葡聚糖增强小鼠和人原发性 NK 细胞的慢转导效率
Summary
这项研究的目的是制定技术, 允许成功的基因转导在原自然杀手 (NK) 细胞。葡聚糖介导的人或小鼠原代 NK 细胞的慢转导可导致较高的基因表达效率。这种基因转导方法将极大地改善 NK 细胞的遗传操作。
Abstract
将特定基因的有效转导转化为自然杀伤细胞是一个主要的挑战。成功的 transductions 是关键的定义的作用基因的兴趣在发展, 分化和功能的 NK 细胞。最近的进展与嵌合抗原受体 (汽车) 的癌症免疫治疗强调需要一个有效的方法提供外源基因的效应淋巴细胞。慢介导的基因 transductions 对原人或小鼠 NK 细胞的效率仍然很低, 这是一个主要的限制因素。最近的进展, 使用阳离子聚合物, 如凝聚, 显示了改善基因转导效率的 T 细胞。然而, 这些产品未能改善 NK 细胞的转导效率。这项研究表明, 葡聚糖是一种支链多糖, 能显著提高人和小鼠原代 NK 细胞的转导效率。这种高度可再生的转导方法为换人类原发性 nk 细胞提供了一个有效的工具, 它可以极大地改善临床基因的传递应用, 从而使 nk 干细胞免疫治疗.
Introduction
自然杀手 (NK) 细胞是先天免疫系统的主要淋巴细胞种群1。NK 细胞作为宿主免疫应答的一线防御者, 抗肿瘤和感染2,3,4。NK 细胞通过分泌强有力的细胞因子和趋化因子5在耐受性发展中起着重要作用。由于其靶向和消除肿瘤细胞的强大能力, 目前正在进行多项临床试验, 以评估供者派生的人类 NK 细胞作为癌症的过继免疫治疗6,7。与 T 细胞相比, NK 细胞的发育生物学尚未良好8。这种缺乏知识的部分原因是缺少有效的技术来提供老鼠或人类原发性 NK 细胞感兴趣的基因。由于这些原因, 大多数 NK 细胞的研究都是在细胞系中进行的, 而不是在原代细胞中进行。因此, 需要一个可靠和有效的协议, 传感器原代 NK 细胞与感兴趣的基因是至关重要的。
这项研究的总目标是制定一个一致的和可靠的方法, 其中主要人或小鼠 NK 细胞可以转与 lenti 或病毒。
早先的研究试图解决这个问题, 主要是利用了原代 NK 细胞的瞬时转化。这包括质粒转染9,10, eb 病毒-巴尔毒 (eb)/逆转录酶杂交载体11, 痘苗向量12,13, 和 Ad5/F35 嵌合体腺病毒载体14。尽管这些技术的效率很高, 但转导的瞬态性使得它们不适合长期利用转基因 NK 细胞。最近的一些研究已经使用逆转录病毒载体传感器 NK 细胞, 需要多个感染周期来达到一个可接受的基因表达水平11,15。与逆转录病毒载体不同, 慢载体可以利用宿主细胞核进口机械转移病毒 pre-integration 复合体进入细胞核。这是在 non-dividing 细胞 (包括原代 NK 细胞) 中复制病毒的一个主要限制因素。
不同的细胞表面受体和病毒粒子之间的相互作用允许病毒对细胞的吸收。病毒包膜蛋白及其同源宿主受体之间的初始接触可能会受到限制, 因为这两者之间存在潜在的负电荷。许多转导技术的基本原理是, 添加阳离子聚合物, 如凝聚 (Pb), 硫酸精蛋白 (PS), 或葡聚糖, 可以给细胞表面受体积极的电荷, 从而增强病毒包络的结合蛋白质.这将提高融合效率和吸收的病毒粒子的细胞16。虽然据报道, Pb 或 PS 可以改善 T 细胞的基因转移17, 他们的应用没有任何影响的转导效率的原代 NK 细胞。此外, 还没有对这些试剂使用原代 NK 细胞进行比较分析。本研究对三阳离子聚合物的转导效率进行了比较。结果表明, 在这三阳离子聚合物中, 只有葡聚糖能显著提高小鼠和人原代 NK 细胞的有效病毒转导。
Protocol
Representative Results
Discussion
本研究表明, 用葡聚糖作为阳离子聚合物剂, 可提高小鼠和人原代 NK 细胞的慢转导效率。此外, 其他阳离子剂, 如 Pb 或 PS, 对病毒载体向人类原发性 NK 细胞的传递无明显影响。在此之前, 人们已经证明, Pb 可以增强人类 T 细胞的基因转导17。然而, 这些结果表明, 无论是 Pb 还是 PS 在人类原代 NK 细胞上都没有类似的效率。在本研究中, Pb 对小鼠 NK 细胞的转导效果仅有轻度改善。结果?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我们感谢露西亚 Sammarco 和她的露露的柠檬水站的灵感, 动力, 和支持。这项工作得到了部分由 NIH R01 AI102893 和 R01 CA179363 (克里希纳) 的支持;NHLBI-HL087951 (纳丹);NIH-CA151893-K08 (M.J.R.);1R01CA164225 (L. W);亚历克斯柠檬水站立基础 (克里希纳);委员会基金的 HRHM 计划 (克里希纳;纳丹;硕士 T);尼古拉斯家族基金会 (克里希纳);Gardetto 家族 (克里希纳);现代学者计划 (M.S.T.);现代希望在轮子 (纳丹);委员会基金 (M.S.T. 和克里希纳);儿童研究所, MCW (纳丹);凯西菲 Fogerty 奖 (M.J.R.)。
Materials
| Dextran | Sigma-Aldrich | 90-64-91-9 | |
| polybrene (Pb) | Sigma-Aldrich | TR-1003 | |
| protamine sulfate (PS) | Sigma-Aldrich | p3369 | |
| Trypsin | Corning | 25-052-CI | |
| RPMI1640 | Corning | 10-040-CV | |
| Fetal Bovine Serum | ATALANTA | S11150 | |
| Penicillin | Corning | 30-001-CI | |
| B-mercaptoethanol | SIGMA | M3148 | |
| sodium pyruvate | Corning | MT25000CI | |
| Interferon gamma (IFN-γ ) | eBioscience | 14-7311-85 | |
| Propidium lodding staining solution | BD | 51-66211E | |
| Lipofectamine 3000 | Thermo Fisher | L3000015 | |
| Isoflurane | PHOENIX | NDC 57319-559-05 | |
| NK cell negative selection kit | Stem Cell | 19855 | |
| Yac-1 | ATCC | TIB-160 | |
| K562 | ATCC | CCL-243 | |
| Mice | Jakson | 664 | |
| 293T cells | ATCC | CRL-3216 | |
| T75 flasks | Cornnig | 430641U | |
| antibody-based negative selection kits | Stem Cell | 19055 | |
| 51Chromium (Cr)-release assays | perkin elmer's | NEZ030 | |
| ELISA kits | Ebioscience | 00-4201-56 | |
| Sodium Butyrate | Sigma | 5887-5G | |
| Linear polyethylenimine | polysciences | 23966-2 | |
| Ficoll | GE Life Science | 17-1440-03 | |
| HBSS | Corning | 21-022-CV |
Riferimenti
- Vivier, E., Tomasello, E., Baratin, M., Walzer, T., Ugolini, S. Functions of natural killer cells. Nat. Immunol. 9, 503-510 (2008).
- Zitvogel, L., Tesniere, A., Kroemer, G. Cancer despite immunosurveillance: immunoselection and immunosubversion. Nat. Rev. Immunol. 6, 715-727 (2006).
- Arina, A., et al. Cellular liaisons of natural killer lymphocytes in immunology and immunotherapy of cancer. Expert. Opin. Biol. Ther. 7, 599-615 (2007).
- Manilay, J. O., Sykes, M. Natural killer cells and their role in graft rejection. Curr. Opin. Immunol. 10, 532-538 (1998).
- Raulet, D. H., Vance, R. E. Self-tolerance of natural killer cells. Nat. Rev. Immunol. 6, 520-531 (2006).
- Chouaib, S., et al. Improving the outcome of leukemia by natural killer cell-based immunotherapeutic strategies. Front Immunol. 5, 95 (2014).
- Dulphy, N., et al. Underground Adaptation to a Hostile Environment: Acute Myeloid Leukemia vs. Natural Killer Cells. Front Immunol. 7, 94 (2016).
- Tran, J., Kung, S. K. Lentiviral vectors mediate stable and efficient gene delivery into primary murine natural killer cells. Mol. Ther. 15, 1331-1339 (2007).
- Maasho, K., Marusina, A., Reynolds, N. M., Coligan, J. E., Borrego, F. Efficient gene transfer into the human natural killer cell line, NKL, using the Amaxa nucleofection system. J. Immunol. Methods. 284, 133-140 (2004).
- Trompeter, H. I., Weinhold, S., Thiel, C., Wernet, P., Uhrberg, M. Rapid and highly efficient gene transfer into natural killer cells by nucleofection. J. Immunol. Methods. 274, 245-256 (2003).
- Becknell, B., et al. Efficient infection of human natural killer cells with an EBV/retroviral hybrid vector. J. Immunol. Methods. 296, 115-123 (2005).
- Jiang, K., et al. Syk regulation of phosphoinositide 3-kinase-dependent NK cell function. J. Immunol. 168, 3155-3164 (2002).
- Burshtyn, D. N., et al. Conserved residues amino-terminal of cytoplasmic tyrosines contribute to the SHP-1-mediated inhibitory function of killer cell Ig-like receptors. J. Immunol. 162, 897-902 (1999).
- Schroers, R., et al. Gene transfer into human T lymphocytes and natural killer cells by Ad5/F35 chimeric adenoviral vectors. Exp. Hematol. 32, 536-546 (2004).
- Imai, C., Iwamoto, S., Campana, D. Genetic modification of primary natural killer cells overcomes inhibitory signals and induces specific killing of leukemic cells. Blood. 106, 376-383 (2005).
- Denning, W., et al. Optimization of the transductional efficiency of lentiviral vectors: effect of sera and polycations. Mol. Biotechnol. 53, 308-314 (2013).
- Lamers, C. H., Willemsen, R. A., Luider, B. A., Debets, R., Bolhuis, R. L. Protocol for gene transduction and expansion of human T lymphocytes for clinical immunogene therapy of cancer. Cancer Gene Ther. 9, 613-623 (2002).
- Campeau, E., et al. A versatile viral system for expression and depletion of proteins in mammalian cells. PLoS. ONE. 4, e6529 (2009).
- Segura, M. M., Garnier, A., Durocher, Y., Ansorge, S., Kamen, A. New protocol for lentiviral vector mass production. Methods Mol. Biol. 614, 39-52 (2010).
- Rajasekaran, K., et al. Signaling by Fyn-ADAP via the Carma1-Bcl-10-MAP3K7 signalosome exclusively regulates inflammatory cytokine production in NK cells. Nat. Immunol. 14, 1127-1136 (2013).
- Regunathan, J., Chen, Y., Wang, D., Malarkannan, S. NKG2D receptor-mediated NK cell function is regulated by inhibitory Ly49 receptors. Blood. 105, 233-240 (2005).
- Awasthi, A., et al. Rap1b facilitates NK cell functions via IQGAP1-mediated signalosomes. J. Exp. Med. 207, 1923-1938 (2010).
- Rajasekaran, K., et al. Transforming Growth Factor-{beta}-activated Kinase 1 Regulates Natural Killer Cell-mediated Cytotoxicity and Cytokine Production. J Biol. Chem. 286, 31213-31224 (2011).
- Wolkowicz, R., Nolan, G. P., Curran, M. A. Lentiviral vectors for the delivery of DNA into mammalian cells. Methods Mol. Biol. 246, 391-411 (2004).
- Sutlu, T., et al. Inhibition of intracellular antiviral defense mechanisms augments lentiviral transduction of human natural killer cells: implications for gene therapy. Hum. Gene Ther. 23, 1090-1100 (2012).
- Cornetta, K., Anderson, W. F. Protamine sulfate as an effective alternative to polybrene in retroviral-mediated gene-transfer: implications for human gene therapy. J. Virol. Methods. 23, 187-194 (1989).
- Toyoshima, K., Vogt, P. K. Enhancement and inhibition of avian sarcoma viruses by polycations and polyanions. Virology. 38, 414-426 (1969).
- Jensen, M., et al. The bi-specific CD3 x NCAM antibody: a model to preactivate T cells prior to tumour cell lysis. Clin. Exp. Immunol. 134, 253-263 (2003).
