsom lipopolysackarider (LPS), flera farmakologiska medel såsom dexametason31, rapamycin32och kortikosteroider33 har visats inducera den TolDC fenotyp genom att minska DC ytan uttryck för CD40, CD80 och CD86, MHCII34. IL-10 och TGF-β är de mest studerade antiinflammatoriska cytokiner inducera DC tolerans35 och samtidig exponering för båda av dessa cytokiner har visats inducera en tolerogena fenotyp i DCs36.
Sedan den tolerogena DC definieras av funktionella egenskaper snarare än av fenotypiska markörer, det finns behöver en stor utveckla en konsekvent metod för cellulära och funktionell karakterisering av TolDCs. Dessutom ett strikt och konsekvent protokoll måste fastställas för konsekvent utvärdering och karakterisering av tolerogena DC fenotypen om vi effektivt och reproducibly jämföra nya agenter förmåga att inducera TolDC fenotypen i den laboratorium. Här tillhandahåller vi ett detaljerat protokoll med steg för steg metoder att isolera iDCs från hematopoetiska progenitorceller möss och därefter analysera effekten av nya agenter under utvärdering för deras förmåga att omvandla iDCs till TolDCs, som ger en robust funktionella och fenotypisk karakterisering av TolDCs både in vitro- och in vivo. Beskrivningen omfattar en utarbetad metod för att karakterisera TolDCs av deras yta ligander, cytokin profil och immundämpande funktioner i vitro. Vi ger också ett exempel på en metod att utforska potentiella terapeutiska tillämpningen av dessa TolDCs i en preklinisk modell av MS, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). Detta etablerat protokoll kommer att hjälpa utredare att utvärdera nya agenter förmåga att främja induktion av TolDCs och kommer att underlätta arbetet med att bredda TolDC terapeutisk utveckling.
Detta dokument beskriver en effektiv protokoll som kan användas till reproducibly att generera iDCs och därefter skilja dem in i TolDCs, och vi föreslår att detta kan tillämpas för att utvärdera nya molekylära målet agenter förmåga att inducera TolDC fenotyp. Som beskrivs i detta betänkande, följde vi en sekvens där vi först analyserade TolDC uttryck för surface ligander av flödescytometri, följt av en bedömning av DC cytokin profil mätt med qRT-PCR och ELISA. Slutligen bekräftades immunoregulatorisk…
The authors have nothing to disclose.
Vi tackar Reata läkemedel för att ge CDDO-DFPA. Vi erkänner också stöd av Jane och Lee Seidman stol i Pediatric Cancer Innovation (John Letterio). Detta arbete stöds av Department of Defense [W81XWH-12-1-0452]; Angie Fowler ungdomar och unga vuxna cancerpatienter forskning initiativet på fall omfattande Cancer Center. och Callahan Graduate Scholar Award för Hsi-Ju Wei från F.J. Callahan Foundation.
CDDO-DFPA (RTA-408) | Reata Pharmaceuticals | in house synthesis | Cell culture |
Mouse GM-CSF | Peprotech Inc. | 315-03 | BMDC differentiation |
Mouse IL-4 | Peprotech Inc. | 214-14 | BMDC differentiation |
Lipopolysaccharides (LPS) | Sigma Aldrich Inc. | L2880 | Cell culture |
β-mercaptoethanol | Sigma Aldrich Inc. | 516732 | Cell culture |
Pertussis toxin (PTX) | R&D systems | 3097 | EAE induction |
MOG (35–55) peptide | 21stCentury Biochemicals | in house synthesis | EAE induction |
Trypan blue | Gibco, Life Technologies | 15250-061 | Cell culture |
RPMI-1640 plus L-glutamine | ThermoFisher Scientific | 11875-093 | Cell culture |
Non-essential amino acid (100X) | ThermoFisher Scientific | 11140050 | Cell culture |
HEPES | ThermoFisher Scientific | 15630080 | Cell culture |
penicillin/streptomycin | ThermoFisher Scientific | 15140122 | Cell culture |
40 μm cell strainer | Corning | 352340 | Cell isolation |
PE-conjugated CD80 | BD Biosciences | 557227 | Flow cytometry |
PE-conjugated CD86 | BD Biosciences | 555665 | Flow cytometry |
PE-conjugated PD-L1 | BioLegend | 124307 | Flow cytometry |
APC-conjugated MHCII | Miltenyi Biotec Inc. | 130-112-388 | Flow cytometry |
APC-conjugated CD11c | BD Biosciences | 340544 | Flow cytometry |
Isotype matched PE | Miltenyi Biotec Inc. | 130-091-835 | Flow cytometry |
Isotype matched APC | Miltenyi Biotec Inc. | 130-091-836 | Flow cytometry |
CFSE | BioLegend | 423801 | T cell proliferation assay |
Pan dendritic cell isolation kit | Miltenyi Biotec Inc. | 130-100-875 | T cell proliferation assay |
FcR Blocking Reagent | Miltenyi Biotec Inc. | 130-100-875 | T cell proliferation assay |
Pan Dendritic Cell Biotin-Antibody Cocktail | Miltenyi Biotec Inc. | 130-100-875 | T cell proliferation assay |
Anti-Biotin MicroBeads | Miltenyi Biotec Inc. | 130-100-875 | T cell proliferation assay |
CD4+ T cell isolation kit | Miltenyi Biotec Inc. | 130-104-454 | T cell proliferation assay |
CD4+ T cell Biotin-Antibody Cocktail | Miltenyi Biotec Inc. | 130-104-454 | T cell proliferation assay |
Anti-Biotin MicroBeads | Miltenyi Biotec Inc. | 130-104-454 | T cell proliferation assay |
ACK lysing buffer | ThermoFisher Scientific | A1049201 | BMDC differentiation |
1 ml syringe | BD Biosciences | 309626 | T cell proliferation assay |
3 ml syringe | BD Biosciences | 309588 | BMDC differentiation |
25G needle | BD Biosciences | 309626 | T cell proliferation assay |
23G needle | BD Biosciences | 309588 | BMDC differentiation |
BSA | Sigma Aldrich Inc. | A2058 | T cell proliferation assay |
EDTA | ThermoFisher Scientific | 15575020 | T cell proliferation assay |
LS Column | Miltenyi Biotec Inc. | 130-042-401 | T cell proliferation assay |
Pre-Separation Filter | Miltenyi Biotec Inc. | 130-095-823 | T cell proliferation assay |
collagenase D | Sigma Aldrich Inc. | 11088858001 | T cell proliferation assay |
HBSS | ThermoFisher Scientific | 14025076 | T cell proliferation assay |
ovalbumin (OVA) peptide 323–329 | Sigma Aldrich Inc. | O1641 | T cell proliferation assay |
Mouse IFN-γ TaqMan probe | ThermoFisher Scientific | Mm01168134_m1 | qRT-PCR |
Mouse IL-12a TaqMan probe | ThermoFisher Scientific | Mm00434165 | qRT-PCR |
Mouse IL-12 p70 DuoSet ELISA | R&D systems | DY419-05 | ELISA |
Mouse EDN-1 ELISA | RayBiotech | ELM-EDN1-1 | ELISA |
TNF-α TaqMan probe | ThermoFisher Scientific | Mm00443258 | qRT-PCR |
Mouse TNF-α Quantikine ELISA Kit | R&D systems | MTA00B | ELISA |
IL-6 TaqMan probe | ThermoFisher Scientific | Mm00446190 | qRT-PCR |
Mouse IL-6 Quantikine ELISA Kit | R&D systems | M6000B | ELISA |
IL-23a TaqMan probe | ThermoFisher Scientific | Mm01160011 | qRT-PCR |
Mouse IL-23 DuoSet ELISA | R&D systems | DY1887-05 | ELISA |
IL-4 TaqMan probe | ThermoFisher Scientific | Mm99999154_m1 | qRT-PCR |
IL-10 TaqMan probe | ThermoFisher Scientific | Mm01288386_m1 | qRT-PCR |
TGF-β TaqMan probe | ThermoFisher Scientific | Mm01178820_m1 | qRT-PCR |
Anti-Heme Oxygenase 1 antibody | Abcam | ab13248 | Western blotting |
Anti-β-actin antibody | Abcam | ab8226 | Western blotting |
CFX96 Touch Real-Time PCR Detection System | Bio-Rad Inc. | qRT-PCR | |
BD FACSCalibur Cell Analyzer | BD Biosciences | Flow cytometry |