Generating<em> De Novo</em> Antigeen-specifieke menselijke T-cel receptoren door Retrovirale Transductie van Centric Hemichain
Summary
Hierin beschrijven we een nieuwe methode om antigeenspecifieke T-celreceptoren (TCR's) door het koppelen van de TCRα of TcR van een bestaande TCR, bezit de antigeen-specificiteit van interesse, met aanvullende hemichain van de perifere T-cel receptor repertoire genereren. De novo geproduceerde TCRs behouden antigeen-specificiteit met verschillende affiniteit.
Abstract
T-celreceptoren (TCR's) worden klinisch gebruikt om de specificiteit van T-cellen direct naar tumoren te richten als een veelbelovende modaliteit van immunotherapie. Daarom heeft TCRs klonen specifiek voor verschillende tumor-geassocieerde antigenen het doel van vele studies. Een effectieve T-cel op te wekken, moet de TCR het doelantigeen optimale affiniteit herkennen. Echter, klonen dergelijke TCRs uitdaging en vele beschikbare TCRs geweest bezitten suboptimaal affiniteit voor de verwante antigeen. In dit protocol beschrijven we een werkwijze voor het kloneren van de novo hoge affiniteit antigeenspecifieke TCRs Bestaande TCRs door gebruik hemichain centricity. Het is bekend dat sommige TCRs, elk TCRα of TcR hemichain niet gelijk bijdragen aan antigeen herkenning, en de dominante hemichain wordt aangeduid als centraal hemichain. We hebben aangetoond dat door het koppelen van de centrische hemichain met tegenstroom ketens verschillen van de oorspronkelijke contra-keten, kunnen wij het antigeen en handhavenpecificity, terwijl de interactie moduleren kracht voor de verwant antigeen. Aldus kan het therapeutisch potentieel van een bepaalde TCR worden verbeterd door het optimaliseren van de koppeling tussen de centrische en tegen hemichains.
Introduction
T-celreceptoren (TCR's) zijn heterodimere adaptieve immuun receptoren door T-lymfocyten tot expressie gebracht, bestaande uit een TCRα en TcR keten. Ze optreden via somatische herschikking van V (D) J-gensegmenten, die een zeer divers repertoire kan herkennen vrijwel onbegrensde configuratie van HLA / peptide-complexen produceert. Klinisch T cellen ontworpen om clonotypic TCRs die specifiek zijn voor met tumor geassocieerde antigenen tot expressie aangetoond werkzaamheid bij verschillende kankers 1. Veel TCRs gekloneerd hiertoe onvoldoende affiniteit voor het antigeen van belang, waardoor hun therapeutische toepassing te beperken.
We beschrijven een werkwijze om deze beperking te overwinnen bestaande TCRs door gebruik keten centricity. Vermeld is dat een TCR hemichain een dominante rol in herkenning van het doelantigeen 2 kan spelen, hier genoemd centraal stellen. Crystal structurele analyses blijkt dat een centraalhemichain van een TCR kan verantwoordelijk voor het merendeel van de voetafdruk op het MHC / peptidecomplex 3,4. Dit begrip te gebruiken, hebben we eerder aangetoond dat het SIG35α TCRα kan koppelen met een divers repertoire van TcR ketens en onderhouden reactiviteit tegen MART1 27-35 peptide gepresenteerd door HLA-A2 5. Vergelijkbare resultaten werden verkregen met de TCR TAK1, waarbij de centrische TcR hemichain gekoppeld aan allerlei TCRα ketens en onderhouden reactiviteit voor WT1 235-243 peptide gepresenteerd door HLA-A24 6. Zowel MART1 en WT1 zijn tumor-geassocieerde antigenen. Chain-centricity werd ook toegepast op antigeen erkenning van CD1d-beperkte invariante natural killer (iNKT) TCR's te bestuderen, door het koppelen van de invariante Vα24-Jα18 (Vα24i) TCRα keten van humaan iNKT TCR's met verschillende Vβ11 TcR ketens 7.
In alle gevallen konden we een de novo repertoire van TCRs genereren van transducing de centric TCR hemichain perifere bloed T-cellen, waarbij het ingebrachte hemichain gepaard met de endogene TCRα of TcR contra-ketens. In wezen centric hemichain dient als lokaas die kan worden gebruikt om de juiste contra-ketens, die bij elkaar gekoppelde vormen TCRs die de antigeenspecificiteit van belang, maar variërend in affiniteit te identificeren. Van deze nieuwe repertoires, waren we in staat om clonotypic TCR's te isoleren met een verbeterde interactie sterkte tegen het doelantigeen in vergelijking met reeds bestaande TCR's. Daarom geloven wij deze methode zal de pijpleiding identificeren optimale TCR's voor klinische toepassing te versnellen.
Protocol
Representative Results
Discussion
De eerste vereiste voor succesvolle toepassing van deze werkwijze is het bereiken van voldoende transductie efficiëntie van de primaire T-cellen met de hemichain plaats. In onze ervaring, de combinatie van het gebruik van PG13 als verpakkingscellijn en retrovirale vector pmx als resultaten in een stabiele en efficiënte expressie van het geïntroduceerde gen in primaire T-cellen. PG13 packaging cellen kunnen eencellige gekloond om te selecteren op hoge titer inpakcellen transductie efficiëntie verbeteren. Bovendien is…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by NIH grant R01 CA148673 (NH); the Ontario Institute for Cancer Research Clinical Investigator Award IA-039 (NH); BioCanRX Catalyst Grant (NH); The Princess Margaret Cancer Foundation (MOB, NH); Canadian Institutes of Health Research Canada Graduate Scholarship (TG); Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada Postgraduate Scholarship (TG); Province of Ontario (TG, MA); and Guglietti Fellowship Award (TO). HLA and CD1d monomers were kindly provided by the NIH tetramer core facility.
Materials
| 0.05% Trypsin-EDTA | Wisent Bioproducts | 325-043-CL | |
| 293GPG cells | Generated by Ory et al. (ref 8) | ||
| Agar | Wisent Bioproducts | 800-010-CG | |
| Agarose | Wisent Bioproducts | 800-015-CG | |
| Ampicillin sodium salt | Wisent Bioproducts | 400-110-IG | |
| Chloroform | BioShop | CCL402 | |
| Deoxynucleotide (dNTP) Solution Mix | New England Biolabs | N0447L | |
| DMEM, high glucose, pyruvate | Life Technologies | 11995065 | |
| EcoRI | New England Biolabs | R0101S | |
| EZ-10 Spin Column DNA Gel Extraction Kit | BS353 | ||
| Fetal Bovine Serum | Life Technologies | 12483020 | |
| Ficoll-Paque Plus | GE Healthcare | 17-1440-02 | |
| Filter | Corning | 431220 | 0.45 mm pore SFCA membrane |
| FITC-conjugated anti-human CD271 (NGFR) mAb | Biolegend | 345104 | clone ME20.4 |
| FITC-conjugated anti-human CD3 mAb | Biolegend | 300440 | clone UCHT1 |
| Gentamicin | Life Technologies | 15750078 | |
| Gibson Assembly Master Mix | New England Biolabs | E2611L | used for multi-piece DNA assembly |
| HLA-A2 pentamer | Proimmune | depends on antigenic peptide | HLA-A2/MART1 multimer used here was purchased from Proimmune |
| HLA/CD1d monomers | NIH Tetramer Core Facility | multimerize monomers according to protocol provided by NIH tetramer core facility | |
| Human AB serum | Valley Biomedical | HP1022 | |
| human CD3 microbeads | Miltenyi Biotec | 130-050-101 | |
| IOTest Beta Mark TCR V beta Repertoire Kit | Beckman Coulter | IM3497 | |
| Jurkat 76 cells | Generated by Heemskerk et al. (ref 10) | ||
| LB Broth | Wisent Bioproducts | 800-060-LG | |
| LS MACS column | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| NEB 5-alpha Competent E. coli | New England Biolabs | C2987I | |
| NEBuffer 3.1 | New England Biolabs | B7203S | used for EcoRI and NotI digestion |
| NotI | New England Biolabs | R0189S | |
| NucleoBond Xtra Midi | Macherey-Nagel | 740410 | used for plasmid purification |
| PC5-conjugated anti-human CD8 mAb | Beckman Coulter | B21205 | clone B9.11 |
| PG13 cells | ATCC | CRL-10686 | |
| Phusion HF Buffer Pack | New England Biolabs | B0518S | |
| Phusion High-Fidelity DNA Polymerase | New England Biolabs | M0530L | |
| pMX retroviral vector | Cell Biolabs | RTV-010 | |
| polybrene | Sigma-Aldrich | H-9268 | |
| Proleukin (recombinant human interleukin-2) | Novartis | by Rx only | equivalent product can be purchased from Sigma-Aldrich |
| Purified anti-human CD3 antibody | Biolegend | 317301 | clone OKT3, used for T cell stimulation |
| RPMI 1640 | Life Technologies | 11875119 | |
| SA-PE | Life Technologies | S866 | used for multimerizing monomers from NIH tetramer core facility |
| SMARTer RACE 5'/3' Kit | Clontech | 634858 | |
| Sterile water | Wisent Bioproducts | 809-115-LL | |
| SuperScript III First-Strand Synthesis System | Invitrogen | 18080051 | for cDNA synthesis |
| Syringe | BD | 301604 | 10 mL, slip tip |
| Tetracycline hydrochloride | Sigma-Aldrich | T7660 | |
| TransIT-293 | Mirus Bio | MIR 2700 | used to transfect 293GPG cells |
| TRIzol Reagent | Life Technologies | 15596026 |
References
- Maus, M. V., et al. Adoptive immunotherapy for cancer or viruses. Annu. Rev. Immunol. 32, 189-225 (2014).
- Yokosuka, T., , ., et al. Predominant role of T cell receptor (TCR)-alpha chain in forming preimmune TCR repertoire revealed by clonal TCR reconstitution system. J.Exp.Med. 195, 991-1001 (2002).
- Rudolph, M. G., Stanfield, R. L., Wilson, I. A. How TCRs bind MHCs, peptides, and coreceptors. Annu. Rev. Immunol. 24, 419-466 (2006).
- Shimizu, A., et al. Structure of TCR and antigen complexes at an immunodominant CTL epitope in HIV-1 infection. Sci. Rep. 3, 3097 (2013).
- Nakatsugawa, M., et al. Specific roles of each TCR hemichain in generating functional chain-centric TCR. J. Immunol. 194 (7), 3487-3500 (2015).
- Ochi, T., et al. Optimization of T-cell Reactivity by Exploiting TCR Chain Centricity for the Purpose of Safe and Effective Antitumor TCR Gene Therapy. Cancer Immunol. Res. 3 (9), 1070-1081 (2015).
- Chamoto, K., et al. CDR3beta sequence motifs regulate autoreactivity of human invariant NKT cell receptors. J. Autoimmun. 68, 39-51 (2016).
- Grozdanov, P. N., MacDonald, C. C. Generation of plasmid vectors expressing FLAG-tagged proteins under the regulation of human Elongation Factor-1α promoter using Gibson Assembly. J. Vis. Exp. (96), e52235 (2015).
- Beshiri, M. L., et al. Genome-wide analysis using ChIP to identify isoform-specific gene targets. J. Vis. Exp. (41), e2101 (2010).
- Gibson, D. G., et al. Enzymatic assembly of DNA molecules up to several hundred kilobases. Nat. Methods. 6 (5), 343-345 (2009).
- Johnson, D., et al. Expression and structure of the human NGF receptor. Cell. 47 (4), 545-554 (1986).
- Kim, J. H., et al. High cleavage efficiency of a 2A peptide derived from porcine teschovirus-1 in human cell lines, zebrafish and mice. PloS one. 6, e18556 (2011).
- Yang, S., et al. Development of optimal bicistronic lentiviral vectors facilitates high-level TCR gene expression and robust tumor cell recognition. Gene Ther. 15 (21), 1411-1423 (2008).
- Froger, A., Hall, J. E. Transformation of plasmid DNA into E. coli using the heat shock method. J. Vis. Exp. (6), e253 (2007).
- Birnboim, H. C., Doly, J. A rapid alkaline extraction procedure for screening recombinant plasmid DNA. Nucleic Acids Res. 7 (6), 1513-1523 (1979).
- Ory, D. S., Neugeboren, B. A., Mulligan, R. C. A stable human-derived packaging cell line for production of high titer retrovirus/vesicular stomatitis virus G pseudotypes. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 93 (21), 11400-11406 (1996).
- Imataki, O., et al. IL-21 can supplement suboptimal Lck-independent MAPK activation in a STAT-3-dependent manner in human CD8(+) T cells. J. Immunol. 188 (4), 1609-1619 (2012).
- Davies, J. K., Barbon, C. M., Voskertchian, A. R., Nadler, L. M., Guinan, E. C. Induction of alloantigen-specific anergy in human peripheral blood mononuclear cells by alloantigen stimulation with co-stimulatory signal blockade. J. Vis. Exp. (49), e2673 (2011).
- Butcher, M. J., Herre, M., Ley, K., Galkina, E. Flow cytometry analysis of immune cells within murine aortas. J. Vis. Exp. (53), e2848 (2011).
- Butler, M. O., et al. Establishment of antitumor memory in humans using in vitro-educated CD8+ T cells. Sci. Transl. Med. 3 (80), 80ra34 (2011).
- Chomczynski, P., Sacchi, N. Single-step method of RNA isolation by acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction. Anal. Biochem. 162 (1), 156-159 (1987).
- Peterson, S. M., Freeman, J. L. RNA isolation from embryonic zebrafish and cDNA synthesis for gene expression analysis. J. Vis. Exp. (30), e1470 (2009).
- Ying, S. Y., Ying, S. Y. Complementary DNA Libraries. Generation of cDNA Libraries: Methods and Protocols. 221, 1-12 (2003).
- Hirano, N., et al. Engagement of CD83 ligand induces prolonged expansion of CD8+ T cells and preferential enrichment for antigen specificity. Blood. 107 (4), 1528-1536 (2006).
- Scotto-Lavino, E., Du, G., Frohman, M. A. 5′ end cDNA amplification using classic RACE. Nat. Protoc. 1 (6), 2555-2562 (2006).
- Heemskerk, M. H., et al. Redirection of antileukemic reactivity of peripheral T lymphocytes using gene transfer of minor histocompatibility antigen HA-2-specific T-cell receptor complexes expressing a conserved alpha joining region. Blood. 102 (10), 3530-3540 (2003).
- Yan, H., et al. Magnetic cell sorting and flow cytometry sorting methods for the isolation and function analysis of mouse CD4+ CD25+ Treg cells. J. Zhejiang Univ. Sci. B. 10, 928-932 (2009).
- Padovan, E., et al. Expression of two T cell receptor alpha chains: dual receptor T cells. Science. 262 (5132), 422-424 (1993).
- Johnson, L. A., et al. transfer of tumor-reactive TCR confers both high avidity and tumor reactivity to nonreactive peripheral blood mononuclear cells and tumor-infiltrating lymphocytes. J. Immunol. 177 (9), 6548-6559 (2006).
- Chinnasamy, N., et al. A TCR targeting the HLA-A*0201-restricted epitope of MAGE-A3 recognizes multiple epitopes of the MAGE-A antigen superfamily in several types of cancer. J. Immunol. 186 (2), 685-696 (2011).
