Burada, tipik olarak tip 1 alerjik reaksiyonlarda gözlenen efektör hücrelerin degranülasyonunu simüle etmek için insan IgE reseptörü ile transfected bir sıçan bazofilik lösemi hücre hattı kullanarak mediatör salınım testini sunuyoruz. Bu yöntem, alerjenlerin biyolojik aktivitesini son derece hassas, tekrarlanabilir ve uyarlanabilir bir şekilde araştırır.
Mediator salınım tahlilleri in vitro immünoglobulin E (IgE)- aracılı degranülasyonu ve mast hücreleri ve bazofiller gibi efektör hücreler tarafından, putatif alerjenlerin seri seyreltmeleri ile uyarılma üzerine sektirme analiz eder. Bu nedenle, bu tahliller, duyarlı hastalarda veya cilt iğnesi testlerinde alerjen maruziyeti üzerine ortaya çıkan in vivo degranülasyon sürecini taklit eden önemli bir aracı temsil eder. Ek olarak, bu tahliller genellikle proteinlerin alerjenik potansiyelini ve hastaların sera reaktivitesinin reaktivitesini araştırmak için kullanılır. Burada, insan yüksek benzeşimi IgE plazma-membran reseptörü (FcφRI) ile transfected ve insanlaştırılmış ölümsüzleştirilmiş bir sıçan bazofil lösemi hücre hattı kullanarak basit bir 2 günlük protokolü açıklıyoruz. Mediator salınım testinin bu varyantı, antijeni katı matrislere hareketsiz hale getirmek için gerek kalmadan sağlam, hassas ve tekrarlanabilir bir in vitro hücre tabanlı sistemdir. Protokol aşağıdaki adımlardan oluşur: (1) insan serasının inaktivasyonunu tamamlamak, (2) hücrelerin toplanması, tohumlanması ve pasif duyarlılığı, (3) arabulucu salınımına neden olmak için antijen ile uyarılması ve (4) histamin gibi serbest bırakılan enflamatuar mediatörler için taşıyıcı olarak β-heksazanidaz aktivitesinin ölçülmesi. Test, hücre degranülasyonunu tetiklemek için alerjen-IgE çapraz bağlama kapasitesini değerlendirmek için yararlı bir aracı temsil eder ve alerjen özlerini standartlaştırmak için uygulanabilir, hastaların reaktivitesini küçük veya majör alerjenlerle ve alerjenik özlerle (polen, kedi dander, vb.) karşılaştırmak, alerjen homologlarının, izoformların ve kat-varyantlarının (örneğin hipoalerjeniklik) gücünü ve ligandların alerjenik aktivite üzerindeki etkilerini araştırmak. Daha yeni bir uygulama, alerjen immünoterapisi boyunca tedavi etkinliğini izlemek için test kullanımını içerir.
İlgili bir antijene özgü Immunoglobulin E (IgE) üretimi ile karakterize tip I aşırı duyarlılık reaksiyonları, dünya nüfusunun yaklaşık üçte birini etkiler. Bu reaksiyonlar astım ve rinokonjonktivit gibi çeşitli alerjik belirtilerle ilişkilidir ve hatta sistemik yaşamı tehdit eden reaksiyonlara yol açabilir1. In vivo testlerin aksine, enzime bağlı immünorbent testi (ELISA) gibi immünokimyasal yaklaşımlar sadece antikorların hedef bağlanmasını araştırmak için uygundur, ancak proteinlerin hemen aşırı duyarlılık reaksiyonlarına neden olabilecek fonksiyonel yönünü ele almaz. Alerjenlerin katı desteklerde (örneğin ELISA plakaları) hareketsiz hale getirilmesi yapısal bütünlüklerinde değişikliklere ve alerji ile ilgili epitopların tahrip olmasına neden olabilir2. Bazı alerjenlere karşı duyarlılığı doğrulamak için en yaygın araç olan cilt dikeni testlerinin bile (SPT), semptomatik IgE aracılı gıda alerjisinin veya alerjen kullanılabilirliğinin tespiti ile ilgili sınırları vardır3,4. Alerjenlerin biyolojik gücünü test etmek için etik, son derece spesifik, hassas ve uygun maliyetli bir yöntem bulmak için, bir tip I aşırı duyarlılık reaksiyonuna neden olmak için, sözde arabulucu salınım tahlilleri oluşturulmuştur.
Bu tahlillerin prensibi, duyarlılık evresini takip eden olaylara ve IgE’nin mast hücreleri ve bazofiller gibi efektör hücrelerin yüzeyinde ifade edilen yüksek benzeşimli reseptörlerin α zincirine bağlanma yeteneğine dayanır. IgE esas olarak mukozal ilişkili lenfoid dokudaki plazma hücreleri tarafından üretilir. Kandaki en az bol immünoglobulin olmasına rağmen (atopik olmayan bireylerde yaklaşık% 0.05), alerjik semptomların ana nedeni olan olağanüstü yüksek bir biyolojik aktiviteye sahiptir. IgE’nin yarı ömrü, efektör hücreler üzerindeki reseptörlerine bağlandığında 2-3 günden birkaç haftaya ve hatta aya kadar artabilir. Bir antijenin daha sonra iki reseptöre bağlı IgE molekülünün değişken bölgesine bağlanması, çapraz bağlamalarına ve ardından efektör hücrede degranülasyona yol açan aşağı akış sinyal basamaklarının indüksiyonuna ve vazodilasyona neden olan birkaç pro-enflamatuar mediatörün salınmasına yol açar, histamin, serine proteazlar (örneğin, triptaz) ve prostaglandinler5,6,7gibi. Interlökin 4 (IL-4) ve IL-13 gibi sitokinlerin salgılanması, enflamatuar T yardımcı 2 (Th2) yanıtının sürdürülmesinden ve B hücrelerinin IgE üreten plazma hücrelerine sınıf geçişindensorumludur 5,8,9. Öte yandan, salınan tromromksan bronkokonstriksiyona neden olur ve lökotrienler düz kas kasılmasının yanı sıra damar kaçağını uyarır ve astım veya alerjik rinite yol açan hava yolu iltihabında önemli bir rol oynar10,11.
Yukarıda belirtilen arabulucuların çoğunu analiz etmek için araştırma araçları, bazı büyük dezavantajları olmasına rağmen kurulmuştur. Triptaz tahlilleri mast hücre aktivasyonu yoluyla sistemik anafilaksi ölçümü için uygun klinik yaklaşımlardır ancak alerji tanılarındaki duyarlılıkları ve özgüllükleri SPT gibi altın standart yöntemlere göre çok yanlıştır. Öte yandan, sisteinil lökotrien tahlilleri β-laktamlara veya nonsteroidal antienflamatuar ilaçlara alerji tanısı koyamadı12. Alerjik reaksiyonlarda salınan önemli bir arabulucu olarak histamin ölçümü için protokoller 1960’larda zaten belirlenmiştir. Periferik kanda salındıktan sonra, histamin metiltransfeazlar tarafından hemen bozulur ve sadece birkaç dakikalık bir plazma yarı ömrü ile sonuçlanır, bu da analizini oldukça zor hale getirir13. kararsızlığının yanı sıra, histamin izlenmesinin ilaç alerjilerinin yanı sıra ticari gıda proteinleri ve yaban arısı zehirleri için düşük özgüllüğe ve hassasiyete sahip olduğu gösterilmiştir12.
İntrofik hücre hatlarına sahip in vitro modeller, salınım tahlillerini gerçekleştirmek için alerjik hastalardan bazofillerin doğum yoğun izolasyon ve ekim prosedürlerine alternatif olarak tanıtılmıştır. Bu nedenle, RBL-2H3 hücre hattını kullanan sıçan bazofilik lösemi – (RBL-) bazlı tahlil3kurulmuştur. Bu hücre hattı insan IgE’yi bağlama yeteneğine sahip olmadığından, ilk olarak insan IgE plazma-membran reseptörünün (FCφRI) α, β ve γ zinciri ile transktrid edildi. RBL-30/25 klonunun in vitro test için en umut verici aday olarak ortaya çıktığı insan α zincirinin ekspresyon seviyeleri ve homojenliği için çeşitli klonlar oluşturulmuş ve test edilmiştir. Transfected klonun reseptör aktivasyonu üzerine indüklenen sinyal basamaklı kalsiyum mobilizasyon testleri ile test edildi. Degranülasyon için bir gösterge ve histamin salınımı için taşıyıcı olarak, daha yüksek stabilitenin önemli avantajına sahip olan lizozomal enzim β-hexosaminidaz ölçüldü14. RBL-30/25 hücreleri kullanılarak yapılan arabulucu salınımı %100’e kadar ulaşır ve bu nedenle alerjik hastalardan elde edilen serayı test etmek için kullanılır. Test, ticari alerjen özleri ile hassaslaştırılmış hücrelere meydan okuduktan sonra arabulucu salınımı için test edildi. Bu, farklı üreticilerden elde edilen ve tanılama (örneğin, SPT) veya terapötik yaklaşımlar 3,15 ,16için kullanılan alerjen özlerinin bileşiminde (toplam protein içeriğine göre60kata kadar) muazzam bir varyasyon olduğununbulunmasınayol açtı.
Burada, alerjik donörlerden serum kullanarak arabulucu salınımı testini gerçekleştirmek için RBL protokolünün ayrıntılı bir açıklamasını sunuyoruz. Pasif duyarlılık sırasında serumdaki IgE, bazofilik hücrelerin yüzeyinde ifade edilen yüksek benzeşim fcφR1 reseptörü tarafından yakalanır. Antijen stimülasyonu üzerine, antijene özgü bağlı IgE’ler çapraz bağlanır, hücre degranülasyonunu ve arabulucu β-heksazinindazının salınımını tetikler. β-hexosaminidaz aktivitesi daha sonra uygun bir substrat kullanılarak ölçülür. Tahlil için huRBL-2H3 hücreleri kullanıldı ve aşağıdaki protokolde huRBL olarak ad verildi. Protokol, 1 μg/mL ile 0,1 pg/mL alerjen arasında değişen 8 adım seyreltilmiş 1:10 ile standart bir antijen seyreltme serisini tanımlar.
Burada açıklanan huRBL hücre bazlı mediator salınım tahlil, herhangi bir laboratuvarda kolayca gerçekleştirilebilen ve uygulanabilen sağlam bir yöntemdir. Tek gereklilik, hücrelerin steril koşullar altında yetiştirilmesi gerektiğidir. Test, hastaların IgE-crosslinking ve bazofil degranülasyonunu çağrıştırmak için alerjen veya alerjenik bir kaynağın olasılığını değerlendirmek için kullanılır17. Test, hastanın serumu, ilginin alerjenini tanıyan yüksek düzeyde spesifik IgE ile mevcut olduğu sürece herhangi bir alerjen veya alerjenik kaynağa kolayca uyarlanabilir. Zayıf tahlil performansına neden olabilecek olası sitotoksik etkileri hesaba katmak için arabulucu salınım testine ek olarak bir hücre canlılığı tahlilinin yapılması önerilir. Bunun nedeni seranın tamamlanmamış kompleman inaktivasyonu veya diğer serum türevli sitotoksik etkiler olabilir. Antijenin kendisi bile, örneğin proteolitik / enzymatic aktivite nedeniyle, huRBL hücrelerine zarar verebilir. Potansiyel sitotoksik etkileri değerlendirmek için genellikle MTT (3-(4,5-Dimetilthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazolium Bromür) ile hücre canlılığı tahlilini kullanıyoruz. Test, hücre süpernatantı toplandıktan ve aktarıldıktan sonra bırakılan huRBL hücreleri ile kolayca gerçekleştirilebilir (bkz. protokolün 6.3. adımı). Alerjen-IgE bağlamasına dayalı bireysel alerjenlerin veya karmaşık özlerin alerjenik potansiyelini belirlemek için ELISA’lar ve batı şişkinliği gibi diğer immünokimyasal yöntemlerle karşılaştırıldığında, bu test sadece IgE’nin bir alerjene bağlanmasını tespit etmekle kalmaz, aynı zamanda IgE aracılı bazofil degranülasyonu kışkırtmak için hem insan IgE hem de alerjenin işlevselliğini ölçebilir18. Böylece, hastaların serasını kullanarak alerjik semptomların şiddetini incelemeye yardımcı olabilir. Testin klasik pasif keseleme anafilaksi testlerinden daha tutarlı ve verimli olduğu bildirilmektedir, çünkü test, mast hücreleri veya insan bazofilleri19,20 gibi birincil hücrelere kıyasla sonuçlarda kullanımı ve daha az değişkenlik üreten RBL-2H3 hücrelerini kullanır. Buna ek olarak, test alerjenlerin biyolojik aktivitesinin iyi bir temsilini sağlar ve belirli bir karmaşık örnekteki toplam alerjen içeriğini doğru bir şekilde tahmin edebilir3. Protokoldeki belirli adımlarda sorun gidermek için lütfen Tablo 1‘e bakın.
Arabulucu serbest bırakma tahlilinin bu versiyonunun uygulanabilirliği ile ilgili olarak, çoğunlukla araştırma amacıyla değil, aynı zamanda alerjenik özlerin biyolojik faaliyetlerine göre standartlaştırılması için kullanılmıştır. Bu, farklı SPT çözeltilerinin, provokasyon test çözeltisinin yanı sıra alerjene özgü immünoterapi için kullanılan ekstraktların analizini içerir; polen, kedi dander, ev tozu akarı ve yer fıstığı özlerinin yanı sıra arı zehiri3,17,21için gösterildiği gibi. Teknik, özellikle gıda alerjilerinin teşhisinde uygulanabilir, çünkü yer fıstığı, süt, buğday ve yumurta gibi karmaşık gıda ürünlerinde minimum miktarda alerjenik bileşenleri bile tespit edebilir22. Bu bakımdan, tropomyosinler gibi hayvansal gıda alerjenlerinin alerjenikliğinin değerlendirilmesi için değerli bir araç olarak bildirilmiştir ve güçlü alerjenlerin alerjen olmayanlardan ayırt edilmemesine yardımcı olabilir23. Bir araştırma aracı olarak, test gıda işlemenin etkisini incelemek ve ligand bağlanmasının alerjenlere etkisini ve alerjeniklik üzerindeki etkisini değerlendirmek için kullanılır24,25. Örneğin, Bet v 1’in ligandlara bağlanmasının alerjen-IgE çapraz bağlantısını etkilemediği gösterilmiştir, ancak termal ve proteolitik stabilitesinde bir artışa neden oldu25. Test, bet v 1 ve homolog gıda alerjeni Cor a 1 (Şekil 3)kullanarak örneğimizde gösterildiği gibi, hastanın reaktivitesini küçük ve majör alerjenlerle karşılaştırmak ve alerjen homologların ve izoformların çapraz reaktivitesini araştırmak için kullanılabilir. Alerjen izoformları ile ilgili olarak, alarjen salınımı tahlili, majör amb amb a 1.01’i ragweed polenlerinde(Ambrosia artemisiifolia)en güçlü IgE reaktif izoform olarak tanımlamak için kullanılmıştır. Buna karşılık, ragweed polen özlerinde tanımlanan diğer iki izoform, Amb a 1.02 ve Amb a 1.03, hastaların IgE26’sınareaktivitenin azaldığını gösterdi.
Son yıllarda, test, alerjene özgü immünoterapi için uygun adayların belirlenmesine yardımcı olan potansiyel anti-alerjik bileşikleri ve alerjenlerin yeni hipoalerjenik varyantlarını incelemek için uygulanmıştır27,28. Bir diğer yeni yaklaşım ise alerjene özgü immünoterapinin seyrinde tedavi etkinliğini izlemek için tahlilden yararlanmaktır. Bu bağlamda, araştırma grubumuz alerjene özgü immünoterapi sırasında hastanın semptom puanının azalmasıyla iyi ilişkili bir huRBL tahlil inhibisyon sistemi geliştirdi29. Test ayrıca TGFβ1’in alerjen kaynaklı IgE aracılı degranülasyon30üzerindeki immünsüpresif etkilerini incelemek için önerilmiştir.
Tahlillerin sınırlamaları, huRBL hücrelerinin mast hücrelerinin veya bazofillerin bazı özelliklerine sahip olmasına rağmen, bu efektör hücrelerin doğal işlevini tamamen taklit etmemeleridir. Örneğin, mast hücreleri patojen tanıma için gerekli olan örüntü tanıma reseptörü Toll benzeri reseptör 4’ü (TLR4) yaygın olarak ifade ederken, RBL-2H3 hücrelerinde tamameneksiktir 31. İşlevsellikteki bu farklılık nedeniyle, test, verileri yorumlarken akılda tutulması gereken gerçek hayattaki durumu tam olarak taklit etmez. Ek olarak, huRBL hücreleri kanserli bazofilik hücreler olduğundan, kültür koşullarındaki değişiklikler ve uzun süreli kültleme, farklı laboratuvarlar arasında değişen sonuçlara yol açan fenotipik farklılıklara yol açabilir20. Diğer bir husus, bu yöntemi uyarlarken dikkate alınması gereken alerjen konsantrasyonu seçimidir, çünkü yüksek alerjen konsantrasyonları, yüksek miktarda proteaz veya endotoksin varlığı nedeniyle IgE aracılı olmayan degranülasyona neden olabilir18. Diğer sınırlamalar, nispeten yüksek spesifik IgE seviyelerine sahip insan serasına bağımlılık (RAST sınıfı 5-6) ve tekniğin günlük klinik rutinde uygulanabilmesi için aşılması gereken bir engel olmaya devam eden hücre kültürü sistemlerine duyulan ihtiyaçtır.
Bu sınırlamaların dışında huRBL tahlili alerjik hastalıkların tanı ve tedavisi için değerli bir araştırma aracını temsil eder ve çok çeşitli uygulamalarda kullanılabilir.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar, Moleküler Alergoloji Bölümü’nden Prof. Dr. Stefan Vieths’e, Paul-Ehrlich-Institut, Langen, Almanya’ya, insanlaştırılmış/FcφRI transfected RBL hücrelerini sağladığı ve bu araştırma metodolojisi makalesini yazmaya onay verdiği için teşekkür eder. Prof. Dr. Fatima Ferreira’ya mükemmel geri bildirim sağladığı için teşekkür ederiz. Ayrıca Amsterdam Üniversitesi Tıp Merkezleri Deneysel İmmünoloji Bölümü’nden Prof. Dr. Ronald van Ree ve Dr. Jaap Akkerdaas’a teşekkür ederiz. Amsterdam, Hollanda, bm4SIT projesi boyunca oluşturulan bu yöntemler makalesinde sağlanan temsili verileri yayınlamaya onay verdikleri için – alerji yenilikleri (www.BM4SIT.eu). yazarların çalışmaları Avusturya Bilim Fonu (Project P32189), Salzburg Üniversitesi öncelikli programı Alerji-Kanser-BioNano Araştırma Merkezi, Avusturya Bilim Fonu (FWF W01213) tarafından finanse edilen Kanser ve Alerjide Bağışıklık-ICA doktora programı ve Avrupa Birliği’nin Yedinci Çerçeve Programı FP7’den BM4SIT projesi (hibe numarası 601763) tarafından desteklenmiştir.
4-Methylumbelliferyl N-acetyl-β-D-glucosaminide | Sigma | M2133 | |
96-well plate for huRBL cells (Nunc MicroWell 96-Well, Nunclon Delta-treated, flat-bottom microplate) | ThermoFisher Scientific | 167008 | |
96-well plate for substrate solution and cell supernatant (Greiner Bio-One non-treated 96-well microplates) | Fisher Scientific | 655101 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma | 10735078001 | |
Citric acid | Applichem | 131018 | |
Dulbecco's phosphate-buffered saline (DPBS without calcium and magnesium) | Sigma | D8537 | |
G418 | Sigma | A1720 | |
Glycine | Applichem | A3707 | |
Heat-inactivated fetal calf/bovine serum (FCSi) | Sigma | F0804 | |
L-Glutamine (200 mM) | Sigma | G7513 | |
Minimum Essential Medium Eagle with Alpha Modification, with ribonucleosides, deoxyribonucleosides and sodium bicarbonate, without L-glutamine, liquid, sterile-filtered, suitable for cell culture | Sigma | M8042 | |
Opti-MEM reduced serum medium, GlutaMAX supplement | Gibco/ThermoFisher Scientific | 51985034 | |
Penicillin-Streptomycin (10K units Pen. 10 mg/mL Strep.) | Sigma | P4333 | |
Sodium chloride (NaCl) | Applichem | A2942 | |
Sodium hydrogen carbonate (NaHCO3) | Applichem | 131638 | |
Triton X-100 | Sigma | X100 | |
Trypsin-EDTA | Sigma | 59418C | |
Tyrode’s salt | Sigma | T2145 |