Summary

NK細胞の機能を監視するためのサイトメトリーに基づくアッセイを流します

Published: October 30, 2016
doi:

Summary

簡単かつ信頼性のある方法は、異なるNK細胞サブセット内の脱顆粒、サイトカインおよびケモカインの産生などNK細胞機能のセットを分析するために、ここで説明されています。

Abstract

Natural killer (NK) cells are an important part of the human tumor immune surveillance system. NK cells are able to distinguish between healthy and virus-infected or malignantly transformed cells due to a set of germline encoded inhibitory and activating receptors. Upon virus or tumor cell recognition a variety of different NK cell functions are initiated including cytotoxicity against the target cell as well as cytokine and chemokine production leading to the activation of other immune cells. It has been demonstrated that accurate NK cell functions are crucial for the treatment outcome of different virus infections and malignant diseases. Here a simple and reliable method is described to analyze different NK cell functions using a flow cytometry-based assay. NK cell functions can be evaluated not only for the whole NK cell population, but also for different NK cell subsets. This technique enables scientists to easily study NK cell functions in healthy donors or patients in order to reveal their impact on different malignancies and to further discover new therapeutic strategies.

Introduction

先天性免疫系ナチュラルキラー(NK)の一部として、細胞はウイルス感染や悪性形質転換した細胞に対する防御の第一線に寄与する。抑制と活性化受容体のシステムは、T細胞とは対照的に、前の抗原プライミングすることなく、健康で形質転換された細胞を区別できるようにします。標的細胞に遭遇すると、NK細胞は、それらの標的を殺すために免疫シナプスに自分の細胞傷害性顆粒( 例えば、パーフォリン、グランザイム)の内容物を放出します。また、NK細胞が生産し、異なるサイトカインの種類( 例えば、インターフェロンγ:;:TNF-α、IFN-γ、腫瘍壊死因子α)を分泌:標的細胞上に及びケモカイン(MIP-1β 例えば、マクロファージ炎症性タンパク質1βを)相互作用またはサイトカイン刺激1。

このような細胞毒性、ケモカインおよびサイトカイン産生として十分なNK細胞の機能は、多様なDISの運命に重要な影響を持っています容易になります。それらは減少IFN-γ産生およびNK細胞受容体2の活性化の低下した発現からなる診断で不良NK細胞プロフィールを示す場合、白血病患者は、再発率の増加を示します。標的細胞の相互作用の際にサイトカイン産生などNK細胞の数および機能の早期回復は、同種幹細胞移植3を受けている患者において減少再発および生存率の改善率と関連しています。また、C型肝炎ウイルスに感染した患者におけるインターフェロン療法の開始時に、末梢NK細胞の脱顆粒の容量は、非応答者4よりも早い応答における強いです。リンパ腫または多発性骨髄腫を患っている患者における自家幹細胞移植(autoSCT)後15日目のNK細胞数(> 80 /μl)を改善された無増悪および全生存5を予測しています。メラノーマ患者におけるT細胞免疫グロブリンの発現およびムチンドメインcontaininG分子3(TIM-3)、NK細胞上の免疫調節タンパク質は、病期および予後6と相関します。

科学者たちは、過去数十年間を通じてNK細胞の機能を監視しています。事前のプライミングなしの腫瘍細胞に対するNK細胞の細胞毒性の最初の分析は、51 Cr放出アッセイ7を使用して対処しました。より最近では、科学者は、拡張NK細胞8の細胞毒性を評価するために、非放射性の方法を開発しました。サイトカインおよびケモカイン産生は、しばしば、酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)技術9,10を用いて評価されています。過去数十年の間、これらの方法は、フローサイトメトリーに基づくアッセイによって補完されています。従来の表面染色プロトコルとの組み合わせでタンパク質輸送阻害剤( 例えば、ブレフェルジンAおよびモネンシン)と細胞透過法の使用は、異なる特定のリンパにおけるケモカインおよびサイトカイン産生を研究する科学者を有効にしていますocyteサブセット( 例えば 、T、BまたはNK細胞)11。また、別のフローサイトメトリーベースのアッセイは、T及びNK細胞の細胞毒性をモニターするために開発されてきました。 2004年アルターらは 、細胞傷害性顆粒12の脱顆粒のマーカーとして標的細胞の遭遇時にNK細胞のリソソーム関連タンパク質のCD107a(LAMP1)の表面発現を記載しました。異なる蛍光色素及びマルチチャネルフローサイトメーターの広い範囲は、私たちの日に利用可能であるので、同時に異なるNK細胞サブセットに多様なNK細胞機能(細胞毒性、サイトカインおよびケモカイン産生)を監視することが可能となりました。これは、生検または白血球減少症を患っている患者の血液サンプル中、 例えば、サンプルサイズが制限される状況において特に重要となります。

グローバルNK細胞の機能をテストするために、別のフローサイトメトリーに基づくアッセイを効率的に組み合わせることができます。テオレルらは HEAからNK細胞を刺激し腫瘍細胞株K562とlthyドナーと13、フローサイトメトリーを介して、NK細胞の脱顆粒、インサイドアウト信号およびケモカイン産生を分析しました。最近autoSCT中の腫瘍患者におけるNK細胞のサブグループ、表現型および機能はフローサイトメトリーに基づくアッセイを流す用いて分析しました。これは、NK細胞はautoSCT 11後の非常に早い時点での腫瘍細胞の認識の際に、サイトカイン/ケモカインの脱顆粒及び生成することができたことが示されました。

ここでプロトコルが同時に異なるサブセット内のNK細胞の機能を監視することを可能にするフローサイトメトリーに基づくアッセイを使用して脱顆粒の容量、ケモカインおよびサイトカイン産生を含む、腫瘍細胞との相互作用にNK細胞の機能を評価するために記載されています。

Protocol

この研究は、フランクフルト大学の地域倫理委員会の勧告に準じて行きました。 K562細胞の1培養 R10培地で培養K562細胞を37℃および5%CO 2で細胞培養フラスコ中で1ml当たり0.5×10 6細胞の密度で(グルタミン培地、1%ペニシリン/ストレプトマイシン、10%ウシ胎児血清を有するRPMI1640) 2。 収穫K562細胞の新しい実験の開始前に24時間。 インキュベーター…

Representative Results

全NK細胞集団と三つの異なるNK細胞サブセットの脱顆粒、サイトカインおよびケモカイン産生を分析するためのゲーティング戦略は、図1に示されています。 1健康なドナーの代表的な結果を図2に示されている。任意の刺激のないNK細胞はいずれもIFN-γもMIP-1βを生産し、その表面上のCD107a( <str…

Discussion

記載された方法は、健康なドナーまたは患者の全血試料からのNK細胞の機能を研究するための、簡単で迅速かつ信頼性の高い方法です。この方法は、他の多くの精製方法15のために必須である時間のかかる密度勾配遠心分離を避け、直接全血からNK細胞を精製するための大きな利点を提供しています。また、それは、小児及び/又は免疫不全の患者のサンプルのために適切な代替になり?…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Authors were supported by the German Cancer Aid (Max Eder Nachwuchsgruppe, Deutsche Krebshilfe; EU), the LOEWE Center for Cell and Gene Therapy Frankfurt (EU, ST) funded by the Hessian Ministry of Higher Education, Research and the Arts, Germany (III L 4- 518/17.004) and by the “Alfred- und Angelika Gutermuth-Stiftung”, Frankfurt, Germany (EU). BJ was funded by a Mildred Scheel postdoctoral scholarship from the Dr. Mildred Scheel Foundation for Cancer Research. ST was founded by a GO-IN postdoctoral fellowship (PCOFUND-GA-2011-291776). The authors thank Becton Dickinson (BD) for providing the FACSCanto II and Canto10c Flow Cytometry Analyzers used in this study.

Materials

RPMI 1640 + glutamine Invitrogen 6187-044
penicilin/streptomycin Invitrogen 15140-122
BD Falcon Round Bottom Tube BD 352008
fetal calf serum Invitrogen 10270-106 heat inactivated before use
T-flask Greiner Bio-One 690195
K562 tumor cell line DSMZ GmbH ACC 10
ammonium-chloride-potassium (ACK) lysis buffer made in house / components are listed in the text
Distilled water: Ampuwa Spüllösung 1000ml Plastipur Fresenius Kabi 1088813
Megafuge 40R Centrifuge Heraeus /
EDTA blood collector tubes Sarstedt 386453 S-Monovette 7,5 ml, K3 EDTA
UltraPure 0.5M EDTA, pH 8.0 Life Technologies 15575-020
Hematopoietic media (XVIVO) Lonza Group Ltd BE04-743Q
human serum DRK Blutspendedienst, Frankfurt/M  / healthy donors with blood type AB; heat inactivated before use
Neubauer-improved counting chamber, bright line Marienfeld superior/ LO-Laboroptik Ltd. 0640030/ 1110000
trypan blue solution (0,4%) Invitrogen 15250-061
3% acetic acid with methylene blue Stemcell Technologies  07060
Corning 96 Well Clear V-Bottom TC-treated Microplates Corning  3894
Falcon 96 Well Round Bottom Not Treated Microplates Corning  351177
DPBS (Ca2+– and Mg2+-free) Gibco Invitrogen 14190-169
BSA Sigma Aldrich A2153-100G
NaN3 Sigma Aldrich 08591-1ML-F
phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA)  Merck 524400-1MG
ionomycin  PromoKine PK-CA577-1566-5
interleukin 15 (IL-15) PeproTech 200-15
Proleukin S (IL-2)  Novartis Pharma 730523
Golgi Stop, Protein Transport Inhibitor (containing Monensin) BD Biosciences 554724 This product can be used in combination or instead of Golgi Plug. The best combination for the wished experimental setting has to be tested.
Golgi Plug, Protein Transport Inhibitor (containing Brefeldin A) BD Biosciences 555029
paraformaldehyde AppliChem UN2209
saponin Sigma Aldrich 47036
flow cytometer: Canto10C BD Biosciences /
FlowJo TreeStar Inc. /
Graph Pad Graph Pad Inc. /
MACSxpress Separator Miltenyi Biotec  130-098-308
MACSxpress NK isolation kit Miltenyi Biotec  130-098-185
MACSxpress Erythrocyte Depletion Kit, human Miltenyi Biotec  130-098-196
MACSmix Tube Rotator  Miltenyi Biotec  130-090-753
anti-human CD3 APC Biolegend 300412
anti-human CD3 V450 BD Biosciences 560366
anti-human CD14 PerCP Miltenyi Biotec  130-094-969
anti-human CD14 V450 BD Biosciences 560349
anti-human CD16 PE Biolegend 302008
anti-human CD16 PerCP Biolegend 302029
anti-human CD19 PE-Cy7 Biolegend 302216
anti-human CD19 V450 BD Biosciences 560353
anti-human CD45 BV510 BD Biosciences 563204
anti-human CD56 FITC Biolegend 345811
anti-human CD107a PE Biolegend 328608
anti-human IFN-γ AF-647 BD Biosciences 557729
anti-human MIP-1β APC-H7 BD Biosciences 561280
DAPI Biolegend 422801
Zombie Violet Fixable Viability Kit Biolegend 423113 fixable dead cell marker

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Citer Cet Article
Tognarelli, S., Jacobs, B., Staiger, N., Ullrich, E. Flow Cytometry-based Assay for the Monitoring of NK Cell Functions. J. Vis. Exp. (116), e54615, doi:10.3791/54615 (2016).

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