الفحص التدفق الخلوي استنادا لمراقبة وظائف الخلايا القاتلة الطبيعية
Summary
وصفت وهناك طريقة بسيطة وموثوق بها هنا لتحليل مجموعة من وظائف الخلايا القاتلة الطبيعية مثل تحبب، خلوى والإنتاج chemokine ضمن مختلف مجموعات فرعية الخلايا القاتلة الطبيعية.
Abstract
Natural killer (NK) cells are an important part of the human tumor immune surveillance system. NK cells are able to distinguish between healthy and virus-infected or malignantly transformed cells due to a set of germline encoded inhibitory and activating receptors. Upon virus or tumor cell recognition a variety of different NK cell functions are initiated including cytotoxicity against the target cell as well as cytokine and chemokine production leading to the activation of other immune cells. It has been demonstrated that accurate NK cell functions are crucial for the treatment outcome of different virus infections and malignant diseases. Here a simple and reliable method is described to analyze different NK cell functions using a flow cytometry-based assay. NK cell functions can be evaluated not only for the whole NK cell population, but also for different NK cell subsets. This technique enables scientists to easily study NK cell functions in healthy donors or patients in order to reveal their impact on different malignancies and to further discover new therapeutic strategies.
Introduction
كجزء من القاتل الطبيعي نظام المناعة الفطري (NK) الخلايا تساهم في خط الدفاع الأول ضد الخلايا المصابة بالفيروسات أو تحويلها malignantly. نظام المستقبلات المثبطة وتفعيل تمكنهم من التمييز بين الخلايا السليمة وتحويلها دون فتيلة مستضد مسبق على النقيض من الخلايا التائية. على خلية لقاء الهدف الخلايا القاتلة الطبيعية الافراج عن محتوى حبيبات السامة للخلايا الخاصة بهم (على سبيل المثال، بيرفورين، granzymes) إلى المشبك المناعي لقتل هدفهم. وعلاوة على ذلك، الخلايا القاتلة الطبيعية تنتج وتفرز أنواع مختلفة من السيتوكينات (على سبيل المثال، γ interferon-: IFN-γ، عامل نخر الورم α: TNF-α) و chemokines (على سبيل المثال، بلعم التهابات البروتين 1β: MIP-1β) على الخلية المستهدفة تفاعل أو خلوى التحفيز 1.
كافية وظائف الخلايا القاتلة الطبيعية مثل السمية الخلوية، chemokine وإنتاج السيتوكينات لها تأثير هام على مصير ديس متنوعةيخفف. مرضى سرطان الدم تظهر زيادة معدلات الانتكاس إذا كانوا يظهرون لمحة الخلايا القاتلة الطبيعية خلل في تشخيص تتكون من انخفاض إنتاج الإنترفيرون γ وانخفاض التعبير تفعيل مستقبلات الخلايا القاتلة الطبيعية (2). ويرتبط انتعاش مبكر من أعداد الخلايا القاتلة الطبيعية وظيفة بما في ذلك إنتاج السيتوكينات على التفاعل الخلية المستهدفة مع انخفاض الانتكاس وتحسين معدل البقاء على قيد الحياة في المرضى الذين يتلقون الجذعية خيفي خلية زرع 3. وعلاوة على ذلك، عند بدء علاج مضاد للفيروسات في المرضى المصابين بفيروس التهاب الكبد C القدرة تحبب الخلايا القاتلة الطبيعية الطرفية أقوى في المستجيبين في وقت مبكر مما كانت عليه في غير المستجيبين 4. أعداد الخلايا القاتلة الطبيعية (> 80 / ميكرولتر) في يوم 15 بعد زرع الخلايا الجذعية ذاتي (autoSCT) في المرضى الذين يعانون من سرطان الغدد الليمفاوية أو المايلوما المتعددة والتنبؤية لتحسين تطور الحر والشامل البقاء على قيد الحياة 5. في المرضى الذين يعانون سرطان الجلد التعبير عن خلايا T immunoglobulin- والميوسين المجال، containinز جزيء 3 (TIM-3)، وهو بروتين المناعة التنظيمية على الخلايا القاتلة الطبيعية، يرتبط مرحلة المرض والتشخيص 6.
وقد رصد العلماء ظائف الخلايا القاتلة الطبيعية خلال العقود الماضية. وقد تناول التحليل الأولي للNK الخلية السمسة ضد الخلايا السرطانية دون فتيلة مسبق باستخدام فحص 51 كر الإفراج 7. وفي الآونة الأخيرة، طور العلماء طريقة غير المشعة لتقييم السمية الخلوية للخلايا NK توسيع 8. وكثيرا ما يتم تقييمها من إنتاج السيتوكينات وchemokine باستخدام الفحص المناعي (ELISA) تقنيات انزيم مرتبط 9،10. خلال العقود الماضية واستكملت هذه الأساليب التي تدفق المقايسات مقرها الخلوي. وقد مكنت استخدام مثبطات البروتين النقل (على سبيل المثال، brefeldin ألف ومونينسين) وأساليب خلية permeabilization في تركيبة مع بروتوكولات تلطيخ السطح التقليدي العلماء لدراسة chemokine والإنتاج خلوى في الليمفاوية محددة مختلفةفرعية ocyte (على سبيل المثال، T، B أو الخلايا القاتلة الطبيعية) 11. وعلاوة على ذلك، تم وضع تدفق مختلف المقايسات القائمة على الخلوي لمراقبة تي وNK الخلايا السمية الخلوية. في عام 2004 وصف ألتر آخرون التعبير سطح البروتين المرتبط يحلول CD107a (Lamp1) على الخلايا القاتلة الطبيعية عند لقاء الخلية المستهدفة كعلامة للتحبب من حبيبات السامة للخلايا (12). منذ طائفة واسعة من fluorochromes مختلفة وأجهزة قياس التدفق الخلوي متعدد القنوات تتوفر في أيامنا هذه، أصبح من الممكن رصد في وقت واحد متنوعة وظائف الخلايا القاتلة الطبيعية (السمية الخلوية، خلوى والإنتاج chemokine) في مختلف مجموعات فرعية الخلايا القاتلة الطبيعية. هذا يصبح من المهم وخصوصا في الحالات التي يقتصر حجم العينة، على سبيل المثال، في الخزعات أو عينات الدم من المرضى الذين يعانون من نقص الكريات البيض.
لاختبار وظائف الخلايا القاتلة الطبيعية العالمية، وفحوصات على أساس التدفق الخلوي مختلفة يمكن الجمع بين بكفاءة. Theorell آخرون حفز الخلايا القاتلة الطبيعية من هيئة التعليم العاليالجهات المانحة lthy مع خط الخلايا السرطانية K562 وتحليلها NK تحبب الخلايا، إشارة من الداخل إلى الخارج وchemokine الإنتاج من خلال التدفق الخلوي 13. مؤخرا مجموعات فرعية الخلايا القاتلة الطبيعية، وقد تم تحليل الظواهر وظائف في مرضى الأورام خلال autoSCT باستخدام التدفق المقايسات مقرها الخلوي. وقد تبين أن الخلايا القاتلة الطبيعية استطاعت degranulate وإنتاج السيتوكينات / كيموكينات على الاعتراف الخلايا السرطانية في نقطة زمنية في وقت مبكر جدا بعد autoSCT 11.
هنا يتم وصف بروتوكول لتقييم وظائف الخلايا القاتلة الطبيعية على التفاعل مع الخلايا السرطانية بما في ذلك القدرة تحبب، chemokine وإنتاج السيتوكينات باستخدام تدفق الفحص القائمة على الخلوي الذي يجعل من الممكن لمراقبة وظائف الخلايا القاتلة الطبيعية في مجموعات فرعية مختلفة في وقت واحد.
Protocol
Representative Results
Discussion
وصف الأسلوب هو نهج سهل وسريع وموثوق بها لدراسة وظائف الخلايا القاتلة الطبيعية من عينات دم كاملة من المتبرعين الأصحاء أو المرضى. هذا الأسلوب يوفر ميزة كبيرة لتنقية الخلايا القاتلة الطبيعية مباشرة من الدم الكامل، وتجنب الطرد المركزي التدرج الكثافة، وهو إلزامي لكثير ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Authors were supported by the German Cancer Aid (Max Eder Nachwuchsgruppe, Deutsche Krebshilfe; EU), the LOEWE Center for Cell and Gene Therapy Frankfurt (EU, ST) funded by the Hessian Ministry of Higher Education, Research and the Arts, Germany (III L 4- 518/17.004) and by the “Alfred- und Angelika Gutermuth-Stiftung”, Frankfurt, Germany (EU). BJ was funded by a Mildred Scheel postdoctoral scholarship from the Dr. Mildred Scheel Foundation for Cancer Research. ST was founded by a GO-IN postdoctoral fellowship (PCOFUND-GA-2011-291776). The authors thank Becton Dickinson (BD) for providing the FACSCanto II and Canto10c Flow Cytometry Analyzers used in this study.
Materials
| RPMI 1640 + glutamine | Invitrogen | 6187-044 | |
| penicilin/streptomycin | Invitrogen | 15140-122 | |
| BD Falcon Round Bottom Tube | BD | 352008 | |
| fetal calf serum | Invitrogen | 10270-106 | heat inactivated before use |
| T-flask | Greiner Bio-One | 690195 | |
| K562 tumor cell line | DSMZ GmbH | ACC 10 | |
| ammonium-chloride-potassium (ACK) lysis buffer | made in house | / | components are listed in the text |
| Distilled water: Ampuwa Spüllösung 1000ml Plastipur | Fresenius Kabi | 1088813 | |
| Megafuge 40R Centrifuge | Heraeus | / | |
| EDTA blood collector tubes | Sarstedt | 386453 | S-Monovette 7,5 ml, K3 EDTA |
| UltraPure 0.5M EDTA, pH 8.0 | Life Technologies | 15575-020 | |
| Hematopoietic media (XVIVO) | Lonza Group Ltd | BE04-743Q | |
| human serum | DRK Blutspendedienst, Frankfurt/M | / | healthy donors with blood type AB; heat inactivated before use |
| Neubauer-improved counting chamber, bright line | Marienfeld superior/ LO-Laboroptik Ltd. | 0640030/ 1110000 | |
| trypan blue solution (0,4%) | Invitrogen | 15250-061 | |
| 3% acetic acid with methylene blue | Stemcell Technologies | 07060 | |
| Corning 96 Well Clear V-Bottom TC-treated Microplates | Corning | 3894 | |
| Falcon 96 Well Round Bottom Not Treated Microplates | Corning | 351177 | |
| DPBS (Ca2+– and Mg2+-free) | Gibco Invitrogen | 14190-169 | |
| BSA | Sigma Aldrich | A2153-100G | |
| NaN3 | Sigma Aldrich | 08591-1ML-F | |
| phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) | Merck | 524400-1MG | |
| ionomycin | PromoKine | PK-CA577-1566-5 | |
| interleukin 15 (IL-15) | PeproTech | 200-15 | |
| Proleukin S (IL-2) | Novartis Pharma | 730523 | |
| Golgi Stop, Protein Transport Inhibitor (containing Monensin) | BD Biosciences | 554724 | This product can be used in combination or instead of Golgi Plug. The best combination for the wished experimental setting has to be tested. |
| Golgi Plug, Protein Transport Inhibitor (containing Brefeldin A) | BD Biosciences | 555029 | |
| paraformaldehyde | AppliChem | UN2209 | |
| saponin | Sigma Aldrich | 47036 | |
| flow cytometer: Canto10C | BD Biosciences | / | |
| FlowJo | TreeStar Inc. | / | |
| Graph Pad | Graph Pad Inc. | / | |
| MACSxpress Separator | Miltenyi Biotec | 130-098-308 | |
| MACSxpress NK isolation kit | Miltenyi Biotec | 130-098-185 | |
| MACSxpress Erythrocyte Depletion Kit, human | Miltenyi Biotec | 130-098-196 | |
| MACSmix Tube Rotator | Miltenyi Biotec | 130-090-753 | |
| anti-human CD3 APC | Biolegend | 300412 | |
| anti-human CD3 V450 | BD Biosciences | 560366 | |
| anti-human CD14 PerCP | Miltenyi Biotec | 130-094-969 | |
| anti-human CD14 V450 | BD Biosciences | 560349 | |
| anti-human CD16 PE | Biolegend | 302008 | |
| anti-human CD16 PerCP | Biolegend | 302029 | |
| anti-human CD19 PE-Cy7 | Biolegend | 302216 | |
| anti-human CD19 V450 | BD Biosciences | 560353 | |
| anti-human CD45 BV510 | BD Biosciences | 563204 | |
| anti-human CD56 FITC | Biolegend | 345811 | |
| anti-human CD107a PE | Biolegend | 328608 | |
| anti-human IFN-γ AF-647 | BD Biosciences | 557729 | |
| anti-human MIP-1β APC-H7 | BD Biosciences | 561280 | |
| DAPI | Biolegend | 422801 | |
| Zombie Violet Fixable Viability Kit | Biolegend | 423113 | fixable dead cell marker |
References
- Watzl, C. How to trigger a killer: modulation of natural killer cell reactivity on many levels. Adv Immunol. 124, 137-170 (2014).
- Khaznadar, Z., et al. Defective NK Cells in Acute Myeloid Leukemia Patients at Diagnosis Are Associated with Blast Transcriptional Signatures of Immune Evasion. J Immunol. 195 (6), 2580-2590 (2015).
- Pical-Izard, C., et al. Reconstitution of natural killer cells in HLA-matched HSCT after reduced-intensity conditioning: impact on clinical outcome. Biol Blood Marrow Transplant. 21 (3), 429-439 (2015).
- Ahlenstiel, G., et al. Early changes in natural killer cell function indicate virologic response to interferon therapy for hepatitis C. Gastroenterology. 141 (4), 1231-1239 (2011).
- Porrata, L. F., et al. Early lymphocyte recovery predicts superior survival after autologous stem cell transplantation in non-Hodgkin lymphoma: a prospective study. Biol Blood Marrow Transplant. 14 (7), 807-816 (2008).
- Silva, I. P., et al. Reversal of NK-cell exhaustion in advanced melanoma by Tim-3 blockade. Cancer Immunol Res. 2 (5), 410-422 (2014).
- Kiessling, R., Klein, E., Wigzell, H. “Natural” killer cells in the mouse. I. Cytotoxic cells with specificity for mouse Moloney leukemia cells. Specificity and distribution according to genotype. Eur J Immunol. 5 (2), 112-117 (1975).
- Somanchi, S. S., Senyukov, V. V., Denman, C. J., Lee, D. A. Expansion, purification, and functional assessment of human peripheral blood NK cells. J Vis Exp. (48), (2011).
- Mariani, E., et al. Chemokine production by natural killer cells from nonagenarians. Eur J Immunol. 32 (6), 1524-1529 (2002).
- Reefman, E., et al. Cytokine secretion is distinct from secretion of cytotoxic granules in NK cells. J Immunol. 184 (9), 4852-4862 (2010).
- Jacobs, B., et al. NK Cell Subgroups, Phenotype, and Functions After Autologous Stem Cell Transplantation. Front. Immunol. 6, 583 (2015).
- Alter, G., Malenfant, J. M., Altfeld, M. CD107a as a functional marker for the identification of natural killer cell activity. J Immunol Methods. 294 (1-2), 15-22 (2004).
- Theorell, J., et al. Sensitive and viable quantification of inside-out signals for LFA-1 activation in human cytotoxic lymphocytes by flow cytometry. J Immunol Methods. 366 (1-2), 106-118 (2011).
- Brander, C., et al. Inhibition of human NK cell-mediated cytotoxicity by exposure to ammonium chloride. J Immunol Methods. 252 (1-2), 1-14 (2001).
- Beeton, C., Chandy, K. G. Enrichment of NK cells from human blood with the RosetteSep kit from StemCell technologies. J Vis Exp. (8), e326 (2007).
- Lamoreaux, L., Roederer, M., Koup, R. Intracellular cytokine optimization and standard operating procedure. Nat. Protoc. 1 (3), 1507-1516 (2006).
- Baginska, J., et al. Granzyme B degradation by autophagy decreases tumor cell susceptibility to natural killer-mediated lysis under hypoxia. Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (43), 17450-17455 (2013).
- He, L., et al. A sensitive flow cytometry-based cytotoxic T-lymphocyte assay through detection of cleaved caspase 3 in target cells. J Immunol Methods. 304 (1-2), 43-59 (2005).
- Sutton, V. R., et al. Serglycin determines secretory granule repertoire and regulates NK cell and CTL cytotoxicity. FEBS J. 283 (5), 947-961 (2016).
- Schönberg, K., Hejazi, M., Uhrberg, M. Protocol for the clonal analysis of NK cell effector functions by multi-parameter flow cytometry. Methods Mol Biol. 903, 381-392 (2012).
- Björkström, N. K., et al. Expression patterns of NKG2A, KIR, and CD57 define a process of CD56dim NK-cell differentiation uncoupled from NK-cell education. Blood. 116 (19), 3853-3864 (2010).
- Bryceson, Y. T., Ljunggren, H. G., Long, E. O. Minimal requirement for induction of natural cytotoxicity and intersection of activation signals by inhibitory receptors. Blood. 114 (13), 2657-2666 (2009).
- Cooper, M. A., et al. Human natural killer cells: a unique innate immunoregulatory role for the CD56(bright) subset. Blood. 97 (10), 3146-3151 (2001).
- Fauriat, C., Long, E. O., Ljunggren, H. G., Bryceson, Y. T. Regulation of human NK-cell cytokine and chemokine production by target cell recognition. Blood. 115 (11), 2167-2176 (2010).
- Postow, M. A., Callahan, M. K., Wolchok, J. D. Immune Checkpoint Blockade in Cancer Therapy. J Clin Oncol. 33 (17), 1974-1982 (2015).
- Glienke, W., et al. Advantages and applications of CAR-expressing natural killer cells. Front Pharmacol. 6, 21 (2015).
- Curran, K. J., Brentjens, R. J. Chimeric antigen receptor T cells for cancer immunotherapy. J Clin Oncol. 33 (15), 1703-1706 (2015).
- Zappasodi, R., de Braud, F., Di Nicola, M. Lymphoma Immunotherapy: Current Status. Front. Immunol. 6, 448 (2015).
- Laprevotte, E., et al. Endogenous IL-8 acts as a CD16 co-activator for natural killer-mediated anti-CD20 B cell depletion in chronic lymphocytic leukemia. Leuk Res. 37 (4), 440-446 (2013).
- Maloney, D. G., et al. IDEC-C2B8 (Rituximab) anti-CD20 monoclonal antibody therapy in patients with relapsed low-grade non-Hodgkin’s lymphoma. Blood. 90 (6), 2188-2195 (1997).
- Salles, G., et al. Phase 1 study results of the type II glycoengineered humanized anti-CD20 monoclonal antibody obinutuzumab (GA101) in B-cell lymphoma patients. Blood. 119 (22), 5126-5132 (2012).
- Terszowski, G., Klein, C., Stern, M. KIR/HLA interactions negatively affect rituximab- but not GA101 (obinutuzumab)-induced antibody-dependent cellular cytotoxicity. J Immunol. 192 (12), 5618-5624 (2014).
- Hsu, A. K., et al. The immunostimulatory effect of lenalidomide on NK-cell function is profoundly inhibited by concurrent dexamethasone therapy. Blood. 117 (5), 1605-1613 (2011).
- Salih, J., et al. The BCR/ABL-inhibitors imatinib, nilotinib and dasatinib differentially affect NK cell reactivity. Int J Cancer. 127 (9), 2119-2128 (2010).
- Benson, D. M., et al. A phase 1 trial of the anti-KIR antibody IPH2101 in patients with relapsed/refractory multiple myeloma. Blood. 120 (22), 4324-4333 (2012).
- Vey, N., et al. A phase 1 trial of the anti-inhibitory KIR mAb IPH2101 for AML in complete remission. Blood. 120 (22), 4317-4323 (2012).
- Terme, M., Ullrich, E., Delahaye, N. F., Chaput, N., Zitvogel, L. Natural killer cell-directed therapies: moving from unexpected results to successful strategies. Nat Immunol. 9 (5), 486-494 (2008).
