Descriviamo qui un protocollo per studiare la citotossicità di pre-attivato CD8+ T cellule contro le cellule tumorali dalla rilevazione apoptotic microscopia del cancro cellule via in tempo reale. Questo protocollo può studiare i meccanismi dietro la soppressione delle cellule T indotta da cellula mieloide e valutare composti puntati replenishing T cellule tramite blocco delle cellule mieloidi soppressive immuni.
Potenziamento della capacità di tumore-uccisione di CD8+ T cellule nei tumori, insieme a loro infiltrazione del tumore efficiente, è un elemento chiave del successo immunoterapie. Diversi studi hanno indicato che le cellule mieloidi di infiltrazione del tumore (ad es., cellule mieloidi-derivato del soppressore (MDSC) e macrofagi associati al tumore (TAM)) sopprimono citotossicità di CD8+ T cellule nel microambiente tumorale e quello di targeting Queste cellule mieloidi normative possono migliorare immunoterapie. Qui, presentiamo un sistema di analisi in vitro per valutare gli effetti soppressivi immuni di monocytic MDSC e TAMs sulla capacità di tumore-uccisione di CD8+ T cellule. A tal fine, abbiamo coltivato prima ingenuo splenica CD8+ T cellule con anticorpi attivanti anti-CD3/CD28 in presenza o in assenza di cellule del soppressore e poi co-coltivate le cellule T pre-attivate con cellule tumorali bersaglio in presenza di un fluorogenici substrato di caspase-3. Fluorescenza dal substrato in cellule di cancro è stato rilevato da microscopia di fluorescenza in tempo reale come indicatore di apoptosi delle cellule di T-cellula indotta da tumore. In questa analisi, possiamo rilevare con successo l’aumento di apoptosi delle cellule del tumore di CD8+ T cellule e la sua soppressione dalla pre-cultura con TAMs o MDSC. Questo saggio funzionale è utile per investigare CD8+ T cell meccanismi di soppressione di cellule mieloidi regolatorie e identificazione bersagli per superarla tramite screening su vasta scala.
È noto che CD8+ T cellule in grado di eliminare le cellule tumorali quando esercitano la loro citotossicità completo. Dopo l’attivazione del recettore delle cellule T (TCR), CD8+ T cellule proliferano e si differenziano in cellule effettrici citotossiche. L’espanso e attivati CD8+ T cellule secernono granuli citotossici, compreso perforine e granzimi, che vengono trasferiti in cellule bersaglio e avviare varie vie litiche come caspase-3 mediata apoptosi1. CD8+ T cellule possono anche indurre apoptosi delle cellule del tumore attraverso l’attivazione di recettori sulle cellule bersaglio, quali i recettori per il fattore di necrosi tumorale-α (TNF-α), apoptosi primi segnalano ligand (FasL), o TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL). Inoltre, il CD8 attivato+ T cellule secernono interferone-γ (IFN-γ) che possono sopprimere la proliferazione delle cellule tumorali e aumentare la sensibilità delle cellule del tumore di CD8+ T cellule via il su-regolamento del FasL ricevitore1. Dato il potenziale per CD8+ T capacità di uccisione di tumore, diverse strategie per aumentare la loro citotossicità (ad esempio, inibitori di checkpoint, vaccinazione anti-tumorale e trasferimento adottivo del recettore chimerico antigene (auto) che esprimono le cellule T) sono state stabilite e mostrati effetti terapeutici significativi su alcuni tipi di cancro2. Tuttavia, raccogliendo la prova suggerisce che cellule immuni di infiltrazione del tumore come cellule T regolatorie, cellule mieloidi derivato soppressore (MDSC) e macrofagi associati al tumore (TAM) possono sopprimere CD8+ T funzioni delle cellule e limitare l’efficacia di immunoterapie3,4,5. Per migliorare tale immunoterapie, è importante capire come immuni limite di cellule suppressor CD8+ la citotossicità delle cellule T. L’identificazione di CD8+ cellula T soppressione meccanismi così come bersagli per superarla, richiederà lo sviluppo e l’utilizzo di analisi in vitro.
Il metodo gold standard di misurazione CD8+ citotossicità delle cellule di T è il test di rilascio di cromo in cui il rilascio della sonda radioattiva (51Cr), dal target le cellule che vengono lisate dai CD8+ T cellule, è determinato6. Tuttavia, questo test ha diversi inconvenienti, tra cui sensibilità relativamente bassa, alta priorità bassa, incapacità di rilevare eventi apoptotici precoci, problemi di smaltimento pericolosi e limitata compatibilità con automatizzato liquid handling e rilevamento per sostenere applicazioni di throughput più elevate. Un altro metodo comune è analisi cytometric di flusso in cui apoptosi delle cellule tumorali bersaglio viene rilevato da annexin V associazione7. In questo test, è possibile rilevare altri parametri quali la morte delle cellule bersaglio utilizzando ioduro di propidio (PI) o 7-aminoactinomycin D (7-AAD) e l’attivazione delle cellule effettrici indicato dall’espressione CD107a o CD69, oltre l’apoptosi nelle cellule bersaglio7 . Tuttavia, questo test richiede tantissime cellule suppressor rispetto al test di rilascio di cromo. Richiede anche il distacco e la disaggregazione delle cellule bersaglio aderente e questo può influenzare i risultati. Infatti, il cromo rilasciare analisi o test citofluorimetrico non sono comunemente utilizzati per studiare gli effetti di cellule suppressor sulle funzioni delle cellule T. Invece, la misurazione della proliferazione di cellule T indicata dalla diluizione di un colorante fluorescente (ad es., CFSE) pre-caricati in cellule T viene spesso utilizzata per valutare l’inibizione di CD8+ funzione a cellula T di cellule del soppressore. Rilevamento della produzione di IFN-γ da cellule coltivate di T è un altro metodo standard per valutare gli effetti delle cellule del soppressore delle cellule T attivazione8,9. Tuttavia, i risultati di queste analisi non necessariamente correlato alla cella di destinazione uccidendo capacità di CD8+ T cellule.
Presentiamo qui un test funzionale alternativo per valutare gli effetti delle cellule del soppressore, specialmente macrofagi nei tumori metastatici, sulla citotossicità di CD8+ T cellule. Questo metodo determina la citotossicità di CD8+ T cellule, pre-coltivate con o senza le cellule soppressore in presenza di anticorpi attivanti anti-CD3/CD28, rilevando gli apoptosi della cellula tumorale, indicato dalla fluorescenza da un fluorogenic caspase-3 substrato6 utilizzo automatizzato microscopia time-lapse (Figura 1). Questo protocollo ha diversi vantaggi rispetto ad altri metodi; richiede solo un piccolo numero di cellule, consente il rilevamento di morte delle cellule tumorali aderente con alta sensibilità, può immagine interazione effettore–obiettivo in tempo reale ed è favorevole alla screening su vasta scala.
In questo protocollo, macrofagi associati a metastasi (MAMs) e loro progenitore monocytic-MDSC (M-MDSC) isolato da tumori metastatici in topi sono utilizzati come cellule del soppressore. In modelli murini di cancro della mammella metastatico, una popolazione distinta dei macrofagi caratterizzata come F4/80altaLy6G–CD11baltaLy6Cbasso si accumula nel polmone contenente i tumori metastatici. Questa popolazione del macrofago è raramente trovata nel polmone normale e così chiamata macrofagi associati a metastasi (MAMs)10. In questi modelli di mouse, un altro mieloide cellule popolazione, definita come F4/80altaLy6G–CD11baltaLy6Calta, inoltre si accumula principalmente nel polmone metastatico dove dà luogo a muia11. Base alle loro caratteristiche, il CD11baltaLy6Calta MAM cellule progenitrici potrebbero rappresentare M-MDSC12.
Questo metodo si basa su due passaggi separati co-cultura: co-coltura CD8+ T cellule con potenziale cellule del soppressore e co-coltura il CD8 ‘pre-condizionato’+ T cellule con le cellule tumorali bersaglio (Figura 1). Il primo passo di co-coltura è abbastanza simile a quella per CD8+ T cell analisi di proliferazione comunemente utilizzate per determinare l’effetto delle cellule del soppressore il CD8+ la funzione delle cellule T. Tuttavia, la proliferazione delle cellule T non correla sempre con loro citotossicità. Ad esempio, abbiamo trovato che la co-cultura con M-MDSC o MAMs aumentato piuttosto che ridotta proliferazione di CD8+ T cellule in presenza di CD3/CD28 attivando anticorpi (complementare figura 3), mentre questi pre-condizionata CD8+ Cellule di T hanno dimostrato ridotta citotossicità contro le cellule tumorali bersaglio (Figura 4, Figura 5, Figura 6). Questi risultati evidenziano l’importanza della valutazione dell’attività funzionale, evidenziato dalla destinazione apoptosi di cancro, offerti da questo CD8+ analisi di citotossicità delle cellule T.
In questa analisi, abbiamo identificato che CD8+ T cellule richiede circa 15 h di co-coltura al fine di indurre la massima apoptosi delle cellule di tumore mammario del topo E0771-LG (Figura 5). Questo ritardo potrebbe essere dovuto il ritardo tra il contatto iniziale di cellule effettrici con obiettivi e accompagnamento immuni sinaptogenesi, così come tempo necessario per indurre segnali apoptotici in destinazioni come misurato dall’attivazione di caspase-3 (supplementari Movie 1 ). Inoltre abbiamo identificato che il numero delle cellule apoptotiche tumore ha raggiunto un plateau dopo 24 h, che è probabilmente dovuto l’eliminazione degli obiettivi dalle cellule T e/o perdita di segnale fluorescente dalle cellule morte. Questa funzionalità per identificare il tempo di picco apoptosi è uno dei principali vantaggi di questo test, poiché la determinazione di un punto di tempo ottimale è importante per paragoni adeguati tra diverse condizioni. Nel nostro caso, ad esempio, la differenza nella citotossicità tra controllo CD8+ T cellule e CD8 MDSC/MAM-istruiti+ T cellule era molto più grande a 15-18 h rispetto a 72 h (Figura 5), e quindi un endpoint esperimento utilizzando un periodo di incubazione di 72h produrrebbe risultati fuorvianti.
Questo metodo consente anche la visualizzazione dell’interazione delle cellule effettrici-target in tempo reale, che fornirebbe maggiori approfondimenti il meccanismo alla base di citotossicità limitata di CD8+ T cellule pre-incubate con cellule del soppressore. Ad esempio, abbiamo osservato che CD8+ T cellule pre-incubate con M-MDSC o MAMs incontrato e interagito con le cellule del tumore di destinazione ma non ha sempre indotto apoptosi (complementare 4 film, complementare Movie 5, complementare Movie 6). Anche se non abbiamo quantificare questo evento, che sarebbe fattibile e interessante quantificare e confrontare la proporzione di incontri e il loro tempo di interazione in correlazione con l’induzione di apoptosi. Un altro grande vantaggio è che questo metodo richiede un piccolo numero di cellule (ad es., 1 x 103 di destinazione) e 4 x 103 di cellule effettrici per pozzetto. In realtà, questo protocollo può essere ulteriormente miniaturizzato per il formato piastra 384 pozzetti se lo si desidera. Pertanto, questo test è adatto per esperimenti e screening su vasta scala dove i numeri delle cellule sono limitati come test in vitro utilizzando preziose cellule derivate da in vivo o ex vivo campioni.
D’altra parte, una limitazione del dosaggio attuale è la presenza di un numero significativo di cellule effettrici morto in alcune condizioni. Al fine di aumentare la precisione nel distinguere l’apoptosi delle cellule tumorali bersaglio da quella di effettrici CD8+ T cellule, i nuclei delle cellule sono etichettati come destinazione ed una restrizione di dimensione (che esclude le cellule effettrici) viene applicato per l’analisi dei dati in questo i nuclei test (Figura 2). Tuttavia, ci sono alcuni casi dove sovrapposizione degli aggregati di apoptotic (verde) CD8+ T cellule in cellule di cancro non-apoptotica bersaglio, che possono confondere i risultati. Questa limitazione potrebbe essere ridotto dall’uso di una colonna di rimozione di cellule morte il priore di cellule effettrici di co-coltura con le cellule del tumore di destinazione, presupponendo che un numero sufficiente di cellule effettrici è disponibile. Con i più complessi sistemi di microscopia, potrebbe anche essere possibile ridurre il falso segnale positivo di etichettatura effettrici CD8+ T cellule con un fluoroforo distinto dai nuclei delle cellule bersaglio e substrato fluorogenic caspase-3.
Finora, questo protocollo è stato utilizzato per indagare l’antigene aspecifica attivazione di CD8+ T cellule. Anche se MDSC e TAMs nel microambiente tumorale sopprimere le funzioni delle cellule T attraverso meccanismi non specifico antigene, MDSC nei tessuti linfoidi periferici sopprimere le risposte delle cellule T in un modo specifico antigene18. Per indagare le funzioni immunitarie soppressive di tali tipi di cellule, un’analisi di proliferazione in vitro usando CD8+ T cellule da OT-1 topi transgenici è comunemente usato. In questa analisi, le cellule di OT-1 T (che esprimono il recettore specifico delle cellule di T di ovoalbumina (uova)) sono co-coltivate con soppressore MDSC in presenza di peptidi di ovuli, che è applicabile per la prima cultura nella nostra analisi di citotossicità (vale a dire., l’attivazione delle T cellule in la presenza o l’assenza di soppressori). È anche fattibile per manipolare le cellule tumorali bersaglio per esprimere gli ovuli, che possono indurre l’uccisione delle cellule antigene-specifiche cancro dalle cellule di OT-1 T. Di conseguenza, l’analisi consentirà inoltre indagine della MAM/MDSC-mediata soppressione dell’attivazione di cellule T antigene-specifiche. È anche possibile applicare l’analisi per studiare le cellule umane, come l’attivazione anticorpi contro umano CD3 e CD28 sono commercialmente disponibili, e un protocollo per isolare TAMs umana da campioni clinici è stato stabilito19.
Collettivamente, questo test è molto versatile e può essere utilizzato per esaminare la citotossicità di altri tipi delle cellule immuni. Attualmente, nei nostri laboratori, esso viene esteso per esaminare la citotossicità delle cellule antigene-dipendente in varie condizioni ed è anche in fase di sviluppo per high throughput screening.
The authors have nothing to disclose.
Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni dal Wellcome Trust (101067/Z/13/Z (JWP), 109657/Z/15/Z (TK), 615KIT/J22738 (TK), UK) e il MRC (MR/N022556/1 (JWP, TK), UK). NOC e DDS riconoscere sostegno dalla nazionale fenotipica Screening Centre Phenomics scoperta iniziativa e Cancer Research UK (NOC)
0.05% Trypsin EDTA (1X) | Gibco | 25300-054 | |
12-Well Cell Culture Plate | Freiner Bio-One | 665-180 | |
1x PBS | Gibco | 14190-094 | |
2-mercaptethanol | Sigma | M6250-10ML | |
5mL Plystyrene Round-Bottom Tube | FALCON | 352054 | |
96-Well Cell Culture Plate (Round Bottom ) | Costar | 3799 | Co-culture of CD8+T cells with sorted myeloid cells |
96-well plate (Flat bottom) | Nunc | 165305 | Co-culture of CD8+T cells with target cells for cytotoxicity assay |
AF647 anti-mouse F4/80 Antibody | BIO-RAD | MCA497A647 | Clone: CIA3-1, Lot#: 1707, 2 μL/1×10^6 cells |
AlexaFluor700 anti-mouse CD8 Antibody | Biolegend | 100730 | Clone: 53-6.7, Lot#: B205738, 0.5 μL/1×10^6 cells |
anti-mouse CD28 Antibody | Biolegend | 102111 | Activation of isolated CD8+ T cells, Clone: 37.51, Lot#: B256340 |
anti-mouse CD3e Antibody | Biolegend | 100314 | Activation of isolated CD8+ T cells, Clone: 145-2C11, Lot#: B233720 |
APC anti-mouse CD3 Antibody | Biolegend | 100236 | Clone: 17A2, Lot#: B198730, 0.5 μL/1×10^6 cells |
APC/Cy7 anti-mouse Ly6C Antibody | Biolegend | 128026 | Clone: HK1.4, Lot#: B248351, 1 μL/1×10^6 cells |
Bovine Serum Albmin | Sigma | A1470-100G | |
Cell Strainer (100μm Nylon) | FALCON | 352360 | To smash the spleen |
Cell Strainer (40μm Nylon) | FALCON | 352340 | To filter the lung digestion |
DAPI | Biolegend | 422801 | |
Dulbecco′s Modified Eagle′s Medium | Gibco | 41966-029 | |
EasySep Mouse CD8+ T Cell Isolation Kit | StemCell Technologies | 19853 | |
Fetal Bovine Serum | Gibco | 10270-106 | |
FITC anti-mouse CD4 Antibody | Biolegend | 100406 | Clone: GK1.5, Lot#: B179194, 0.5 μL/1×10^6 cells |
Geltrex Ready-to-Use | Gibco | A1596-01 | Coating the 96-well plates for cytotoxicity assay |
IncuCyte NucLight Red Lentivirus Reagent | Essen BioScience | 4476 | Lenti viral particules encoding mKate2 |
IncuCyte ZOOM | Essen BioScience | Detector (fluorescence microscope) | |
IncuCyte ZOOM 2018A | Essen BioScience | Analysis software | |
L-Glutamine (100X) | Gibco | A2916801 | |
Lung Dissociation Kit | Miltenyi | 130-095-927 | Preparation of single cell suspension from the tumor-bearing lung |
MycoAlert Mycoplasma Detection Kit | Lonza | LT07-318 | |
Non-essential amino acid (100X) | Gibco | 11140-035 | |
NucView488 | Biotium | 10403 | Fluoregenic caspase-3 substrate |
PE anti-mouse Ly6G Antibody | Biolegend | 127607 | Clone: 1A8, Lot#: B258704, 0.5 μL/1×10^6 cells |
PE/Cy7 anti-mouse CD11b Antibody | Biolegend | 101216 | Clone: M1/70, Lot#: B249268, 0.5 μL/1×10^6 cells |
Pen Strep | Gibco | 15140-122 | Penicillin Streptomycin for primary culture of cells |
PerCP/Cy5.5 anti-mouse CD45 Antibody | Biolegend | 103132 | Clone: 30-F11, Lot#: B249564, 0.5 μL/1×10^6 cells |
Polybrene (Hexadimethrine bromide) | Sigma | H9268 | |
Puromycin | Gibco | A11138-03 | |
RBC Lysis Buffer (10X) | Biolegend | 420301 | |
Recombinant murine IL-2 | Peprotech | 212-12 | Activation of isolated CD8+ T cells |
Sodium pyruvate (100X) | Gibco | 11360-070 | |
TruStain fcX (anti-mouse CD16/32) Antibody | Biolegend | 101320 | |
: Nikon 10X objective (resolution 1.22 µm) : Green channel excitation: 440 – 480 nm : Green channel emission: 504 – 544 nm : Red channel excitation: 565-605 nm : Red channel emission: 625 – 705 nm |