Studiare gli effetti dei ligandi paracrini setosecreti dal tumore sull'attivazione dei macrofagi utilizzando la co-cultura con i supporti membrana permeabili
Summary
Qui, presentiamo un metodo utilizzando supporti a membrana permeabili per facilitare lo studio della segnalazione paracrina senza contatto utilizzata dalle cellule tumorali per sopprimere la risposta immunitaria. Il sistema è suscettibile di studiare il ruolo dei fattori secreti sul tumore nell’smorzamento dell’attivazione dei macrofaci.
Abstract
La segnalazione paracrina derivata dal tumore è una componente trascurata dell’immunosoppressione locale e può portare a un ambiente permissivo per la continua crescita del cancro e la metastasi. I segnali paracrini possono coinvolgere il contatto cellulare tra diversi tipi di cellule, come PD-L1 espresso sulla superficie dei tumori che interagiscono direttamente con PD-1 sulla superficie delle cellule T, o la secrezione di ligandi da una cellula tumorale per influenzare una cellula immunitaria. Qui descriviamo un metodo di co-cultura per interrogare gli effetti dei ligandi seminati dai tumori sull’attivazione delle cellule immunitarie (macrofago). Questa procedura semplice utilizza supporti permeabili a membrana di policarbonato disponibili in commercio da 0,4 m e piastre standard per la coltura dei tessuti. Nel processo descritto, i macrofagi sono coltivati nella camera superiore e nelle cellule tumorali nella camera inferiore. La presenza della barriera di 0,4 m consente lo studio della segnalazione intercellulare senza la variabile di confusione del contatto fisico, perché i due tipi di cellule condividono lo stesso mezzo e l’esposizione ai ligandi paracrini. Questo approccio può essere combinato con altri, come alterazioni genetiche del macrofago (ad esempio, l’isolamento dai topi genetici knock-out) o tumore (ad esempio, alterazioni mediate da CRISPR) per studiare il ruolo di specifici fattori e recettori secreti. L’approccio si presta anche ad analisi biologiche molecolari standard come la reazione a catena della polimerasi di trascrizione inversa quantitativa (qRT-PCR) o l’analisi delle macchie occidentali, senza la necessità di smistamento del flusso per separare le due popolazioni cellulari. I saggi immunosorbena legati all’enzima (ELISA) possono essere utilizzati allo stesso modo per misurare i ligandi secreti per comprendere meglio l’interazione dinamica della segnalazione cellulare nel contesto del tipo di cella multipla. La durata della co-cultura può anche essere variata per lo studio di eventi regolati temporalmente. Questo metodo di co-cultura è uno strumento robusto che facilita lo studio dei segnali secreti da tumore nel contesto immunitario.
Introduction
Recenti studi si sono concentrati sulla capacità delle cellule tumorali di evitare il rilevamento da parte delle cellule immunitarie, sopprimere l’attivazione immunitaria locale o di produrre un ambiente tolerogenico permissivo-permissivo nel microambiente tumorale. Sono state descritte due ampie classi di interazioni tumorali e cellulari immunitarie che facilitano questi effetti: interazioni mediate dal contatto o ligando secreti da tumore. Uno dei meccanismi più studiati e clinicamente trattabili dell’inibizione immunitaria mediata dal contatto utilizzata dai tumori è l’espressione del PD-L1, che interagisce con pd-1 sulle cellule T per inibire la loro attivazione e funzione1,2. In risposta all’interferone-gamma (IFNz), che è espresso da un certo numero di cellule immunitarie attivate, le cellule tumorali possono aumentare l’espressione della PD-L1 per indurre l’esaurimento delle cellule T attivate PD-1, impedendo così loro di sradicare efficacemente le cellule tumorali3. L’uso di anticorpi per bloccare l’interazione tra PD-L1 e PD-1 è attualmente utilizzato per trattare più tipi di cancro negli esseri umani4. Alla luce di questo successo clinico e di altri, l’identificazione e il targeting di meccanismi immunosoppressivi derivati dal tumore ha ricevuto una crescente attenzione.
Oltre alla soppressione dell’immunità adattiva, i tumori sono noti anche per secernere fattori che sopprimono le risposte pro-infiammatorie delle cellule immunitarie innate. Le secrezioni di tumore o indotte dal tumore, tra cui IL-6, IL-10, VEGF, IL-23, e il fattore stimolante della colonia (CSF-1), hanno dimostrato di inibire le risposte antitumorali di cellule killer naturali (NK), granulociti e cellule dendritiche nel microambiente tumorale5,6,7. Le cellule tumorali possono anche secernere fattori che distorceno il reclutamento e la differenziazione delle cellule derivate da mieloidi nel microambiente tumorale per promuovere la soppressione dell’attivazione delle cellule T8,9.
Un tipo di cellula immunitaria innata che ha un profondo effetto sulla progressione del tumore è il macrofago. Per molti anni, la presenza di macrofagi associati al tumore (TAM) è stata utilizzata come prognostico negativo della sopravvivenza del paziente10. Il concetto che i TAM immunosoppressi smorzinano la clearance dei tumori mediata dalle cellule immunitarie è stato introdotto più di 40 anni fa11. Più recentemente, è stato dimostrato che la risposta pro-infiammatoria dei macrofafi può essere abbassata mentre un fenotipo pro-tumorale può essere indotto nel microambiente tumorale. Questi macrofagi immunosoppressivi possono contribuire a una risposta tolerogenica, spingendo la progressione del tumore e la resistenza alla chemio e all’immunoterapia12. Dato che i macrofagi sono spesso uno dei leucociti più abbondanti con il tumore, il ripristino della loro attività immunitaria specifica del tumore rappresenta un potenziale bersaglio per le terapie anticancer13.
Mentre le interazioni mediate dal contatto tra cellule tumorali e macrofagi possono essere modellate attraverso la cocultura diretta, l’uso di supporti a membrana permeabili può chiarire quali fattori sevetore sono immunomodulatori senza l’influenza potenzialmente confusa del contatto tra cellule tumorali e immuni. Utilizzando metodi in qualche modo simili, altri hanno dimostrato il potenziale di identificare i fattori secreti nelle interazioni microglia/neuronale14 così come le cellule tumorali con cellule mesoteliane15. Abbiamo anche utilizzato con successo questa tecnica di co-coltura per caratterizzare il ruolo di una proteina sepolmorale, Pros1, come soppressore dell’espressione genica pro-infiammatoria dopo la stimolazione dei macrofagi peritoneali con LPS e interferone-gamma16. Qui descriviamo una metodologia semplice che può essere utilizzata per interrogare il modo in cui i fattori secreti sul tumore possono influenzare l’attivazione dei macrofafi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il saggio di co-cultura qui presentato è una modifica dei saggi stabiliti in precedenza che consente lo studio dei fattori secreti dal tumore sull’attivazione delle cellule immunitarie. Mentre il contatto cellulare è noto per indurre cambiamenti nell’attività immunitaria, la capacità dei ligandi seminati dai tumori di modulare l’attivazione immunitaria è meno ben compresa. Descriviamo un metodo che, a differenza della cocoltura diretta, può essere usato per interrogare come i fattori secreti derivati dai tumori inf…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Eric Ubil è stato finanziato, in parte, dalla American Cancer Society Postdoctoral Fellowship (128770-PF-15-216-01-LIB). Il lavoro è stato sostenuto da una sovvenzione del NIH (R01-CA205398) e da un premio della Breast Cancer Research Foundation (BCRF-18-041) all’HSE.
Materials
| B16-F10 | ATCC | ATCC CRL-6475 | |
| cDNA synthesis kit | Promega | A3500 | |
| DMEM/F12 media | ThermoFisher Scientific- Gibco | 11320033 | |
| Fetal Bovine Serum | Millipore | TMS-013-B | |
| J774A.1 | ATCC | ATCC TIB-67 | |
| Lipopolysaccharides from Escherichia coli O111:B4 | Sigma-Aldrich | L5293-2ML | |
| Murine M-CSF | Prospec | CYT-439 | |
| Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) | ThermoFisher Scientific- Gibco | 15140122 | |
| Pros1 ELISA | MyBioSource | MBS2886720 | |
| RAW264.7 | ATCC | ATCC TIB-71 | |
| Recombinant Mouse IFNγ | BioLegend | 575302 | |
| Sensimix SYBR Low-ROX kit | Bioline | QT625-05 | |
| Transwell permeable supports | Fisher Scientific | 07-200-170 | |
| Trypsin-EDTA | ThermoFisher Scientific- Gibco | 25200056 |
References
- Freeman, G. J., et al. Engagement of the PD-1 immunoinhibitory receptor by a novel B7 family member leads to negative regulation of lymphocyte activation. Journal of Experimental Medicine. 192 (7), 1027-1034 (2000).
- Agata, Y., et al. Expression of the PD-1 antigen on the surface of stimulated mouse T and B lymphocytes. International Immunology. 8 (5), 765-772 (1996).
- Dong, H., et al. Tumor-associated B7-H1 promotes T-cell apoptosis: a potential mechanism of immune evasion. Nature Medicine. 8 (8), 793-800 (2002).
- Sznol, M., Chen, L. Antagonist antibodies to PD-1 and B7-H1 (PD-L1) in the treatment of advanced human cancer–response. Clinical Cancer Research. 19 (19), 5542 (2013).
- Kortylewski, M., et al. Regulation of the IL-23 and IL-12 balance by Stat3 signaling in the tumor microenvironment. Cancer Cell. 15 (2), 114-123 (2009).
- Halak, B. K., Maguire, H. C., Lattime, E. C. Tumor-induced interleukin-10 inhibits type 1 immune responses directed at a tumor antigen as well as a non-tumor antigen present at the tumor site. Cancer Research. 59 (4), 911-917 (1999).
- Wang, T., et al. Regulation of the innate and adaptive immune responses by Stat-3 signaling in tumor cells. Nature Medicine. 10 (1), 48-54 (2004).
- Mazzoni, A., et al. Myeloid suppressor lines inhibit T cell responses by an NO-dependent mechanism. The Journal of Immunology. 168 (2), 689-695 (2002).
- Zea, A. H., et al. Arginase-producing myeloid suppressor cells in renal cell carcinoma patients: a mechanism of tumor evasion. Cancer Research. 65 (8), 3044-3048 (2005).
- Steele, R. J., Eremin, O., Brown, M., Hawkins, R. A. A high macrophage content in human breast cancer is not associated with favourable prognostic factors. British Journal of Surgery. 71 (6), 456-458 (1984).
- Evans, R. Regulation of T- and B lymphocyte responses to mitogens by tumor-associated macrophages: the dependency on the stage of tumor growth. Journal of Leukocyte Biology. 35 (6), 549-559 (1984).
- Noy, R., Pollard, J. W. Tumor-associated macrophages: from mechanisms to therapy. Immunity. 41 (1), 49-61 (2014).
- Pollard, J. W. Tumour-educated macrophages promote tumour progression and metastasis. Nature Reviews Cancer. 4 (1), 71-78 (2004).
- Renaud, J., Martinoli, M. G. Development of an Insert Co-culture System of Two Cellular Types in the Absence of Cell-Cell Contact. Journal of Visualized Experiments. (113), e54356 (2016).
- Dasari, S., Pandhiri, T., Haley, J., Lenz, D., Mitra, A. K. A Proximal Culture Method to Study Paracrine Signaling Between Cells. Journal of Visualized Experiments. (138), e58144 (2018).
- Ubil, E., et al. Tumor-secreted Pros1 inhibits macrophage M1 polarization to reduce antitumor immune response. Journal of Clinical Investigation. 128 (6), 2356-2369 (2018).
- Ray, A., Dittel, B. N. Isolation of mouse peritoneal cavity cells. Journal of Visualized Experiments. (35), e1488 (2010).
- Zaks-Zilberman, M., Zaks, T. Z., Vogel, S. N. Induction of proinflammatory and chemokine genes by lipopolysaccharide and paclitaxel (Taxol) in murine and human breast cancer cell lines. Cytokine. 15 (3), 156-165 (2001).
