Patojenle ilişkili antijenlerle tam kan stimülasyonu sonrası antijene özgü immün yanıtların multimodal analizi
Temsili bir veri seti oluşturmak için, SARS-CoV-2 aşıları almış HSV-1 ve CMV için sağlıklı bir yetişkin donör seropozitif seçildi. Uyarılmamış bir kontrole ek olarak, yukarıda açıklandığı gibi aşağıdaki uyaranlar kullanılmıştır: Herpes simpleks virüsü 1 (HSV) lizat (üreticinin tavsiyesi, yayınlanmamış veriler), sitomegalovirüs (CMV) pp6522, şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs 2 (SARS-CoV-2) Prot_S 5,23, Aspergillus fumigatus lizat (her yerde bulunan bir çevresel patojen)4,24, CRX-527 (T hücrelerini kendi içinde aktive etmemesi gereken lipopolisakkarit bazlı bir Toll benzeri Reseptör 4 uyarıcısı)25 ve CPI (CMV, parainfluenza virüsü ve influenza virüsü peptitlerinden oluşan CD4+ T hücresi aktivasyonu için pozitif kontrol)26. Akış sitometrik verileri ve geçit stratejisi Şekil 3'te gösterilmektedir. Genel olarak, nadir hücre popülasyonlarını (50.000 - 100.000 lenfosit) hedeflerken mümkün olduğu kadar çok lenfositin ölçülmesi tavsiye edilir, çünkü ölçümlerin kesinliği ve güvenilirliği toplam olay sayısınabağlıdır 27. Uyarılmamış numune, tek tek hücre alt kümelerinin (örneğin, CD3 + CD4 + hücreleri) geçitlenmesi için kullanılır. Bellek T hücresi fenotiplemesi için CD45RO ve CCR7 kapıları, toplam CD3 + CD4 + popülasyonunda ayarlanmalı ve daha sonra aktivasyon belirteci pozitif popülasyonlara aktarılmalıdır, çünkü ikincisi üzerindeki düşük olay sayıları genellikle farklı popülasyonların net bir şekilde tanımlanmasını önler. Bireysel kapılar için, örneğin lenfosit canlılığındaki farklılıkları hesaba katmak için küçük ayarlamalar gerekli olabilir. CD154'ün (veya CD40 ligandının) yukarı regülasyonu, küresel, tutarlı ve hızlı bir şekilde indüklenen bir T-yardımcı hücre aktivasyon belirteciolarak tanımlanmıştır 28,29. IFN-γ, en belirgin ve tip 1'e özgü T hücresi aktivasyon belirteçlerinden biri olarak kabul edilir30,31. Daha da önemlisi, bu test çeşitli ek aktivasyon, tükenme ve sitokin belirteçleri ile test edilmiş ve yayınlanmıştır (bakınız Tablo 4 ve24).
Uyarılmamış örnekteki aktivasyon markörü pozitif popülasyonların frekansları, spesifik olmayan arka planları temsil eder ve antijen ile uyarılan frekanslardan çıkarılmıştır. Spesifik olmayan arka planın çıkarılmasından sonra, temsili donörde sırasıyla% 0.75 (HSV),% 0.09 (CMV),% 0.06 (SARS-CoV-2)% 0.34 (A. fumigatus),% 0.00 (CRX-527) ve% 1.21 (CPI) spesifik CD154 +/CD3 + CD4 + T-yardımcı hücreleri vardı. IFN-γ ekspresyonu benzer şekilde analiz edilebilir ve %0.12 (HSV), %0.07 (CMV), %0.03 (SARS-CoV-2), %0.04 (A. fumigatus), %0 (CRX-527) ve %0.74 (CPI) IFN-γ+/CD3+CD4+ hücreleri.
T hücresi popülasyonları ayrıca naif T hücreleri (TN, CD45RO-CCR7 +), merkezi bellek T hücreleri (TCM, CD45RO + CCR7 +), efektör bellek T hücreleri (TEM, CD45RO + CCR7-) ve efektör T hücreleri (ve CD45RA, TE / TEMRA, CD45RO--CCR7-'yi yeniden eksprese eden efektör bellek T hücreleri) olarak alt gruplara ayrılabilir. Global CD3 + CD4 + T hücreleri arasında, temsili donör, uyarılmamış numune kullanılarak belirlendiği gibi sırasıyla% 38.34T N,% 38.33 TCM,% 20.77 TEM ve% 2.56 TE / TEPRA'ya sahipti (Şekil 3A). Bununla birlikte, antijene özgü reaktif T-yardımcı hücreler (CD154 + IFN-γ +) arasında, TCM ve TEM, sırasıyla% 22.14 ve% 73.97 ile en belirgin alt gruplardı.
Ek lökosit popülasyonlarına ilişkin veriler daha önce bu metodoloji kullanılarak yayınlanmıştır24. Kullanılan antikor kombinasyonları, daha fazla referans için Tablo 4'te sunulmuştur.
Ayrıca, bu metodolojinin tam potansiyelini göstermek için, ikinci bir uyarılmış numune seti üzerinde (brefeldin A ilavesi olmadan) bir IFN-γ ELISA gerçekleştirilmiştir. IFN-γ ELISA kitinin tespit aralığının aşılmasını önlemek için, CPI ile uyarılmış numunelerden alınan plazma 1: 4 oranında önceden seyreltildi. Aşağıdaki IFN-γ konsantrasyonları, deneğin kan hacminin mL'si başına ölçüldü ve normalize edildi, D.D., hem stimülasyon tüplerinde hem de ELISA öncesi seyreltmelerde seyreltme için düzeltildi: 0 pg / mL (uyarılmamış), 69.4 pg / mL (HSV), 471 pg / mL (CMV), 17.8 pg / mL (SARS-CoV-2), 61.9 pg / mL (A. fumigatus), 34.0 pg / mL (CRX-527) ve 1958 pg / mL (CPI).
Son olarak, RNA aynı örneklerden tutarlı sonuçlarla izole edildi. Ortalama verim 719 ng idi ve 260nm / 280nm ortalama absorbans oranı 1.98 idi.
Toplamda, bu veri seti, sunulan protokolün, minimal kan hacmi, yani çoklu uyaranlar ve okuma modaliteleri için toplam 8 mL kullanılarak çok yönlü bir okuma spektrumuna ve çeşitli enfeksiyonla ilişkili antijenlerin eşzamanlı analizine izin verdiğini göstermektedir.
Antijenle uyarılmış tam kan kullanarak aşılama yanıtını izlemek için transkripsiyonel analizler için temsili veri seti
Antijenle uyarılmış tam kan üzerinde gerçekleştirilen transkripsiyonel çalışmalar için bir prensip kanıtı olarak, BNT162b2 (SARS-CoV-2 mRNA aşısı) ile ilk takviye aşılamasından hemen önce ve 1 ay sonra 9 sağlıklı yetişkin denekten kan alındı.32,33 İlk iki dozluk aşı serisinden 7-9 ay sonra. 500 μL uyarılmamış ve Prot_S uyarılmış tam kandan elde edilen ortalama RNA verimi, ortalama 260/280 absorpsiyon oranı 1.99 olan 1.1 μg yüksek saflıkta RNA idi. nCounter analizinin ardından, RNA sayıları panelin 12 temizlik genine (geometrik ortalama) normalize edildi. Daha sonra, her bir denek ve gen için Prot_S ile uyarılan örneklerdeki normalleştirilmiş mRNA sayımlarının uyarılmamış arka plan kontrollerine oranı belirlendi. Aşılama sonrası ve aşılama öncesi ölçümlerin medyan-medyan oranları belirlendi ve Malzeme Tablosunda listelenen yazılım paketi kullanılarak yol zenginleştirme analizi yapıldı. Kanonik yolların zenginleşmesi, 1.25'≥ mutlak z-skor değerinde ve 0.05< Benjamini-Hochberg düzeltilmiş p-değeri ile anlamlı kabul edildi. Önemli ölçüde farklı şekilde zenginleştirilmiş yollar Şekil 4A'da özetlenmiştir ve Şekil 4B'de Prot_S aşılama sonrası ve öncesi yanıtta arka plana göre ayarlanmış basitleştirilmiş bir değişiklikler ağı gösterilmektedir. Ek olarak, antijen sunan hücre olgunlaşması ve güçlendirici aşılamadan sonra Prot_S ile indüklenen T hücresi aktivasyonu ile ilgili temsili genlerin daha güçlü arka plan ayarlı indüksiyonu (p < 0.01-0.03) Şekil 4C'de gösterilmiştir. Son olarak, çoğu donörde aşılamadan sonra arka plana göre ayarlanmış Prot_S spesifik tip 1 T-yardımcı hücrelerinde (CD69 + IFN-γ +) bir artış, ikinci bir stimülasyon tüpü seti kullanılarak akış sitometrisi ile doğrulandı (p = 0.03, Şekil 4D).
Tam ölçekli ve küçük hacimli tam kan bazlı immünoassay protokollerinde virüse duyarlı T hücresi yanıtlarının karşılaştırılması
Daha sonra, sağlıklı gönüllülerde virüse duyarlı CD154+IFN γ+ T-yardımcı hücrelerin (CD3+CD4+ hücreleri) frekansları, tam ölçekli (500 μL, WB) ve küçük hacimli (250 μL, WBS) tam kan antijen stimülasyon protokolleri kullanılarak karşılaştırıldı (Şekil 5). Daha önce bildirildiği gibi34, ikili ko-stimülasyona rağmen her iki protokolde de CD154 + IFN-γ + hücrelerinin minimal spesifik olmayan arka plan frekansları görülmüştür (ortalama, WB ve WBS için sırasıyla% 0.010 ve% 0.011). Dikkat çekici bir şekilde, spesifik olmayan arka plan yanıtları antijene özgü yanıtlardan çıkarılsa da, daha önce tartışıldığı gibi hala artan test belirsizliğine katkıda bulunurlar27. Yüksek arka plan sinyalleri (ör.% > 0.07-0.1% CD154 + Th hücreleri veya >% 0.05 CD154 + IF γ + hücreleri) numune kontaminasyonunu, deneğin akut bir enfeksiyonunu gösterebilir veya uygun olmayan analitik öncesi numune işlemenin sonucu olabilir.
Seropozitif donörlerde (n = 5) ortalama HSV lizat-reaktif T hücresi frekansları, seronegatif donörlerde (n = 4) WB ve WBS sistemlerinde sırasıyla% 0.151 ve% 0.107 iken, seronegatif donörlerde% 0.012 ve% 0.004 idi (n = 4). CMV pp65 peptit havuzu ile seropozitif donörlerde (n = 4), seronegatif donörlerde (n = 5) %0.001 ve %0.004'e kıyasla %0.041 ve %0.049 reaktif T hücreleri vardı. Lin'in uyum korelasyon katsayıları HSV için 0.868 ve CMV için 0.985 idi ve bu da güçlü bir korelasyon olduğunu düşündürmektedir (Şekil 5A). Özellikle, CMV'ye özgü T hücresi testi, yakın zamanda reaktivasyon olayı olmayan sağlıklı seropozitif hastalarda negatif olabilir. Hem total hem de antijen reaktif CD3 + CD4 + T-yardımcı hücre repertuarları, CCR7 ve CD45RO ekspresyonuna dayalı olarak daha da farklılaştırıldı (Şekil 5B). Güven verici bir şekilde, WB ve WBS protokolleri kullanılarak elde edilen sonuçlar hem toplam hem de antijen reaktif popülasyonlar için karşılaştırılabilirdi. Beklendiği gibi, her iki tahlilde de, daha farklılaşmış bellek Th hücrelerinin (yani, efektör bellek hücreleri) oranı, antijen-reaktif T hücreleri arasında toplam Th-hücresi popülasyonundan daha yüksekti. Beklendiği gibi, sadece birkaç saf T hücresi viral uyarıcılar tarafından aktive edildi (Şekil 5B).
Ayrıca, başka bir deney setinde, uyarılmış kültür süpernatanları IFN-γ ELISA ile analiz edildi (Şekil 5C). Minimal spesifik olmayan bir arka plan görüldü (WB ve WBS protokollerinde sırasıyla 1.29 pg/mL ve 2.18 pg/mL ortalamaları). HSV-seropozitif donörlerden alınan kan örnekleri, WB ve WBS sisteminde sırasıyla 111 pg / mL ve 125 pg / mL'lik arka plana göre ayarlanmış HSV kaynaklı IFN-γ konsantrasyonları gösterdi. Buna karşılık, seronegatif örneklerdeki IFN-γ konsantrasyonları her iki sistemde de sürekli olarak 10 pg / mL'nin altındaydı (Lin'in uyum korelasyon katsayısı = 0.972, Şekil 5C). Benzer şekilde, CMV seropozitif donörlerden alınan kanın pp65 ile uyarılması, WB ve WBS sistemlerinde sırasıyla 258 pg / mL ve 272 pg / mL'lik ortalama IFN-γ konsantrasyonları verirken, seronegatif örnekler kullanılarak her iki sistemde de minimal pp65 kaynaklı IFN-γ sekresyonu görülmüştür (Lin'in uyum korelasyon katsayısı = 0.953, Şekil 5C).

Şekil 1: Deneysel prosedürleri ve okumaları özetleyen akış şeması. Yıldız, bazı T hücresi aktivasyon belirteçleri (örneğin, CD154) ve hücre içi sitokin boyaması için Brefeldin A'nın gerekli olduğu anlamına gelir. Protokol adımları 2.5 ve 2.6'ya bakın. #: Akış sitometrisi için kan başlangıçta eritrosit lizizi için 15 mL santrifüj tüplerine aktarılırken, sitokin testleri ve transkriptomik için kan 1.5 mL mikrosantrifüj tüplerine aktarılır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Eritrosit lizisi. Uyarılmış kan (A) eritrosit lizis tamponunda yeniden süspanse edildikten sonra, (B) sıvı berrak görünene kadar inkübe edilir, ancak 6 dakikadan daha uzun sürmez. (C) Dereceli 15 mL'lik bir tüp kullanıldığında, ölçeği giderek yarı saydam olan numune boyunca görünür hale gelmelidir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Temsili veri seti ve akış sitometrik geçit şemaları. (A) Singlet olayları FSC-A ve FSC-H özellikleri ile tanımlanır. Bunlardan lenfositler FSC-A ve SSC-A kullanılarak kapılanır. Lenfositler CD3+CD4+T-yardımcı hücrelere ayrılır. CD45RO ve CCR7 ekspresyon seviyeleri, bellek ve efektör hücre popülasyonlarının fenotiplendirilmesi için kullanılır. Aktivasyon markörü olarak IFN-γ ve CD154 kullanıldı. Gates, uyarılmamış örneklemdeki IFN-γ-CD154- popülasyonuna göre ayarlandı. Gates daha sonra uyarılmış numunelere (B) aktarıldı. Aktive edilmiş T hücrelerinin hafıza popülasyonlarının karakterizasyonu, CCR7 / CD45RO kadran kapısının CD3 + CD4 + popülasyonundan IFN-γ + CD154 + CD3 + CD4 + popülasyonlarına aktarılmasıyla sağlandı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: SARS-CoV-2 takviye aşılamasından sonra antijenin neden olduğu transkripsiyonel değişiklikler. (A) SARS-CoV-2 spike proteini (Prot_S) ile uyarılan tam kandaki transkripsiyonel yolların arka plana göre ayarlanmış zenginleşmesi, (ilk) BNT162b2 mRNA takviye aşılamasından önce ve 9 sağlıklı yetişkin denekte analiz edildi. Benjamini-Hochberg ayarlı (BH-adj.) p değeri <0.05 (-log10 [BH-adj. p] >1.3) ve mutlak z-skoru >1.25) olan bağışıklıkla ilgili kanonik yollar gösterilmiştir. (B) Güçlendirici aşılamadan önce değil, S ile uyarılmış tam kanda daha güçlü bir şekilde zenginleştirilmiş genleri ve yolları özetleyen basitleştirilmiş ağ. (C) Güçlendirici aşılamadan önce ve sonra Prot_S ile uyarılmış tam kanda antijen sunumu ve T hücresi aktivasyonu ile ilişkili temsili genlerin arka plana göre ayarlanmış ekspresyon seviyeleri. Eşleştirilmiş Wilcoxon testi. (D) Güçlendirici aşılamadan önce ve sonra Prot_S spesifik IFN-γ+CD69+ T hücrelerinin arka plan düzeltilmiş frekansları. Eşleştirilmiş Wilcoxon testi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5: Akış sitometrisi ve ELISA'da antiviral T hücresi reaktivitesi. (A) Yerleşik (WB) ve küçük hacimli (WBS) tam kan tahlillerinden arka plan düzeltmeli CD154 + IFN-γ + / CD3 + CD4 + T hücresi frekanslarının (akış sitometrisi) korelasyon grafikleri gösterilmiştir. Yeşil ve kırmızı noktalar, test edilen virüs için sırasıyla seronegatif ve seropozitif olan konuları temsil eder. (B) CD45RO ve CCR7 ekspresyonunun akış sitometrik değerlendirmesi kullanılarak, seropozitif donörlerden alınan kan kullanılarak HSV lizat veya CMV pp65 ile stimülasyondan sonra global CD3 + CD4 + T hücreleri ve antijen reaktif IFN γ + CD154 + CD3 + CD4 + T hücreleri arasında bellek / efektör T hücresi fenotipleri belirlendi (n = 5 ve 4, sırasıyla). Ortalama dağılımlar gösterilir. Yeşil: saf T hücreleri (TN), CD45RO-CCR7 +. Gri: merkezi bellek T hücreleri (TCM), CD45RO+CCR7+. Mavi: efektör bellek T hücreleri (TEM), CD45RO + CCR7-. Turuncu: CD45RA'YI (TE / T E, 45-) yeniden eksprese eden efektör T hücreleri ve efektör bellekT-hücreleri. (C) WB ve WBS tahlilleri kullanılarak ölçülen arka plan düzeltmeli IFN-γ salınımının (ELISA) korelasyon grafikleri. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Tablo 1: Uyarı tüpü içeriği. Uyarıcıların ve çözücülerin stok konsantrasyonları özetlenmiştir. Tam ölçekli tam kan tahlili (WB) 500 μL lityum heparinize tam kan kullanılarak gerçekleştirilirken, küçük ölçekli versiyon (WBS) sadece 250 μL kan gerektirir. WBS için, tüm reaktif hacimleri WB hacimlerinin yarısıdır. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Tablo 2: Temsili veri kümelerini oluşturmak için örneklenen sağlıklı yetişkin deneklerin demografik verileri. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Tablo 3: T hücresi analizi için temsili akış sitometrik paneli. Bu akış sitometrik paneli, temsili veri kümesini oluşturmak için kullanılmıştır. Sonuçlar Şekil 3'te ayrıntılı olarak gösterilmiştir. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Tablo 4: Daha önce yayınlanmış akış sitometrik panelleri. Bu antikor kombinasyonlarını kullanan veriler daha önce Tappe ve ark.24 tarafından yayınlanmıştır. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.