Bu protokol, fare kanseri hücrelerinin, transkripsiyon faktörleri PU.1, IRF8 ve BATF3'ün zorunlu ekspresyonu yoluyla tümör mikroçevresi içinde tip 1 dendritik benzeri hücrelere in vivo olarak yeniden programlanmasını tanımlar.
Yöntem makalesi
* These authors contributed equally
Bu protokol, fare kanseri hücrelerinin, transkripsiyon faktörleri PU.1, IRF8 ve BATF3'ün zorunlu ekspresyonu yoluyla tümör mikroçevresi içinde tip 1 dendritik benzeri hücrelere in vivo olarak yeniden programlanmasını tanımlar.
Kanser immünoterapisinin etkinliği, tip 1 konvansiyonel dendritik hücreler (cDC1'ler) tarafından katı tümörlere karşı sitotoksik T hücresi yanıtlarının toplanmasına ve aktivasyonuna dayanır. Bununla birlikte, kanser immünoterapisi için cDC1'lerin üretilmesi, zayıf hücre verimi, fonksiyonel heterojenlik ve tümör mikroçevresinde (TME) immünosupresyona duyarlılık dahil olmak üzere önemli sınırlamalarla karşı karşıyadır. Yakın zamanda, kanser hücrelerinin immünojenik cDC1 benzeri hücrelere in vivo olarak yeniden programlanmasına dayanan bir immünoterapi modalitesi geliştirdik, bu da kanser hücrelerinin tümör antijenlerini cDC1'ler olarak sunmasını sağladı ve poliklonal sitotoksik T hücresi yanıtları ve dayanıklı sistemik anti-tümör bağışıklığı ortaya çıkardı. Burada, kanser hücrelerinde minimal cDC1'e özgü gen düzenleyici ağı (PU.1, IRF8 ve BATF3 (topluca PIB olarak anılır) aşırı eksprese ederek TME içinde cDC1 benzeri hücreler oluşturmak için izlenebilir bir protokolü açıklıyoruz, ardından transdüksiyonlu ve ebeveyn hücrelerin bir karışımının deri altı implantasyonu. PIB aşırı ekspresyonu, hematopoietik belirteç CD45'in ve tümör hücreleri üzerinde profesyonel antijen sunum kompleksi MHC sınıf II'nin kademeli olarak edinilmesini sağlar ve in vivo cDC1 yeniden programlaması için hücre yüzeyi okumaları olarak hizmet eder. İn vitro yeniden programlama işlemiyle karşılaştırıldığında, YUMM1.7 fare melanom modelinin in vivo olarak yeniden programlanması daha hızlı kinetik ve daha yüksek verimlilik gösterdi. cDC1 benzeri hücreler, ilk 3 gün içinde konakçı bağışıklık hücrelerini işe alarak ve 9. günde üçüncül lenfoid yapının oluşumuna yol açarak TME'nin hızlı bir şekilde yeniden şekillenmesine neden oldu. Yeniden programlanmış cDC1 benzeri hücreler tümörlerde en az 9 gün kaldı, ancak 15. günde tespit edilmedi. Burada açıklanan in vivo cDC1 yeniden programlama protokolü, "bağışıklık-soğuk" tümörleri etkili bir şekilde "bağışıklık-sıcak"a dönüştürmek için izlenebilir ve sağlam bir yöntem sağlar. Genel olarak, cDC1 aracılı anti-tümör bağışıklığının altında yatan mekanizmaları incelemek ve diğer kanser immünoterapi modaliteleri ile sinerjik kombinasyonları ortaya çıkarmak için güçlü bir platform sunar.
İmmün kontrol noktası blokajı (ICB), evlat edinen hücre tedavisi (ACT) ve aşılar dahil olmak üzere kanser immünoterapi modalitelerindeki son gelişmeler, kanser tedavisinin manzarasını değiştirmiştir1. Melanomda, programlanmış hücre ölümü proteini 1 (PD-1) ve sitotoksik T lenfosit ile ilişkili protein 4 (CTLA-4) inhibisyonuna yanıt oranları %60'a kadar ulaşabilir2. Bununla birlikte, melanom hastalarının %40'ından fazlası ICB'ye yanıt verememekte ve meme kanseri, mikrosatellit stabil kolorektal kanser ve glioblastoma gibi daha az immünojenik kanserlerde yanıt oranları %5'in altında kalmaktadırve bu da klinik boşlukları vurgulamaktadır 3,4,5. Geniş klinik başarının önündeki en önemli engel, tümör mikroçevresi (TME) içinde etkili antijen sunumuna bağlı olan sitotoksik T hücresi yanıtlarının zayıf aktivasyonudur6.
Konvansiyonel tip 1 dendritik hücreler (cDC1'ler) nadirdir, ancak tümöre özgü bağışıklığın başlatılması için vazgeçilmezdir ve T hücresi yanıtlarını hazırlamak için üç anahtar sinyal sunar: (1) majör histouyumluluk kompleksleri (MHC) sınıf I ve II üzerinde antijenlerin profesyonel işlenmesi ve sunumu, (2) CD80 ve CD86 yoluyla ko-stimülasyon ve (3) IL-12 7,8 dahil pro-inflamatuar sitokin sinyali. Dendritik hücre (DC) alt kümeleri arasında, cDC1'ler, naif bellek CD8 + T hücrelerini hazırlamak veya yeniden aktive etmek veya CD4 + T hücresi farklılaşmasını tip 1 T yardımcı (TH1) hücrelerine yönlendirmek için tümör hücresi ile ilişkili antijenleri çapraz sunmada mükemmeldir9. Ek olarak, cDC1'ler, tümör dokusuna T hücresi alımına aracılık eden kemokinlerin, CXC motifli kemokin ligandları 9 ve 10'un (CXCL9/10) ana üreticileridir10,11,12,13. Son birkaç yılda, çok sayıda çalışma, tümör reddinin ve ICB veya ACT'ye etkili yanıtların intratümöral cDC1'lerin varlığı ile güçlü bir şekilde ilişkili olduğunu vurgulamıştır12,13. Bu nedenle, cDC1'ler kanser immünoterapisi için çekici bir hedef olarak gelişmiştir ve benzersiz özelliklerinden başarılı bir şekilde yararlanmak, önemli bir translasyon potansiyeline sahip olabilir.
cDC1'leri oluşturmak için mevcut yöntemler, CD34+ progenitörlerinden veya pluripotent kök hücrelerden kan izolasyonuna veya farklılaşmasına dayanmaktadır 14,15,16. Baskın klinik stratejiler, otolog DC alt kümelerinin bir karışımının kandan izole edilmesine ve reinfüzyondan önce olgun, immünojenik bir programı indüklemek için bunları toll benzeri reseptör agonistleri veya proinflamatuar sitokinlerle ex vivo olarak uyarmayadayanır 16. Bununla birlikte, bu stratejiler, zayıf hücre olgunlaşması, TME'deki immünosüpresif bariyerler ve cDC1'lerin sadece küçük bir kısmının mevcut olduğu infüze edilmiş DC karışımındaki alt küme heterojenliği ile sınırlıdır7. Ayrıca, kanser immünoterapisi veya aşılama için sadece cDC1'leri izole etmek, periferik kandaki son derece düşük bollukları (%<0.3)16 nedeniyle zordur. Ek olarak, cDC1'ler, sitokinler ve NOTCH sinyali kullanılarak CD34+ progenitör hücrelerden veya indüklenmiş pluripotent kök hücrelerden üretilebilir. Bununla birlikte, bu yöntemler karmaşık ve uzun protokoller gerektirir ve DC alt kümelerinin düşük sayıları ve heterojen popülasyonlarıverir 17,18,19.
Bu sınırlamaları ele almak için, in vivo yeniden programlama, cDC1s20'nin fenotipik, transkripsiyonel ve fonksiyonel özelliklerine benzeyen cDC1 benzeri hücreler oluşturmak için kanser immünoterapisi için uygun bir strateji sağlar. cDC1'e özgü minimal gen düzenleyici ağının aşırı ekspresyonu yoluyla - PU.1, IRF8 ve BATF3 (topluca PIB olarak anılır) - fibroblastlar, stromal hücreler ve kanser hücreleri, tümör antijeninin işlenmesini ve MHC sınıf I ve II'de sunumunu, CD80 ve CD86 yoluyla ko-stimülatör sinyallemeyi ve CXCL9 / 10 ve IL-1220 dahil olmak üzere sitokin / kemokin sekresyonunu sağlayan cDC1 benzeri hücrelere kademeli olarak yeniden programlanmıştır. 21,22,23. cDC1 yeniden programlaması, insan ksenogreftleri arasında in vivo ve immünosupresyondan bağımsız olarak daha hızlı ve daha verimli bir şekilde ilerledi ve olgun bir immünojenik imzaya sahip cDC1 benzeri hücreler20 üretti. Sinjeneik melanom tümörlerinde, cDC1 benzeri hücrelerin TME'lerini yeniden şekillendirdiğini, üçüncül lenfoid yapının (TLS) oluşumunu indüklediğini ve poliklonal TH1 ve sitotoksik bellek T hücrelerini işe alıp genişleterek uzun süreli sistemik bağışıklığa yol açtığını gözlemledik20. Son olarak, adenoviral vektörlerin20 intratümöral enjeksiyonu ile kanser hücrelerinin cDC1 benzeri hücrelere yerinde yeniden programlanmasına dayanan yeni bir kanser immünoterapi modalitesi geliştirdik. Bu bulgular, cDC1'lerin fonksiyonel özelliklerinden yararlanabilen yeni bir kanser immünoterapi modalitesi olarak cDC1'in yeniden programlanmasının klinik çevirisinin yolunu açmaktadır.
Burada, in vivo cDC1 yeniden programlamaya dayalı olarak TME içinde cDC1 benzeri hücreler oluşturmak için izlenebilir bir protokol sunuyoruz. PIB'nin kanser hücrelerine lentiviral olarak verilmesi ve ardından transdüksiyona uğramış ebeveyn kanser hücreleri ile transdüksiyona uğramış kanser hücrelerinin tanımlanmış bir karışımı olarak implantasyon, TME içindeki kanser hücrelerinin kontrollü bir fraksiyonunun in vivo olarak yeniden programlanmasına izin verir. Ek olarak, bu yöntem viral vektörlerin20 yerinde dağıtım verimliliği ile sınırlı değildir. Örnek olarak sinjeneik melanom modeli YUMM1.7'yi kullanarak verimli lentiviral vektör üretimi, fonksiyonel titrasyon ve in vivo cDC1 yeniden programlama adımlarını özetliyoruz. Tümör ayrışmasından sonra akış sitometrisi ile in vivo yeniden programlanmış cDC1 benzeri hücreleri analiz etmek için deney kurulumunu ve geçit stratejisini detaylandırıyoruz. Ayrıca, tümör bölümlerinin kriyoprezervasyonu, kesiti ve immünofloresan boyaması ve ardından konfokal mikroskopi yaparak TME'deki değişiklikleri değerlendirmek için adımlar sağlıyoruz. Son olarak, tümör büyümesini ve sağkalımını ölçerek cDC1 ile indüklenen bağışıklığın nasıl izleneceğini ele alıyoruz. Bu izlenebilir ve ölçeklenebilir yaklaşım, araştırmacılara in vivo cDC1 yeniden programlama ile kombinatoryal tedavi stratejilerini değerlendirmek, kanser modellerinde TME ve TLS neogenezindeki değişiklikleri karakterize etmek veya antijen sunumu veya sitokin / kemokin sekresyonu gibi çeşitli bağışıklık yollarının ekspresyonunu değiştiren büyük ekranlar gerçekleştirmek ve bunların antitümör bağışıklığı üzerindeki etkilerini çözmek için değerli bir araç sunar.
Hayvan deney prosedürleri, İsveç Tarım Kurulu'ndan onay alındıktan sonra İsveç yönetmeliklerine uygun olarak gerçekleştirilmiştir.
1. Reaktif hazırlama
2. Lentivirus üretimi
3. Fonksiyonel virüs titrasyonu
NOT: Bu adım, transdüksiyonlu (eGFP +) ve transdüksiyonsuz (eGFP-) hücrelerin 1: 1 oranını elde etmek için gereken optimal viral dozu belirlemek için her lentivirüs partisi için tekrarlanmalıdır.
4. İn vivo yeniden programlama için deri altı tümör oluşumu
5. Akış sitometrisi analizi için tümör izolasyonu
6. Konfokal mikroskopi analizi için tümör dondurma ve kesit alma
7. Tümör bölümlerinin immünofloresan boyaması
İzlenebilir in vivo yeniden programlama protokolünün şematik bir genel bakışı Şekil 1'de sunulmuştur. İlk olarak, cDC1 talimatlı yeniden programlama faktörleri PU.1, IRF8, BATF3'ü kodlayan polisistronik lentiviral vektör SFFV-PIB-IRES-eGFP'yi (PIB-eGFP) ürettik, ardından HEK 293T paketleme hücresi hattında dahili bir ribozomal giriş bölgesi (IRES) ve gelişmiş yeşil floresan proteini (eGFP) izledik. Lentivirüs aracılı immünojenisiteyi kontrol etmek için, çoklu klonlama bölgesi (MCS) ve IRES-eGFP içeren, ancak yeniden programlama faktörlerini hariç tutan boş bir SFFV-MCS-eGFP (eGFP) vektörü ürettik. Viral üretimin ardından, lentivirüs içeren süpernatanı hasat ettik ve ultrasantrifüjleme ile konsantre ettik. Transdüksiyondan sonraki 3. günde değerlendirdiğimiz, transdüksiyondan sonraki 3. günde değerlendirdiğimiz, transdüksiyon (eGFP+) ve transdüksiyon yapılmamış (eGFP-) hücrelerin 1:1 oranını elde etmek için gereken miktarı belirlemek için virüsü işlevsel olarak titre ettik. Daha sonra, elde edilen virüs miktarını, seçilen kanser hücre hattını -1. günde dönüştürmek için kullandık. 24 saat sonra hücreleri topladık ve tümörleri oluşturmak için deri altına implante ettik. Bu strateji, transdüksiyonlu hücrelerin TME içinde in vivo olarak cDC1 benzeri hücrelere yeniden programlanmasını sağlamıştır. Aşılama sonrası belirtilen zaman noktalarında, TME'deki değişiklikleri karakterize etmek için in vivo yeniden programlama verimliliğini veya dondurularak saklanmış tümör bölümlerinin immünofloresan boyamasını ölçmek için ayrışmış tümör hücrelerinin akış sitometrisi dahil olmak üzere aşağı akış analizleri için tümörleri eksize ettik ve işledik.
İlk olarak, yüksek lentiviral titrelerin üretimini sağlamak için, transfeksiyondan önce HEK 293T hücrelerini izledik,% 70-80 birleşmeye ulaşmayı hedefledik ve 24 saat sonra, floresan mikroskobu ile eGFP ekspresyonu yoluyla transfeksiyon verimliliğini değerlendirdik (Şekil 2A). Daha sonra, transfeksiyondan 48 saat ve 60 saat sonra virüs içeren ortamı topladık, ultrasantrifüjledik ve -80 ° C'de alikotlarda sakladık (Şekil 2B). Daha sonra, YUMM1.7 melanom hücrelerinde eGFP + / eGFP hücrelerinin 1: 1 oranını elde etmek için gereken optimal viral miktarı belirledik. 6 oyuklu bir plakada oyuk başına 105 YUMM1.7 hücresi ektik, hücreleri artan hacimlerde lentivirüs ile dönüştürdük ve virüs içeren süpernatanı 24 saat sonra taze DMEM / F12 tam ortamı ile değiştirdik (Şekil 2C). 3. günde, eGFP + hücrelerinin kesin yüzdelerini akış sitometrisi ile ölçmeye devam etmeden önce floresan mikroskobu ile eGFP ekspresyonunu değerlendirdik (Şekil 2C). eGFP + 'nın eGFP hücrelerine oranını ölçmek için, ölü hücreleri ve çiftleri dışlamak için canlı, tek hücrelere geçit yaptık (Şekil 2D). Üretilen lentivirüs partisinin optimal hacmi hem PIB-eGFP hem de kontrol eGFP virüsü için 105 YUMM1.7 hücre başına 2 μL olarak belirlendi, bu da sırasıyla P.0 ± %0.3 ve c.0 ± %0.9 eGFP+ hücresi ile sonuçlandı (Şekil 2E).
Daha sonra, in vivo yeniden programlama verimliliğini değerlendirmek için, floresan etiketli (mCherry +) bir kanser hücre hattı (YUMM1.7-mCherry) oluşturduk. Bu, akış sitometrisi analizinde canlı mCherry + hücrelerinde geçit yaparak kanser hücreleri ile stromal veya immün hücreler arasında ayrım yapabilmemizi sağladı (Şekil 3A, B). Daha sonra YUMM1.7-mCherry hücrelerini 2 μL PIB-eGFP ile transdüksiyon yaptık veya 1: 1eGFP + - eGFP oranı elde etmek için 10 5 hücre başına eGFP virüsünü kontrol ettik. CD45.1 farelerde tümör başına 1.6 × 106 hücreyi deri altına implante ettik ve karşılaştırma için in vitro kültüre bir dizi hücre tuttuk. Akış sitometrisi ile yeniden programlama verimliliğini değerlendirdik, eGFP veya mCherry'yi yutmuş konakçı bağışıklık hücrelerini dışlamak için canlı mCherry + eGFP + ve CD45.1- hücrelerini geçit ettik (Şekil 3B). 1. günden 9. güne kadar, kısmen yeniden programlanmış cDC1 benzeri hücreleri (CD45.2 + MHC-II - veya CD45.2- MHC-II +) ve tamamen yeniden programlanmış cDC1 benzeri hücreleri (CD45 + MHC-II +) işaretleyerek CD45.2 ve / veya MHC-II ekspresyonunun kademeli olarak edinildiğini gözlemledik (Şekil 3C). Fare kanseri hücrelerinin in vivo olarak yeniden programlanmasının, in vitro koşullara kıyasla 9. günde daha yüksek yüzdelerde cDC1 benzeri hücrelerle sonuçlandığını doğruladık (9.54 ± %1.54 CD45 + MHC-II + in vivo vs. 4.72 ± %1.1 CD45 + MHC-II + in vitro, P = 0.018). 4. gün gibi erken bir tarihte daha yüksek bir cDC1 benzeri hücre yüzdesi gözlemlediğimiz için yeniden programlama kinetiği de hızlandı (8.7 ± %3.3 CD45+ MHC-II+'ya karşı in vivo vs. 0.3 ± %0.1 CD45 + MHC-II + in vitro, P = 0.05), çevresel ipuçlarının varlığının cDC1 benzeri hücrelere doğru daha hızlı ve daha verimli yeniden programlamayı teşvik ettiğini gösterir19. İn vitro olarak yeniden programlanmış cDC1 benzeri hücreler 15. güne kadar mevcutken, in vivo cDC1 benzeri hücreler 9 gün boyunca devam etti, ancak 15. güne kadar tespit edilmedi, bu da konakçı bağışıklık sistemi tarafından TME'den tükenmeyi düşündürdü.
Son olarak, ilk 9 gün içinde in vivo cDC1 yeniden programlamasının bir sonucu olarak TME'deki erken değişiklikleri karakterize etmeyi amaçladık. Pan-hematopoietik belirteç CD45 ile işaretlenen immün hücrelerin infiltrasyonuna odaklanarak, 3 ve 9 günlük in vivo yeniden programlamadan sonra hem eGFP hem de PIB-eGFP tümörlerinden kriyoprezervasyonlu ve kesitli tümör dokularının immünofloresan boyamasını gerçekleştirdik. Özellikle, cDC1 benzeri hücreler, eGFP tümörlerine kıyasla 3. günde TME'ye kolayca önemli ölçüde daha fazla CD45 hücresi aldı (49.6 ± 17.0'a karşı 8.0 ± 5.8 eGFP, tümör alanı başına CD45 boyamanın ortalama floresan yoğunluğu; Şekil 4A,B). İlginç bir şekilde, 9 günlük in vivo yeniden programlamadan sonra tümörlerin TME'sinde TLS tespit ettik. Bu, cDC1 benzeri hücrelerin TME'yi 3 gün içinde "bağışıklık-soğuk"tan "bağışıklık-sıcak" ortama hızla yeniden şekillendirebileceğini ve bunun daha sonra 9. günde TLS oluşumuna yol açtığını göstermektedir.

Şekil 1: Kanser hücrelerinin in vivo olarak yeniden programlanmasıyla cDC1 benzeri hücreler oluşturmak için protokole genel bakış. Dalak odak oluşturan virüs promotörü (SFFV) ve eGFP'nin kontrolü altında bir polisistronik kasette PU.1, IRF8 ve BATF3 kodlayan lentiviral vektörler SFFV-PIB-IRES-eGFP, dahili bir ribozom giriş bölgesinden sonra (IRES) akış sitometrisi ve floresan mikroskobu ile transdüksiyonlu hücreleri izlemek için HEK 293T paketleme hücre hattında üretilmektedir. Daha sonra, lentiviral vektörler ultrasantrifüjlenir ve kanser hücrelerinin transdüksiyonu için gereken virüs miktarını 1: 1 transdüksiyonlu eGFP + / transdüksiyonsuz eGFP hücreleri oranında belirlemek için fonksiyonel olarak titre edilir. İn vivo yeniden programlama deneyleri için, kanser hücreleri -1. günde en uygun miktarda lentivirüs ile kaplanır. Ertesi gün, transdüksiyonlu GFP + ve transdüksiyonsuz GFP hücrelerinin bu 1: 1 karışımı yıkanır ve farelerde deri altı tümör oluşumu için toplanır. Paralel in vitro kültürler, akış sitometrisi ile 3. günde transdüksiyonu doğrulamak için korunur. Hayvanlar, tümör büyümesi ve sağkalımı için her 2-3 günde bir izlenir. Tümörler tanımlanmış zaman noktalarında toplanır, ayrışır ve akış sitometrisi analizi için yüzey belirteç ekspresyonu için boyanır. Alternatif olarak, tüm dokular sabitlenir, kriyoprezervasyon yapılır ve immünofloresan boyama ve konfokal mikroskopi analizi için bölümlere ayrılır. İn vivo yeniden programlama etkinliği akış sitometri analizi ile değerlendirilirken, tümör mikroçevresindeki değişiklikler konfokal görüntüleme ile karakterize edilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: İn vivo cDC1 yeniden programlama için lentivirüsün üretimi ve fonksiyonel titrasyonu.(A) HEK 293T hücreleri ~% 70-80 birleşmeye ulaştığında, 7.5 μg psPAX2 ve 2.5 μg mPD2.G ve 60 μL 1 mg / mL PEI ile birlikte SFFV-eGFP (PIB-eGFP) veya boş lentiviral vektör kontrolü SFFV-eGFP (eGFP) ile birlikte 10 μg transfer plazmidi içeren bir karışım ile transfekte edilir. Transfeksiyondan 24 saat sonra eGFP ekspresyonunu gösteren HEK 293T hücrelerinin parlak alan ve floresan mikroskopi görüntüleri, başarılı plazmit iletimini gösterir. Ölçek çubukları = 200 μm. (B) Lentivirüsü konsantre etmek için ultrasantrifüj iş akışının şematik gösterimi. HEK 293T hücrelerinin lentivirüs içeren süpernatanı, transfeksiyondan 48 saat ve 60 saat sonra toplanır, 0.45 μm düşük proteinli bağlayıcı PES filtresinden süzülür ve 37 g, bir tezgah üstü terazi kullanılarak Üstü Açık İnce Duvar Polipropilen Tüplerde tartılır. Tüpler bir Sallanan Kova Rotorunda ultrasantrifüjlenir, süpernatan aspire edilir ve pelet 5 dakika boyunca kurutulur. Peletler daha sonra HEPES içeren buz gibi soğuk DMEM'de yeniden süspanse edilir ve -80 ° C'de saklanmadan ve saklanmadan önce gece boyunca inkübe edilir. (C) GFP + / GFP hücrelerinin 1: 1 oranını elde etmek için optimal viral dozu belirlemek için fonksiyonel titrasyonun deneysel stratejisi. Transdüksiyondan 72 saat sonra YUMM1.7 melanom hücrelerinde eGFP ekspresyonunu gösteren parlak alan ve floresan mikroskobu görüntüleri, yeniden programlama faktörlerinin ve eGFP'nin başarılı bir şekilde verildiğini gösterir. Ölçek çubukları = 100 μm. (D) eGFP + hücrelerinin oranını ölçmek için geçit stratejisini gösteren temsili akış sitometrisi grafikleri. Canlı hücreler, canlılık boya negatif popülasyonu (DAPI) ve ardından çift dışlama için kapılandı. (E) 1: 1 GFP + / GFP- hücreleri elde etmek için en uygun hacmi belirlemek için artan viral dozlarla transdüksiyon verimliliğinin akış sitometrisi miktarı. Hem PIB-eGFP hem de eGFP lentivirüs için, 105 hücre başına 2 μL hacim istenen orana ulaştı. Kısaltmalar: cDC1s = tip 1 konvansiyonel dendritik hücreler; DAPI = 4',6-diamidino-2-fenilindol; PIB = PU.1, IRF8 ve BATF3; PEI = polietilenimin. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: İn vivo cDC1 yeniden programlama verimliliğinin değerlendirilmesi. (A) in vivo cDC1 yeniden programlama verimliliğini değerlendirmek için deneysel iş akışının şematik gösterimi. Kanser hücreleri başlangıçta floresan etiketli bir hücre hattı (YUMM1.7-mCherry) oluşturmak için mCherry eksprese eden bir lentivirüs ile transdüksiyon yapılır, ardından -1. günde optimize edilmiş PIB-eGFP lentivirus dozu ile transdüksiyon yapılır. Hücreler daha sonra, CD45.1 farelerinde tümörler oluşturmak ve PIB ile transdüksiyonlu hücrelerin TME içinde cDC1 benzeri hücrelere yeniden programlanmasına izin vermek için 0. günde 1: 1 oranında eGFP + / eGFP- hücreleri ile deri altına enjekte edilir. Tümörler daha sonra belirtilen zaman noktalarında izole edilir, ayrıştırılır ve akış sitometrisi kullanılarak CD45.1, CD45.2 ve MHC-II için boyanır. Bu, CD45.2 ve MHC-II'nin ekspresyonu ile in vivo cDC1 yeniden programlama verimliliğini ölçmek için CD45.1 konakçı bağışıklık hücrelerinin dışlanmasına izin verir. Paralel in vitro kültürler, in vivo yeniden programlamaya kıyasla zaman noktaları boyunca tutulur. (B) 9. gündeki geçit stratejisini gösteren temsili akış sitometrisi grafikleri. Hücreler, başarılı bir şekilde transdüksiyon yapılan kanser hücrelerini tanımlamak için mCherry + ve GFP + üzerinde kapılandı. Konak immün hücreleri, CD45.1+ hücreleri dışarı atılarak dışlandı. (C) YUMM1.7-mCherry hücrelerinin in vivo yeniden programlama verimliliğinin (solda) CD45+ MHC-II+ hücrelerinin (tamamen yeniden programlanmış) ve CD45.2+ HLA-DR- veya CD45.2- HLA-DR+ cDC1 benzeri hücrelerin (kısmen yeniden programlanmış) yüzdesi olarak akış sitometrisi ile ölçülmesi eGFP + mCherry + içinde kapılı Hücre. Belirtilen zaman noktaları boyunca PIB-eGFP ile transdüksiyonlu YUMM1.7-mCherry hücrelerinde CD45.2 ve MHC-II ekspresyonunun kademeli olarak edinilmesini gösteren temsili akış sitometrisi grafikleri (sağda). kontrol olarak eGFP ile transdüksiyonlu YUMM1.7-mCherry hücreleri kullanıldı ve karşılaştırma için in vitro yeniden programlanmış cDC1 benzeri hücreler kullanıldı. (C)'deki veriler, 3-5 biyolojik kopya deneyin ortalama ± SD'sini göstermektedir. (C)'de istatistiksel analiz CD45+ MHC-II+ hücreleri için Mann-Whitney testi kullanılarak yapıldı. *P < 0.05. Kısaltmalar: cDC1s = tip 1 konvansiyonel dendritik hücreler; PIB = PU.1, IRF8 ve BATF3; TME = tümör mikroçevresi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: İn vivo cDC1 yeniden programlamasını takiben tümör mikroçevresindeki immün infiltrasyonun analizi. (A) PIB-eGFP- veya kontrol eGFP ile transdüksiyonlu hücrelerin (transdüksiyonun ebeveyn hücrelerine oranı) 3. ve 9. günlerde deri altı implantasyonundan sonra YUMM1.7 tümörlerinde CD45+ hücrelerini gösteren temsili konfokal görüntüler. Ölçek çubukları = 500 μm. (B) PIB ile tedavi edilen ve 3. ve 9. günlerde eGFP ile transdüke edilen YUMM1.7 tümörlerini kontrol eden CD45 boyaması için MFI'nin miktarının belirlenmesi. (B)'deki veriler, 3-6 biyolojik kopya deneyin ortalama ± SD'sini göstermektedir. (B)'deki istatistiksel analiz Mann-Whitney testi kullanılarak yapıldı. *P < 0.05 ve ***P < 0.001. Kısaltmalar: cDC1s = tip 1 konvansiyonel dendritik hücreler; PIB = PU.1, IRF8 ve BATF3; MFI = ortalama floresan yoğunluğu. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Bu protokolde, katı tümörlerden kanser hücrelerinin in vivo olarak yeniden programlanmasına dayalı olarak cDC1 benzeri hücreler oluşturmak için izlenebilir bir yöntem tarif ediyoruz. Sonuçlarımız, PU.1, IRF8 ve BATF3'ün aşırı ekspresyonunun, TME'de 9. güne kadar bir cDC1 fenotipinin kademeli olarak edinilmesini sağladığını ve ardından cDC1 benzeri hücrelerin tümörlerden tükendiğini göstermektedir. Sonuç olarak, bu, CD45 hücrelerinin 3. güne kadar TME'ye sızmasında bir artışa yol açar ve "bağışık-soğuk" bir TME'nin yeniden şekillenmesinin "bağışıklık-sıcak" hale gelmesine neden olur.
cDC1 oluşturmak için mevcut protokoller arasında periferik kandan otolog DC'lerin zenginleştirilmesi, CD34 + hematopoietik progenitör hücrelerden farklılaşma veya pluripotent kök hücrelerdenfarklılaşma 14,15,16,17,18,19 yer alır. Bununla birlikte, bu yöntemler sınırlayıcı faktörler sunar: yetersiz olgunlaşma, azalmış antijen sunumu ve in vivo sitokin / kemokin üretim kapasitesi, immünosupresyona duyarlılık, yüksek DC heterojenliği ve düşük sayıdaüretilen hücre 7. Burada, fonksiyonel ve mekanik çalışmalar için in vivo olarak cDC1 benzeri hücrelerin ölçeklenebilir üretimine izin veren bir protokol sunuyoruz.
Bu yöntemle, transkripsiyon faktörü kombinasyonu PU.1, IRF8 ve BATF3'ün ekspresyonunun in vivo yeniden programlamayı sürdürmek için yeterli olup olmadığını test ettik. Bu protokol, implante edilen genetik olarak değiştirilmiş hücrelerin dozunun değiştirilmesi tedavi etkinliğini doğrudan etkilediğinden, dağıtım verimliliği üzerinde hassas kontrol sağlar. Daha önce% 0.15 CD45 + ve MHC-II + cDC1 benzeri hücrelere karşılık gelen% 2'lik transdüksiyon hücrelerinin, anti-tümör bağışıklığını ortaya çıkarmak için yeterli olduğunu göstermiştik20. Ayrıca, 3. günde gözlenen hızlı bağışıklık infiltrasyonu, kısmen yeniden programlanmış cDC1 benzeri hücrelerin işlevsel olarak aktif olduğunu düşündürmektedir in vivo, çünkü bu zaman noktasında tamamen yeniden programlanmış cDC1 benzeri hücrelerde önemli bir artış yoktur. Gelecekte, tanımlanmış zaman noktalarında seçilen hücre popülasyonlarında hücre ölümünü indüklemek için bir intihar geni içeren modifiye vektörler kullanarak, anti-tümör etkinliğinde kısmen ve tamamen yeniden programlanmış cDC1 benzeri hücrelerin işlevsel rolünü çözmek ilginç olacaktır24. Bu protokol ayrıca, yeniden programlama verimliliğini artırabilen epigenetik adjuvanlarla kombinasyonu araştırmak için de kullanılabilir25. Son olarak, bu yöntem aynı zamanda in vivo olarak diğer DC alt tiplerini oluşturmak için de uyarlanabilir ve örneğin anti-viral veya tolerojenik yanıtlar gibi farklı tipte bağışıklık tepkileri başlatabilir14. Ek olarak, çeşitli bağışıklık hücresi tipleri oluşturmak için transkripsiyon faktörü kombinasyonları için barkodlu ekranlar gerçekleştirmek için bir platform olarak in vivo yeniden programlamadan yararlanabiliriz. Bu olasılık, spesifik bağışıklık alt kümelerinin çeşitli fonksiyonel özelliklerinden yararlanarak tedavilerin esnekliğini artırabilir.
Önceki çalışmamızda, immünosupresif in vivo ortamın insan kanser hücrelerinin immünojenik cDC1s20'ye yeniden programlanmasını engellemediğini gösterdik. Bu makalede, farelerde yeniden programlamanın in vivo olarak in vitro olarak daha hızlı ve verimli olduğunu gösteriyoruz, bu da in vivo olarak gözlemlenen gelişmiş yeniden programlamanın her iki türde de korunmuş bir fenomen olduğunu gösteriyor. Bununla birlikte, bu yöntemin sınırlamalarından biri, ilk vektör iletimi sırasında in vivo ortamın olmamasıdır; bu nedenle, çevresel ipuçlarının in vivo teslimat verimliliğini etkileyip etkilemediğini ayırt edemez. Bu, farklı kısımlar karşılaştırılarak yerinde belirlenmelidir. İn situ dağıtım için lentiviral vektörlerden daha verimli olduğunu belirlediğimiz adenoviral vektörler20 , doğrusal, dairesel ve kendi kendini çoğaltan RNA'lar veya küçük moleküllü kokteyller gibi viral olmayan kısımlarlakarşılaştırılabilir 2 6,27.
Daha önce, cDC1'in yeniden programlanmasının kanser hücrelerine proinflamatuar sitokin ve lenfosit toplayan kemokin salgılanması ve melanom modellerinde MHC-I ve MHC-II üzerinde profesyonel antijen işleme ve sunumu sağladığını göstermiştik23,28. Bu, sitotoksik efektör T hücrelerinin, NK hücrelerinin ve B hücrelerinin infiltrasyonunu artıran ve düzenleyici ve tükenmiş T hücreleri gibi immünosüpresif popülasyonları azaltan TLS oluşumunu indükleyerek TME'nin "bağışıklık-soğuk"tan "bağışıklık-sıcak" duruma yeniden modellenmesiyle sonuçlanır20. Hastalarda, immünoterapiye pozitif yanıtlar, tümör antijenlerine karşı sürekli T ve B hücresi hazırlamanın tümöre özgü antikor yanıtları oluşturduğu tümörler içinde TLS'nin varlığı ile ilişkilendirilmiştir29,30. Gelecekte, farklı kanser türlerinde indüklenmiş TLS neogenezi, TME yeniden şekillenmesi ve anti-tümör bağışıklığı mekanizmalarını çözmek ve tümöre özgü antikorların üretiminin uyarılıp uyarılmadığını karakterize etmek için bu izlenebilir in vivo cDC1 yeniden programlama protokolünü kullanmayı öngörüyoruz.
Daha önce in vivo cDC1 yeniden programlama ile anti-PD-1 veya anti-CTLA-420 ile ICB arasında sinerji gözlemlemiştik. Bu, cDC1'in yeniden programlanmasıyla oluşturulan "bağışıklık-sıcak" TME'nin, T hücresi reseptörü (TCR)-T hücreleri, kimerik antijen reseptörü (CAR)-T hücreleri veya tümör infiltre eden lenfositler (TIL'ler) dahil olmak üzere ACT gibi diğer immünoterapilerle olası kombinasyonlar için uygun bir ortam sağlayabileceğini düşündürmektedir. Bu yöntemin bir başka avantajı, immünolojik reseptörlerin, sitokinlerin, kemokinlerin veya lenfotoksinlerin dirençli tümör tiplerinde cDC1 benzeri hücrelerde aşırı eksprese edilebildiği veya tükenebildiği büyük tarafsız kombinatoryal veya CRISPR ekranları gerçekleştirme olasılığıdır, böylece cDC1 aracılı bağışıklığın arttırılmasında farklı yolların rolünü ortaya çıkarır. Sonuç olarak, mevcut protokol geniş bir bilimsel topluluk için değerli bir kaynak sağlar, çünkü in vivo cDC1 yeniden programlama, kanser immünoterapisinde mekanik çalışmalar ve terapötik yenilikler için esnek ve güçlü bir platformdur.
C.-F.P., in vivo DC yeniden programlama teknolojilerine dayalı kanser immünoterapileri geliştiren Asgard Therapeutics AB'de öz sermaye payına sahiptir ve yönetim pozisyonlarında görev yapmaktadır. C.-F.P, ABD 11.345.891, JP 7303743 ve CN ZL201880005047.3 patentleri ve Asgard Therapeutics tarafından düzenlenen WO 2018/185709 ve WO 2022/243448 (EA ile birlikte) patent başvurularının mucididir.
Hematopoez ve Bağışıklık Laboratuvarı'nda Hücre Yeniden Programlama üyeleri Mariana Lopes ve Camille Chatelain'e makaleyi düzenledikleri ve düzelttikleri için teşekkür ederiz.
Bu çalışma, İsveç Araştırma Konseyi tarafından finanse edilen Ulusal ATMP Araştırma Okulu bağlamında gerçekleştirilmiştir. Burada tartışılan projeler, Avrupa Birliği'nin Horizon 2020 araştırma ve yenilik programı (866448-TrojanDC ve 101189370), Novo Nordisk Fonden (NNF22C0079466), Avrupa İnovasyon Konseyi (101130218-RESYNC), Cancerfonden (23 2932 Pj), İsveç Araştırma Konseyi (2020-00615), İsveç İnovasyon Ajansı (2024-02178), ALF (44410), FCT (2022.02338.PTDC) ve Plano de Recuperação e Resiliência de Portugal tarafından ortaklaşa finanse edilmiştir. (C644865576-00000005). Knut ve Alice Wallenberg Vakfı, Lund Üniversitesi Tıp Fakültesi ve Skåne Bölgesi cömert mali destekleri için kabul edilmektedir.
Malzeme Kullanılabilirliği:
Yeniden programlama için kullanılan yapılar ve vektörler, şirket ile yapılan bir malzeme transfer anlaşması kapsamında Asgard Therapeutics'ten temin edilebilir. Makaledeki sonuçları değerlendirmek için gereken diğer tüm veriler ana metinde veya ek materyallerde mevcuttur.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 0.45 μ m düşük proteinli bağlayıcı filtre, 150 mL Şişe Üstü Vakum Filtresi | Fisher bilimsel | 15983297 | |
| 2-Merkaptoetanol 50 mM | ThermoFisher Bilimsel | 31350010 | |
| Anti-fare CD45 Monoklonal Antikor (klon: 30-F11), Sıçan IgG2b, κ | ThermoFisher Bilimsel | 14-0451-82 | |
| B6. SJL-PtprcaPepcb/BoyCrl (CD45.1) | Jackson Laboratuvarı | 002014 | |
| BD Micro-Fine U-100 İnsülin Şırıngaları (0,5 mL) | Fisher Bilimsel | 11395751 | |
| C57BL/6J fareler | Jackson Laboratuvarı | 000664 | |
| Kollajenaz D | Sigma Aldrich | 11088882001 | |
| Corning Falcon Hücre Süzgeci 50ml Konik Tüplerle Kullanım İçin | Sigma Aldrich | CLS352340 | |
| Corning kapak camları 24 x 50 mm | Sigma Aldrich | CLS2975245 | |
| DAPI (4',6-diamidino-2-fenilindol, dihidroklorür) | ThermoFisher Bilimsel | D1306 Serisi | |
| DNase I | Sigma Aldrich | 10104159001 | |
| eBioscience Sabitlenebilir Canlılık Boyası eFluor 450 | Davetli | 65-0863-14 | |
| eBioscience IHC Antijen Alma Solüsyonu - Düşük pH (10x) | ThermoFisher Bilimsel | 00-4955-58 | |
| Fetal Sığır Serumu (FBS) | ThermoFisher Bilimsel | A5256701 | |
| Floromount-G Montaj Ortamı | ThermoFisher Bilimsel | 00-4958-02 | |
| GFP Antikoru [Alexa Fluor 594] | Novus Biyolojik Ürünler | NB600-308AF594 Serisi | |
| Gibco DMEM/Besin Karışımı F-12 (DMEM/F-12) | ThermoFisher Bilimsel | 31331028 | |
| Gibco MEM Esansiyel Olmayan Amino Asitler Çözeltisi (100x) | ThermoFisher Bilimsel | 11140035 | |
| Gibco Opti-MEM I | ThermoFisher Bilimsel | 11058021 | |
| Gibco Roswell Park Anıt Enstitüsü (RPMI) 1640 Orta | ThermoFisher Bilimsel | 52400025 | |
| Gibco Sodyum Piruvat (100 mM) | ThermoFisher Bilimsel | 11360070 | |
| Gibco Tripan Mavisi Çözeltisi, %0,4 | ThermoFisher Bilimsel | 15250061 | |
| GlutaMAX Takviyesi | ThermoFisher Bilimsel | 35050061 | |
| Keçi anti-sıçan IgG (H+L) Çapraz Adsorbe Edilmiş İkincil Antikor, Poliklonal, Alexa Fluor 488 | ThermoFisher Bilimsel | A-11006 | |
| HEK 293T hücreleri | ATTC | CRL-11268 | |
| Heksadimmetrin bromür (Polibren) | Sigma Aldrich | H9268 | |
| HyClone Dulbecco'nun yüksek glikozlu Modifiye Kartal Ortamı (DMEM) | Cytiva | SH30243.01 | |
| HyClone Penisilin Streptomisin 100x Solüsyon (Kalem/Strep) | Cytiva | SV30010 | |
| HyClone Fosfat Tamponlu Salin çözeltisi (PBS) | Cytiva | SH30028.02 | |
| Ketaminol veterineri. Enjeksiyon çözeltisi 100 mg/mL | MSD Hayvan Sağlığı İsveç | QN01AX03 | |
| Mikrotom Bıçağı - C35 | PFM Medikal | 207500005 | |
| Fare anti-CD45.2 (104), Yüzey, APC, Monoklonal | Biyolojik Efsane | 109814 | |
| Fare anti-MHCII (M5/114.15.2), Yüzey, PE-Cy7, Monoklonal | Biyolojik Efsane | 107630 | |
| Normal Keçi Serumu | Abcam | AB7481 | |
| Normal Sıçan Serumu (steril) | Abcam | AB7488 | |
| Üstü Açık İnce Duvarlı Polipropilen Borular | Beckman Coulter Yaşam Bilimleri | 326823 | |
| Paraformaldehit, %16 w/v aq. soln., metanol içermez | ThermoFisher Bilimsel | 043368,9 milyon | |
| pFUW-tetO-Batf3, fare Batf3'ü kodlayan bir monosistronik kaset | Addgene | 139837 | |
| pFUW-tetO-Irf8, fare Irf8'i kodlayan bir monosistronik kaset | Addgene | 139838 | |
| pFUW-tetO-Pu.1, fare Pu.1'i kodlayan bir monosistronik kaset | Addgene | 139839 | |
| Plazmit pMD2.G | Addgene | 12259 | |
| Plazmit psPAX2 | Addgene | 12260 | |
| Plazmit SFFV-eGFP (eGFP) | Evde klonlama | - | |
| Plazmit SFFV-mKiraz (mKiraz) | Evde klonlama | - | |
| Plazmid SFFV-PIB-eGFP, fare PU.1, IRF8 ve BATF3 (PIB) | Evde klonlama | - | Yeniden programlama için kullanılan yapılar ve vektörler, şirketle yapılan bir malzeme transfer anlaşması kapsamında Asgard Therapeutics'ten temin edilebilir |
| Polietilenimin (PEI), Doğrusal, MW 25000, Transfeksiyon Sınıfı | Polibilimler | 23966 | |
| ReadyProbes Hidrofobik Bariyer Pap Kalem | ThermoFisher Bilimsel | R3777 Serisi | |
| Sodyum Butirat | Sigma Aldrich | 303410 | |
| Sakaroz | Sigma-Aldrich | S7903 Serisi | |
| SuperFrost Plus Yapışma Mikroskobu Slaytları | Epredia | J1800AMNZ | |
| Tissue-Tek O.C.T. Bileşiği | Sakura Finetek | 4583 | |
| TrypLE Express Enzim (1x) fenol kırmızısı içermez | ThermoFisher Bilimsel | 12604021 | |
| TT Cryomold Intermediate, kare (15 x 15 x 5 mm) | Sakura Finetek | 4566 | |
| Ultra Saf 0,5 M EDTA, pH 8,0 | Davetli | 15575020 | |
| Xysol veterineri. Enjeksiyon çözeltisi 20 mg/mL | VM İlaç | QN05CM92 | |
| YUMM1.7 hücreleri | Antineo |
Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste
İzin iste