Este protocolo descreve o uso da única cadeia de MHC classe I complexos para investigar interações moleculares na ativação de células T CD8 + humana: geração de engenharia apresentadoras de celulas que expressam cadeia única constrói, cultura de clone humano de células T CD8 + e experimentos de ativação de células T.
Complexos de MHC (pMHC) non-estimulatórios do peptide auto não induzem funções de ativação e efetoras células T, mas podem melhorar respostas de célula T a agonista pMHC, através de um processo denominado co-genealogia. Este protocolo descreve um experimental sistema para investigar co-genealogia durante a ativação de células T CD8 + humana expressando humana MHC classe I moléculas apresentando predeterminados peptídeos como único polipeptídeos (única cadeia MHC) em uma linha xenogénica celular. Manifestámos a única cadeia MHCs sob condições onde os baixos níveis de complexos de p-MHC de cadeia única de agonista e altos níveis de complexos de cadeia simples não-estimulatórios p-MHC foram expressos. Utilização deste sistema experimental nos permitiu comparar CD8 + células T respostas ao agonista pMHC na presença ou ausência de pMHC não-estimulatório. O protocolo descreve o transfection de linha celular com construções de cadeia única MHC, geração de célula estável linhas, cultura de células T CD8 + hepatite B vírus específicos de e ativação de células T dos experimentos de produção simultaneamente quantificação de citocinas e degranulação. Os métodos apresentados podem ser usados para a pesquisa sobre diferentes aspectos da ativação de células T CD8 + em sistemas de células T humanas com especificidade de peptídeo conhecido MHC.
MHC de classe I (MHC-eu) moléculas apresentam peptídeos curtos (8-10 aminoácidos), derivados de proteínas sintetizadas por cada célula. MHC-eu moléculas em células saudáveis apresentam auto peptídeos derivados de proteínas endógenas. Infecção viral leva à apresentação de peptídeos vírus derivados do não-auto na MHC-eu, mas células infectadas mesmo presente não-auto peptídeos na presença de grandes quantidades de peptídeo-MHC auto (pMHC). MHC-é reconhecido pelo receptor de células T (TCR) e o CD8 co do receptor de células T. Afinidade de ligação TCR para pMHC peptídeo é altamente dependente da sequência de peptídeos apresentados, considerando CD8 ligação é independente de peptídeo. Vinculação de TCR para agonista não-auto pMHC complexo leva para funções de ativação e efetoras células T. PMHC auto non-estimulatórios complexos não induzem funções de ativação e efetoras células T, mas podem melhorar respostas de célula T a agonista pMHC, através de um processo denominado co-genealogia1,2,3. Co-genealogia tem sido observado em rato T CD4 + células4,5,6 , bem como no mouse e humana T CD8 + células7,8,9,10, 11 , 12 , 13. sob condições fisiológicas, as células T precisam reconhecer quantidades limitadas de agonista pMHC em células (APCs) co apresentando níveis elevados de pMHC não-estimulatórios complexos, sugerindo que co-genealogia contribui para T ideal apresentadoras respostas de células in vivo. Classe de MHC superfície total de célula os níveis são frequentemente ativador durante infecções virais14 e em tumores15. Esta estratégia de evasão imune diminui a apresentação de agonista pMHC, mas também reduz a quantidade de co agonista pMHC eu disponível para aumento de ativação de células T. Além disso, os níveis de expressão de superfície celular alta do MHC classe I molécula HLA-C têm sido mostrados para correlacionar com melhorado HIV controle16, sugerindo um papel crucial para a classe de MHC total eu expressão na ativação de células T. Apesar da importância fisiológica de co-genealogia, seu mecanismo molecular é compreendido ainda incompleta. Isto é principalmente devido a desafios técnicos experimentalmente, controlando a quantidade de pMHC apresentado agonista co mantendo agonista pMHC constante.
Desenvolvemos um experimental sistema para investigar co-genealogia durante a ativação de células T CD8 + humana expressando humana MHC classe I moléculas apresentando predeterminados peptídeos como único polipeptídeo (única cadeia MHC-I, figura 1A) em uma célula xenogénica linha9,10. PMHC de agonista de cadeia única (sc) manifestou-se sob controle do promotor tetraciclina-inducible na linha hamster-derivado T-REx CHO células expressando repressor de tetraciclina; Isso permite que a baixíssima expressão “vazamento” de sc agonista pMHC na ausência de tetraciclina e expressão de pMHC de agonista alta sc após adição de tetraciclina (figura 1BC). As pilhas de T-REx CHO pMHC-expressando sc agonista foram então supertransfected com não-estimulatórios, agonista co sc pMHC-eu sob controle de um promotor constitutivamente ativo (figura 1BC). Utilização deste sistema experimental nos permitiu comparar CD8 + células T respostas ao agonista pMHC na presença ou ausência de níveis elevados de pMHC não-estimulatório. Criticamente, desde do peptide e MHC-eu cadeia pesada estão covalentemente ligados na scMHC-Formatar, isso permite que as apresentações de mutações em moléculas de MHC apresentando predeterminados peptídeos. Uso de scMHC-eu assim tecnologia permitiu-nos especificamente modulam TCR ou CD8-ligação Propriedades de agonista, ou agonista co pMHC.
Co-Genealogia na ativação de células T CD8 + tem sido observado usando purificada MHC-eu complexos apresentando agonista e agonista co peptídeos sob a forma de heterodímeros11,17 ou apresentado na quântica pontos12,13. Primeiros trabalhos em co-Genealogia na ativação de células T CD8 + no contexto do reconhecimento de pMHC agonista na APC usado linhas de células deficientes em TAP2 como APCs. TAP é necessária para o transporte de peptídeo do citoplasma para o retículo endoplasmático, e TAP-deficiência reduz severamente a piscina de péptidos de-ligação disponíveis MHC classe. Na ausência de peptídeos, o complexo nascente do MHC classe I cadeia pesada e β2– microglobulina é instável, resultando em baixíssimo MHC-eu expressão de superfície de célula. Inicialmente, comparação de células T estimuladas com antígeno carregado na torneira- e – rato deficiente RMA e suficientes RMA-S linhas de célula, respectivamente, como APCs, não revelaram qualquer evidência para co-genealogia durante rato de ativação de célula T18. No entanto, a utilização deste sistema experimental não permitia um controle preciso sobre a quantidade de agonista pMHC apresentado independentemente não-estimulatórios auto pMHC. Além disso, estas linhas de duas células também podem diferir na expressão de outras moléculas que modulam a ativação de células T, tais como ligantes para receptores de célula T co-estimulatória ou inibitórios, ou moléculas de adesão.
Posteriormente, foi desenvolvido um protocolo para células deficientes em TAP2 RMA-S com peptídeos exógenas para permitir a apresentação de uma quantia fixa de agonista pMHC na presença ou ausência de pMHC não-estimulatório de carga. Isto foi conseguido através do seguinte: incubação de deficientes em TAP2 RMA-S células a baixas temperaturas (28 ° C, em vez do habitual 37 ° C) para estabilizar o vazio MHC classe I cadeia pesada/β2 microglobulina complexos19; incubação a 28 ° C, com peptídeo agonista exógeno; incubação a 28 ° C, na presença ou ausência de peptídeos não-estimulatórios exógenos; e incubação a 37 ° C para reduzir a expressão de superfície celular de vazio MHC classe I complexos8,9. Uso desta montagem experimental revelou que a presença de pMHC não-estimulatórios reforçada ativação de timócitos rato, células CD8 + T periféricas de ingênuo e CTLs8. Mecanicamente, a presença de pMHC não-estimulatórios pode induzir CD8 recrutamento para sinapse imunológica celular: APC T mesmo na ausência do agonista pMHC, e pMHC não-estimulatórios pode melhorar a interação de TCR com CD8 co-receptor7,8. No entanto, este sistema experimental não permite testar as contribuições relativas de TCR e CD8 vinculação co-receptor de agonista e agonista co pMHC na mediação o realce de ativação, como modificações, alterando a ligação TCR ou CD8 de MHC-classe que ia afetam todas as moléculas de MHC, independentemente do peptide apresentado. Portanto, usamos o MHC-classe eu única tecnologia de cadeia para superar esse problema.
A classe de MHC de cadeia única (sc) eu formato tiver sido utilizada para melhorar a apresentação antigênica pMHC para estratégias terapêuticas e para responder a perguntas fundamentais sobre os mecanismos de ativação de receptores TCR e NK células e função20,21 . scMHC-consiste de peptídeo, β2– microglobulina e MHC-eu cadeia pesada juntaram-se dois linkers de serina e glicina-rich flexíveis (figura 1A), várias sequências de vinculador diferentes têm sido desenvolvidos e testados22. scMHC-posso dobrar independentemente da torneira complexa e acompanhar as proteínas necessárias para pMHC convencional montagem complexa20. scMHC-foram mostrado para dobrar corretamente, conforme determinado usando anticorpo específico de conformação, coloração22 e resolvendo estrutura sc com cristalografia de raios x23. A scMHC básica-projeto foi modificado para melhorar a ligação de baixa afinidade peptídeos24,25.
Este protocolo descreve o uso de scMHC humana-eu investigar co-genealogia durante CTL humano clone ativação. O protocolo foi otimizado para clone humano CTL específico para um epítopo do vírus da hepatite B (HBV). VHB é um fardo de saúde grave em todo o mundo, pois há 350 milhões pessoas infectadas com VHB e infecção crônica pelo VHB podem levar ao desenvolvimento de carcinoma hepatocelular (HCC). HCC células resultantes de infecção pelo VHB podem geralmente apresentam epitopos HBV-derivado e podem ser reconhecidas por células T humanas específicas. HBV e HCC autorização depende as respostas de células T humanas26, mas pacientes do HCC muitas vezes sofrem de exaustão de células T e redução de células T respostas27. Introdução de HBV específicas TCR em pilhas de T do HBV foi tentada como uma potencial estratégia de imunoterapia para eliminar de infecção crônica pelo VHB28. No entanto, não se sabe se esse método será eficaz em um ambiente clínico, devido aos baixos níveis de superfície MHC-I em hepatócitos humanos29. Portanto, compreender o mecanismo de coagonism pode prever perspectivas alternativas imunoterapia do HBV, possivelmente por melhorar a apresentação de pMHC endógeno para induzir respostas co genealogia-mediada por células de T. O protocolo abrange todas as medidas necessárias para a investigação sobre co-genealogia humana: transfecção de células CHO T-REx com agonista e agonista co sc pMHC, geração de linhas de células T-REx CHO estáveis, cultura da linhagem de células CTL CD8 + T humana HBV-específicos e ativação do CTL experimentos de quantificar a produção de citocinas e degranulação em resposta a células CHO T-REx. Embora focamos usando o sc MHC classe I tecnologia para investigar co-genealogia durante a ativação de célula T HBV, deve-se notar que os métodos apresentados podem ser facilmente adaptados para pesquisa sobre outros aspectos da ativação de células T em sistemas de células T humanas com conhecidos pMHC-eu especificidade.
Este protocolo utiliza um humano CD8 + CTL linha específico para o peptídeo derivado de HBV E183-91 (FLLTRILTI: “E183”)30 apresentado na HLA-A2. moléculas HLA de SC que consiste de uma sequência de sinal da β2-microglobulina humana, um peptídeo de vinculação de HLA-A2 de interesse, um vinculador de glicina/serina, um humano β2-microglobulina, um vinculador de glicina/serina e uma A2 cadeia pesada pode ser comercialmente sintetizados (figura 1A ). Plasmídeos codificação scA2 construções com peptídeo de E183 agonista, ou peptídeos de31 coagonist HIV mordaça (SLYNTVATL) estão disponíveis a partir dos autores mediante pedido. A sequência do peptídeo pode ser alterada usando local-mutagenesis dirigido. Um vetor de tetraciclina-inducible pcDNA5/TO foi usado para expressar a cadeia única de agonista HLA-A2 com E183 peptídeo (sc E183-HLA-A2). Na presença de repressor de tetraciclina, o pcDNA5/a do plasmídeo permite apenas muito baixo, “furado” a expressão da proteína de interesse; alta expressão pode ser induzida pela adição de tetraciclina (figura 1BC). Utilização de um sistema de expressão tetraciclina-inducible permite o controle sobre a quantidade de células superficiais agonista pMHC expressão. Um pcDNA3.1 de plasmídeo de expressão constitutiva foi usado para expressar coagonist scA2 com mordaça peptídeo (sc GAG-HLA-A2). A expressão de tetraciclina-regulado linha de celular (T-REx) CHO (linha de células de hamster, não MHC humano endógeno) foi usada para expressar o agonista e agonista co sc-HLA-A2 construções. Este sistema experimental permite um controle preciso sobre a apresentação de pMHC (Figura 1): nenhuma apresentação de pMHC (untransfected T-REx), uma quantidade elevada de apresentação de pMHC co agonista (constitutiva sc expressão GAG-HLA-A2), uma baixa quantidade de agonista pMHC apresentação (sc E183-HLA-A2 na ausência de tetraciclina), uma quantidade elevada de apresentação de pMHC de agonista (sc E183-HLA-A2 na presença de tetraciclina), uma baixa quantidade de agonista pMHC apresentação e expressão elevada do agonista co pMHC (sc E183-HLA-A2 na ausência de tetraciclina e constitutiva sc expressão GAG-HLA-A2). Utilização deste sistema experimental permite um controle preciso dos montantes de superfície celular de agonista e coagonist pMHC.
O protocolo apresentado fornece uma ferramenta robusta para a investigação de interações moleculares durante a ativação de células T CD8 + humana. Um passo crítico para a investigação de co-genealogia durante a ativação de células T humanas é o controle sobre a expressão superficial de agonista pMHC célula para garantir igual agonista pMHC apresentação sobre as APCs com ou sem expressão de agonista co pMHC. Em nosso sistema experimental, isto é conseguido usando um clone de célula única expressando quantidades baixas de agonista pMHC, seguido de supertransfection com um agonista co pMHC construção e agonista pMHC quantificação usando anticorpo TCR-como10, 32. como expressão de pMHC sc agonista pode mudar ao longo do tempo, é fundamental para quantificar agonista pMHC superfície expressão APCs usados em cada experimento usando TCR-como anticorpos. Se nenhum anticorpo específico de TCR-como está disponível, agonista scMHC-podem ser expressas como fusão de proteína fluorescente, e sua expressão de superfície de célula pode ser quantificada em seguida, usando um método de microscopia sensíveis, tais como a microscopia de fluorescência de reflexão interna total 35 , 36. Além disso, a expressão de superfície celular de agonista co pMHC diminui ao longo do tempo, devido a dependente de metilação e – independente de silenciamento da CMV promotor37e deve ser monitorado usando anticorpo manchando e fluxo cytometry análise, com repetidos FACS-classificação quando necessário. Nós ter cultivado células CHO por até 5 semanas com perda relativamente limitada da expressão de pMHC sc. É altamente recomendável congelando as células CHO logo após seleção/triagem para garantir um estoque confiável de células com expressão de MHC sc conhecido.
As várias etapas dos protocolos apresentados podem ser modificadas, dependendo da disponibilidade de equipamentos, ou dependendo dos objectivos específicos de investigação. Por exemplo, PBMC proliferação potencial pode ser inibido (passo 3.2.1) usando métodos alternativos que não exigem uma gama (ou X) difusora, tais como tratamento com mitomicina C38. Buffers de dissociação uma célula não enzimáticos contendo metal quelantes39 podem ser usado em vez de célula raspagem na etapa 3.3.1. Além disso, as apresentadoras de sistema podem ser modificada para torná-lo mais adequado para clones humanos CTL, expressando diferentes TCRs. CHO células expressa hamster MHC classe I moléculas, e embora estas são irrelevantes para a linha CTL estudou aqui (Figura 2A e Figura 3A, observamos sem respostas de células T para untransfected células CHO), existe a possibilidade de que outros TCRs humanos podem mostrar alguns xenoreactivity. Em que caso, hamster MHC classe I expressão pode ser reduzida ao nocautear hamster β2-microglubulin ou toque usando CRISPR/Cas9; ou uma linha APC humana pode ser usada depois de β2-microglubulin CRISPR/Cas9-mediada ou torneira nocautear.
O sistema experimental apresentado aqui permite um controle preciso do TCR e CD8 interações com moléculas de MHC apresentam peptídeos pré-definidos. Por exemplo, anteriormente mostramos que mutações abolindo CD8 vinculação40 a coagonist pMHC eliminada do realce de ativação mediada por coagonist em murino e humano T CD8 + células9,10, Considerando que revoga a TCR interação com agonista co pMHC não teve efeito sobre ativação mediada por coagonist realce10. No entanto, o uso de construções de cadeia única MHC tem várias limitações. Por exemplo, é tempo e trabalho-consumindo para testar vários peptídeo agonista co sequências usando este sistema experimental, como isso envolve a geração de múltiplos plasmídeos codificação sc MHC com peptídeos diferentes e posteriores transfections e classificação de célula. Anteriormente, usamos a linha de celular deficiente torneira murino RMA-S para testar vários péptidos de agonista co mouse ativação de célula T8,9, mas esta abordagem não foi bem sucedida com a TAP-deficiente humana T2 célula linha10, mais provável devido a uma apresentação de peptídeos de torneira independente41. Outra limitação do nosso sistema experimental é que não fornece um método rápido para alterar a quantidade de moléculas de pMHC co agonista com vista a determinar a quantidade crítica de agonista co pMHC necessário para acionar a ativação de células T. Além disso, o sistema tetraciclina-inducible usado não permite titulação de agonista pMHC quantidade no nível da célula única, alterando a concentração de tetraciclina, como concentração variando de tetraciclina altera a proporção de células positivas de HLA-A2, ao invés de níveis de HLA-A2 per célula base. Uma abordagem alternativa que estamos atualmente investigando é usar com suporte lipídico bilayers42, anteriormente usado para investigar co-genealogia durante murino T CD4 + ativação de célula4 ou grânulos apresenta quantidade fixa de agonista pMHC na presença de quantidades variáveis de agonista co pMHC. Quando usado em conjunto com UV-cleavable peptídeo tecnologia4,43, estes sistemas experimentais alternativos devem permitir testes rápido de múltiplas sequências de peptídeo agonista co, bem como diferentes quantidades de agonista co pMHC .
A tecnologia de MHC sc pode ser também aplicável à investigação de co-genealogia em células T CD4 humanas ou murino como única cadeia MHC moléculas de classe II apresentam predeterminados peptídeos com êxito foram expressas em células de mamíferos superfícies44. Além disso, o uso da tecnologia de sc MHC pode ser estendido para investigação de moléculas de MHC não-clássica como HLA-E. SC HLA-E tem sido descrita antes, e sua expressão foi mostrado para inibir a ativação de células T humanas45. Uma outra molécula de MHC não-clássica de interesse é o CD1, que apresenta lipídios em vez de peptídeos46. Construções de SC consistindo de cadeia pesada CD1 e β2-microglobulina foram mostradas para ser expressa na superfície das células e para vincular lipídico relevantes ligantes47. Cadeia única tecnologia de MHC tem um grande potencial como ferramenta de pesquisa para investigar interações moleculares durante a ativação de células T e NK.
The authors have nothing to disclose.
Esta pesquisa foi apoiada pelo National Medical Research Council do Ministério da saúde a Singapore sob seu CBRG/0064/2014 para N.R.J.G., por criar sob seu R571-002-012-592 ao P.A.M., National Research Foundation Investigatorship R571-000-272-281 para P.A.M . e por um prêmio de investigador de pesquisa translacional (estrela) Singapura (NMRC/STaR/013/2012) de A.B. Nós estamos gratos ao Dr. Paul Hutchinson e Sr. Teo Guo Hui de instalação de núcleo de fluxo de programa NUS imunologia para a classificação de célula especializada. Nós estamos gratos ao Elijah Chen para uma leitura crítica do manuscrito.
Aim-V (serum free media) | Gibco | 12055091 | |
blasticidin | Gibco | R21001 | |
Cytofix/Cytoperm (fixation/permealibisation kit) | BD | 554714 | |
F12 | Gibco | 10565-018 | |
Fetal bovine serum (FBS) | HyClone | SH3007103 | |
geneticin | Gibco | 10131035 | |
GolgiPlug (Brefeldin A) | BD | 555029 | |
Human serum | Sigma-Aldrich | H4522 | |
hygromycin | Gibco | 10687010 | |
Lectin from Phaseolus vulgaris (PHA) | Sigma-Aldrich | L4144 | |
Opti-MEM (low serum media) | Bibco | 31985070 | |
10 X PBS | Vivantis | PB0344 – 1L | |
Penicillin/Streptomycin | HyClone | SV30010 | |
polyethylenimine (PEI) | Sigma-Aldrich | 408727 | |
recombinant human IL2 | R&D Systems | 202-IL | |
recombinant human IL7 | R&D Systems | 207-IL | |
recombinant human IL15 | R&D Systems | 247-ILB | |
tetracycline | Sigma-Aldrich | T7660 | |
T-REx CHO cell line | Thermo Fisher Scientific | R71807 | |
10 x Trypsin/EDTA | Gibco | 15400054 | |
Antibodies | |||
CD3 | BD | 347347 | Clone SK7, RRID:AB_400287 |
CD8α | BD | 563795 | Clone RPA-T8, RRID:AB_2722501 |
CD107a | BD | 566261 | Clone H4A3, RRID:AB_2739639 |
HLA-A2 | eBioscience | 17-9876-41 | Clone BB7.2, RRID:AB_11151522 |
IFN-γ | eBioscience | 12-7319-41 | Clone 4S.B3, RRID:AB_1311250 |