Lange-termijn gekweekte interferon-γ enzymgebonden immunospot assay wordt gebruikt als maat voor centraal geheugen responsen en correleert met beschermende anti-mycobacteriële vaccinresponsen. Met deze assay worden perifeer bloed mononucléaire cellen gestimuleerd met mycobacteriële antigenen en interleukine-2 voor 14 dagen, waardoor differentiatie en expansie van centrale geheugen T-cellen.
Effector en geheugen T-cellen worden gegenereerd door middel van ontwikkeling programmeren van naïeve cellen na antigeenherkenning. Als de infectie onder controle tot 95% van de T-cellen die tijdens de expansiefase geëlimineerd (bijv. Contractie fase) en geheugen-T-cellen blijven soms een mensenleven. Bij de mens zijn twee functioneel verschillende subsets van T-geheugencellen beschreven op basis van de expressie van lymfeknoop homing receptoren. Centrale geheugen T-cellen brengen CC chemokine receptor 7 en CD45RO en zijn voornamelijk gevestigd in de T-cel gebieden van secundaire lymfoïde organen. Effector memory T-cellen brengen CD45RO, gebrek CCR7 en display-receptoren in verband met lymfocyt homing naar perifere of ontstoken weefsels. Effector-T-cellen niet tot expressie ofwel CCR7 of CD45RO maar bij confrontatie met antigen produceren effector cytokinen, zoals interferon-γ. Interferon-γ afgifte assays worden gebruikt voor de diagnose van boviene en humane tuberculose endetecteren voornamelijk effector en effector memory T celresponsen. Centrale geheugen T cellen door CD4 + T-cellen vaccinatie, anderzijds, kunnen worden gebruikt om vaccinwerkzaamheid voorspellen, zoals aangetoond met simian immunodeficiency virus infectie van niet-menselijke primaten, tuberculose in muizen en malaria bij de mens. Verschillende studies met muizen en mensen als ongepubliceerde gegevens over runderen, hebben aangetoond dat interferon-γ ELISPOT assays meten centrale geheugen T cellen. Met dit assay, perifeer bloed mononucleaire cellen gekweekt afnemende concentratie van antigeen voor 10 tot 14 dagen (langetermijnkweek), waardoor effector respons piek en afnemen; vergemakkelijking centrale geheugen T-cellen te differentiëren en uitbreiding in de cultuur.
Effector en geheugen T-cellen worden gegenereerd door middel van ontwikkeling programmeren van naïeve CD4 + T-cellen na antigeen- herkenning. Differentiatie van naïeve CD4 + T-cellen in cytokine producerende cellen vereist pathogeen herkenning door aangeboren immuuncellen, antigeenpresentatie aan T-cellen, co-stimulatie en transcriptionele veranderingen resulterend in gepolariseerd cytokineproductie. Bijvoorbeeld: antigeenpresenterende cellen interleukine (IL) -12 in reactie op intracellulaire pathogenen, die samen met antigenherkenning, stimuleert differentiatie van T-cellen tot T helper 1 (Th1) cellen 1,2 door signalering via signaal transducer en activator van transcriptie 4 (STAT4) en T-box tot expressie gebracht in T-cellen (T-bet), leidend tot celactivering IL-2 productie, klonale expansie en interferon (IFN) -γ productie 3,4. Als de infectie wordt gecontroleerd tot 95% van de T-cellen die tijdens de expansiefase geëlimineerd (dwz samentrekkingfase) en het geheugen T-cellen blijven, soms voor een mensenleven 5. Sallusto et al. 6 onthulde twee functioneel verschillende subsets van geheugen-T-cellen bij de mens gebaseerd op de expressie van lymfeknoop homing receptoren. Centrale geheugen T-cellen (TCM) uiten CC chemokine receptor (CCR) -7 en CD45RO en zijn voornamelijk gevestigd in de T-cel gebieden van secundaire lymfoïde organen. Tcm hebben effector functie, een lage activering drempel en behouden hoge IL-2 productie en proliferatieve capaciteit beperkt. Effector memory T-cellen (TEM) te uiten CD45RO, gebrek CCR7 en display-receptoren voor homing naar perifere of ontstoken weefsel. Effector cellen niet tot expressie ofwel CCR7 of CD45RO maar snel produceren effector cytokinen zoals IFN-γ, na antigene herkenning.
IFN-γ afgifte assays (IGRA) worden gebruikt voor de diagnose van boviene en humane tuberculose 7. Mycobacterium bovis de belangrijkste agent van rundertuberculose (BTB), terwijl menselijk cases van tuberculose worden vooral veroorzaakt door Mycobacterium tuberculosis. Bij deze proeven volbloed of perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMC) worden gestimuleerd met mycobacteriële antigenen gedurende 16 tot 24 uren en IFN-γ productie in het supernatant wordt gemeten door ELISA of door detectie van cellen die IFN-γ behulp ELISPOT techniek. Door de korte stimulatieperiode (bijv., 16 tot 24 uur) en snelle cytokineproductie, ex vivo assays detecteren hoofdzakelijk effector en Tem reacties. Dit is bevestigd door flow cytometrische analyse van celpopulaties in deze kweken 8-10.
Ex vivo IFN-γ reacties zijn gewoonlijk opgenomen in de immuunrespons panel evaluatie van tuberculose vaccins, waaronder die welke worden gebruikt om reacties van vee evalueren. Het meest effectief rundertuberculose vaccins wekken specifiek IFN-γ responsen, maar niet alle vaccins die IFN-γ responsen induceren protective. Ook niveaus van IFN-γ opgewekt door vaccinatie, gemeten voor infectie, niet noodzakelijkerwijs correleren met bescherming. Zo kunnen verschillende BCG stammen verschillende capaciteiten moeten ex vivo IFN-γ induceren, ondanks gelijkaardige beschermingsniveaus 11. Zo, ex vivo IGRAs zijn waardevol voor tuberculose diagnose en voor de toegang tot het vaccin immunogeniciteit; echter, het gebruik als voorspellers van vaccineffectiviteit beperkt. Tcm op de vaccinatie, anderzijds, kunnen worden gebruikt om vaccinwerkzaamheid voorspellen, zoals aangetoond met simian immunodeficiency virus (SIV) -infectie bij niet-humane primaten 12,13, tuberculose in muizen 14 en malaria bij de mens 15,16.
Na een effectieve immuunrespons resulteert in pathogeen klaring worden TCM onderhouden en bescherming bij een eventueel tweede infectie door hetzelfde middel. Een opmerkelijke uitzondering op dit scenario is M. tuberculose Infectie van mensen waarbij patiënten die curatieve anti-mycobacteriële therapie gevoelig voor herinfectie 17,18. Bovendien, gebeurtenissen betreffende immunologisch geheugen tijdens chronische infecties, waarbij het antigene stimulatie aanhoudt, zijn niet goed begrepen 19. Tijdens chronische infecties, zoals bij humaan immunodeficiëntie virus (HIV) en tuberculose, is een aanzienlijke TCM respons geassocieerd met een gunstig resultaat (bijvoorbeeld latentie tuberculose en subklinische ziekte HIV) 20,21. Verschillende studies met muizen en mensen hebben aangetoond dat langdurige gekweekte IFN-γ ELISPOT assays meten TCM reacties 16,20-22. Met dit assay, PBMC gekweekt afnemende concentratie van antigeen voor 10 tot 14 dagen, waardoor effector respons piek en afnemen; vergemakkelijken Tcm te differentiëren en uit te breiden binnen de cultuur.
Lange-termijn gekweekte IFN-γ ELISPOT assays zijn ook gebruikt in de veterinaireonderzoek, maar het fenotype van reagerende cellen is moeilijk te beoordelen als gevolg van een gebrek aan kritische reagentia, in het bijzonder een antilichaam tegen CCR7. Effectieve rundertuberculose vaccins [bv. met een enkele dosis M. bovis Bacille Calmette Guerin (BCG), BCG gevolgd door virale-vectored Antigeen 85A subunit vaccin, of verzwakt M. bovis ΔRD1] uitlokken lange termijn gekweekte-IFN γ ELISPOT reacties na vaccinatie die correleren met bescherming (dwz lagere mycobacteriële lasten en verminderde TB-geassocieerde pathologie) tegen daaropvolgende challenge met virulent M. bovis 23,24. Ook het aantal antigeenspecifieke IFN-γ-uitscheidende cellen in lange-termijn PBMC kweken zijn hoger bij 12 maanden, maar verminderen bij 24 maanden na BCG-vaccinatie van neonatale kalveren, correleert met de mate van bescherming detecteerbaar bericht M. bovis uitdaging 25. In dit scenario, de gekweekte IFN-γ ELISPOT is eenn belangrijk instrument voor het voorspellen van werkzaamheid van het vaccin, een middel om vaccin kandidaten voor hoge kosten-effectiviteit studies prioriteit. Bovendien kunnen gekweekte ELISPOT technieken worden aangepast voor verschillende gastheren, pathogenen en cytokinen door het veranderen antigenen of antilichamen voor verschillende bewerkingen in verschillende onderzoeksgebieden.
IFN-γ productie op lange termijn gekweekte ELISPOT assays algemeen door TCM bij de mens, maar hoe deze reactie ontstaat in kweek wordt slecht begrepen. Of TCM aanwezig in circulatie en uitbreiding in vitro, of indien de TCM reacties het gevolg zijn van differentiatie van effectorcellen en Tem cellen in TCM tijdens kweken is onbekend. Studies met monsters van mensen hebben gevonden dat CD4 + T-cellen uit ex vivo lange-termijn gekweekte IFN-γ ELISPOT assays ongerelateerde epitoop specificiteiten, wat impliceert dat TCM responsen niet ontwikkelen van effectorcellen 28. Vanzelfsprekend kan de duur van de reactie varieert, maar als pathogeen speling wordt bereikt, uiteindelijk zowel ex vivo en TCM reacties afnemen. Ook reacties van langdurige kweken vroeg en lang na antigene priming gemeten (wanneer de effector respons lager) blijkt te correleren, wat aangeeft dat circulerende TCM populaties vroeg en lang na antioestrogene priming blijft gerelateerde in vivo. Aan de andere kant, de omvang van de ex vivo reactie niet te zijn gerelateerd aan de grootte van het geheugen 29 respons. Deze resultaten suggereren dat de lange-termijn gekweekte IFN-γ ELISPOT reacties ontstaan door in vitro expansie van TCM en een bijbehorende afnemen van effector reacties in het monster, in plaats van de differentiatie van effectorcellen in TCM fenotype.
Bij vee is de relatieve bijdrage van effector en geheugen subsets responsen gedetecteerd door langdurig IFN-γ ELISPOT assays onbekend. Recente studies tonen een correlatie tussen vaccin wekte langdurig gekweekte IFN-γ ELISPOT reacties en daaropvolgende bescherming tegen experimentele infectie met M. bovis 23-24. Vermeld is dat zwakke langdurige IFN-γ ELISPOT reacties op vaccinatie geassocieerd met het ontbreken van bescherming 30. Beiden wonen en te dodened vaccins induceren vergelijkbare ex vivo IFN-γ ELISPOT reacties, maar de vaccinatie met levende BCG lokt sterker lange termijn gekweekte-IFN γ ELISPOT reacties doen dan gedood vaccin preparaten. Interessant, levende vaccins zijn beschermende terwijl gedood formuleringen niet op bescherming tegen uitdaging te bieden met virulent tuberculeuze mycobacteriën 31-32, 33.
Beoordeling van TCM reacties is ook mogelijk door het sorteren van deze cellen uit PBMC. Direct verrijking van TCM uit PBMC vereist echter dure apparaten, hoog getraind personeel en is moeilijk omdat deze cellen niet talrijk in de bloedstroom. Op lange termijn de cultuur van PBMC biedt verrijking van Tcm dan Tem en effector cellen zonder dure apparaten; Omdat deze T-celpopulaties worden geëxpandeerd in vitro kunnen zij minder representatief in vivo geheugenrespons zijn. Het is mogelijk om IFN-γ geheugen responsen (met de langetermijnkweek of TCM sorting strategieën) anders dan de ELISPOT assays voorzien: cytokine ELISA's 34, cytokine bead arrays (CBA), intracellulaire kleuring (ICS) of cytokine eiwitarrays (CPA). Deze methoden; echter algemeen minder gevoelig dan ELISPOT-assays 35.
Een voordeel van ELISPOT is de mogelijkheid om de onmiddellijke opname van het cytokine detecteren kort na de introductie voorkomen verdunning van de supernatant en afbraak door enzymatische splitsing of cytokine opname door andere cellen. ELISPOT assays detecteren enkele cellen produceren cytokines verstrekken van nauwkeurige resultaten, zelfs in lage signaal-ruis scenario's (dwz lage specifieke antwoorden) 35. Ook met ICS detectie van cytokinen voordat zij kunnen leiden tot valse identificatie van cellen die cytokines (bv. Als gevolg van posttranslationele modulatie vóór of tijdens het uitscheidingsproces) 34. Het transport-remmers gebruikt met ICS assays om cytokine secretie te minimaliserenTijdens antigen stimulatie (zogenaamde Golgi stop eiwitten) in duur te beperken cel stimulatie als gevolg van de celtoxiciteit van deze eiwitten uiteindelijk invloed cytokineproductie 35.
Dat gezegd – CBA, CPA en ICS zijn nuttige technieken voor het meten van meerdere cytokinen gelijktijdig en / of voor het bepalen celoppervlak merkerexpressie (dwz met ICS.). Derhalve kunnen deze werkwijzen worden gebruikt in combinatie met IFN-γ ELISPOT assay 36. Hoewel eerdere runderen TB werkzaamheid van het vaccin studies gemeten Tcm reacties via ELISPOT assay, zal de detectie van Tcm reacties van andere technieken waarschijnlijk opleveren vergelijkbare resultaten. Belangrijk is dat de ELISPOT test is goedkoper en eenvoudiger uit te voeren dan CBA, CPA en ICS analysetechnieken 34. Handmatige telling van de SFC is een alternatief voor geautomatiseerde telling en ELISPOT platen kunnen worden bewaard bij kamertemperatuur gedurende langere tijd met een minimaal kwaliteitsverlies, voor of na spot counting 37.
De lange-termijn gekweekte-IFN γ ELISPOT reactie is toegepast op het geheugen reacties door de mens, en runderen te beoordelen bij de evaluatie van tuberculose-vaccin reacties 14-16,31-32,33. Tcm reacties zijn ook verondersteld een belangrijke rol in gastheerreacties spelen verschillende andere infectieuze agentia runderen, zoals:. Mycoplasma mycoides subsp mycoides 42, Anaplasma marginale 38 en runder respiratoir syncytieel virus 39. Potentieel kan langdurig ELISPOT assay worden aangepast voor andere diersoorten, cytokines en infecties. Deze bredere toepassingen zullen vooral bruikbaar zijn voor veterinaire immunologie toepassingen vanwege huidige beperkte beschikbaarheid van specifieke reagentia.
Tcm reacties zijn van cruciaal belang voor de bescherming tegen verschillende infecties, maar het meten van hen vroeg na infectie / immunisatie (voor de ziekte uitkomst voorspellen of de werkzaamheid van het vaccin) may omslachtig. Analyse van de immuunrespons onder ex vivo en korte antigene stimuleringscondities zullen representeren effector reacties, vanwege de overlap van het geheugen en effector reacties, vooral in het begin van immunologische geheugenvorming. In de context van chronische ziekten waarbij het antigeen belasting continu wordt ex vivo responsen effector cel responsen of een combinatie van geheugen en effector cel responsen te beoordelen. De lange-termijn gekweekte IFN-γ ELISPOT assay, beschreven hier, waarschijnlijk maakt het meten van TCM reacties plaats effector T cel of gecombineerde CD4 + T cel responsen. Samengevat langdurig gekweekte IFN-γ ELISPOT assay een waardevolle benadering voor het schatten van T cel responsen geheugen en is met succes toegepast om geheugenrespons van verscheidene soorten te evalueren van verschillende infecties middelen 12-16, 20-25,29 , 31,33,34,38,39.
The authors have nothing to disclose.
Onderzoek werd gesteund door USDA, ARS Cris: 3625-32000-104 en Landbouw en Voeding Research Initiative Competitive Grant niet. 2011-67015-30736 van de USDA Nationaal Instituut voor Voedsel en Landbouw. Wij danken Jessica Pollock, Emma Frimml-Morgan, Shelly Zimmerman, Kristin Bass, Bruce Pesch, Molly Stafne, Allen Jensen, en Tracy Porter voor hun uitstekende technische bijstand en Rebecca Madison, Doug Ewing, Katie Pille, Jay Steffen, David Lubbers , Robin Zeisness en David Panthen voor de uitstekende verzorging en behandeling van dieren.
Sodium citrate (dihydrate) | Various | ||
Citric acid (monohydrate) | Various | ||
Dextrose | Various | ||
ELISPOT PVDF plate | Various | ||
Vectastain ABC – AP KIT Standard | Vector Laboratories | AK-5000 | |
Vector Blue Alkaline Phosphatase Substrate Kit | Vector Laboratories | SK-5300 | |
Ag85A | Lionex | LRP-0004.3 | 23, 24, 25, 37 |
TB 10.4 | Lionex | LRP-0061.6 | 23, 24, 25, 37 |
PPDb | Prionics AG | 7600055 | |
rESAT-6:CFP10 | Kind gift Dr. Minion, Iastate | 23, 24, 25, 27, 37 | |
Mouse anti-bovine IFN-γ Clone CC302 | Serotec | MCA1783B | 23, 24, 25, 27, 37 |
Mouse anti-bovine IFN-γ Biotinylated Clone CC330 | Serotec | MCA2112 | 23, 24, 25, 27, 37 |
Mouse anti-bovine CD4 Clone CC8 | Serotec | MCA1653GA | |
Mouse anti-bovine CD45RO Clone IL116A | Serotec | MCA2434GA | |
Rat anti-human CCR7 Clone 3D12 | Abcam | ab95665 | |
Mouse anti-bovine IFN-γ-Pe Clone CC302 | Serotec | MCA1783PE | |
Goat anti- mouse IgG2a- Alexa Fluor 350 | Invitrogen | A-21130 | |
Goat anti-mouse IgG3 APC-CY7 | SouthernBiotechnology | 1080-193 | |
Goat anti-rat IgG-APC | Invitrogen | A10540 | |
BD Cytofix/Cytoperm™ | BD Biosciences | 554714 | |
BrefeldinA | Sigma-Aldrich | B7651 | |
Pokeweed Mitogen | Sigma-Aldrich | L8777 | |
Recombinat human Interleukin 2 | Sigma-Aldrich | I7908 |