Summary

TGF-βを含むプロトコルを使用したナイーブCD4 + T細胞からのヒトCD4 + FOXP3 +誘導された調節性T細胞(iTregs)のインビトロ分化における

Published: December 30, 2016
doi:

Summary

このプロトコルは、in vitroでのナイーブCD4 + T細胞から人為的な制御性T細胞(iTregs)の再現性の生成と表現型を説明しています。 Foxp3誘発のための異なるプロトコルは、それぞれのプロトコルを用いて得られた特定のiTregの表現型の研究を可能にします。

Abstract

Regulatory T cells (Tregs) are an integral part of peripheral tolerance, suppressing immune reactions against self-structures and thus preventing autoimmune diseases. Clinical approaches to adoptively transfer Tregs, or to deplete Tregs in cancer, are underway with promising first outcomes.

Because the number of naturally occurring Tregs (nTregs) is very limited, studying certain Treg features using in vitro induced Tregs (iTregs) can be advantageous. To date, the best although not absolutely specific protein marker to delineate Tregs is the transcription factor FOXP3. Despite the importance of Tregs including non-redundant roles of peripherally induced Tregs, the protocols to generate iTregs are currently controversial, particularly for human cells. This protocol therefore describes the in vitro differentiation of human CD4+FOXP3+ iTregs from human naïve T cells using a range of Treg-inducing factors (TGF-β plus IL-2 only, or their combination with retinoic acid, rapamycin or butyrate) in parallel. It also describes the phenotyping of these cells by flow cytometry and qRT-PCR.

These protocols result in reproducible expression of FOXP3 and other Treg signature genes and enable the study of general FOXP3-regulatory mechanisms as well as protocol-specific effects to delineate the impact of certain factors. iTregs can be utilized to study various phenotypic aspects as well as molecular mechanisms of Treg induction. Detailed molecular studies are facilitated by relatively large cell numbers that can be obtained.

A limitation for the application of iTregs is the relative instability of FOXP3 expression in these cells compared to nTregs. iTregs generated by these protocols can also be used for functional assays such as studying their suppressive function, in which iTregs induced by TGF-β plus retinoic acid and rapamycin display superior suppressive activity. However, the suppressive capacity of iTregs can differ from nTregs and the use of appropriate controls is crucial.

Introduction

CD4 + CD25 + FOXP3 +調節性T細胞(Tregは)他の免疫細胞を抑制し、末梢寛容の重要なメディエーターであり、自己免疫及び過度の炎症1を防止します 。 Tregの重要性は、重度の全身性の自己免疫疾患につながるTregの損失による `master'のTreg転写因子フォークヘッドボックスP3における変異にヒトの疾患immunodysregulationの多発性内分泌腺の腸のX連鎖症候群(IPEX)、(FOXP3)が例示されます早い年齢で致死。しかし、Tregは、彼らはまた、特定の設定2での抗腫瘍免疫を妨げることができますように免疫系における両刃の剣として作用します。 Treg細胞の数および機能の治療的操作は、したがって、多数の臨床研究の対象です。癌では、Tregの枯渇が望ましい可能性があると臨床的アプローチのいくつかの成功は、さらなる研究3を奨励しています。自己免疫および炎症性疾患において、セベにおけるTregの治療効果に加えてRALマウス疾患モデル、-host病(GVHD)4 移植片を防ぐために、養子のTreg転送の最近の最初の人の試験 7と1型糖尿病8は非常に有望な結果を示した治療の安全性を評価すること。

11 当然のTreg(nTregs)を発生することは健康に9を維持する上で非冗長本質的な機能で、胸腺由来tTregsおよび末梢誘導さpTregsを備えます。しかし、nTreg番号は、ナイーブT細胞前駆体12からのin vitroで誘導したTreg(iTregs)の補完的なアプローチを奨励し、限られています。まだiTregsの安定性は、おそらくFOXP3遺伝子座13におけるいわゆるTreg細胞に特異的脱メチル化領域(TSDR)における脱メチル化の欠如のため、懸念のままであり、いくつかの研究は、 生体内でのTregを誘導することを示している14以上の安定しています。

現在までに、FOXP3は、最良のタンパク質メートルのままTregのためのarker人間従来のCD4 + CD25-T細胞は一過性の活性化15,16時FOXP3の中間レベルで発現するので、それは絶対に固有のものではありません。重要な進歩は、FOXP3発現の調節を明らかにしたが、多くは、特にヒト細胞におけるFOXP3の誘導、安定性及び機能に関する発見されていません。 nTregsの違いにもかかわらず、in vitroでの FOXP3誘導さ+ CD4 + T細胞はFoxp3誘発の分子機構を研究するためのモデル系として使用することができ、 に、より類似しているiTregsの生成を可能にする将来のプロトコルを開発するための出発点として将来的に養子移入戦略の適用可能性が生成されたTregを、 生体内

そこに人間iTregsを誘導する全く`金standard'プロトコルはなく、現在のプロトコルは、 生体内でのTreg誘導条件を模倣することに基づいて開発されている:2(IL-2、インターロイキン)およびトランスフォーミング増殖因子β(TGF-β)シグナル伝達は、 インビボ 17 における Foxp3誘発のために重要であり、全トランスレチノイン酸(ATRA) -腸管関連樹状細胞によってインビボで産生される-頻繁Foxp3誘発を増強するために使用されます21 試験管 18インチ我々は、酪酸22、最近マウスのTreg誘導23,24を増強することが示された腸内細菌叢由来の短鎖脂肪酸を使用して、追加のヒトTregの誘導プロトコールを開発しました。我々はまた、最近、それが促進することが知られている阻害剤、後者はラパマイシン(mTORの)の臨床的に承認された哺乳類の対象となる、TGF-β、ATRAの組み合わせを使用し、22ラパマイシン することにより、in vitroでの優れた抑制機能付きiTregsの世代のための新しいプロトコルを確立しました人間のTreg拡張25,26の間にFOXP3のメンテナンス。

この方法は、再現性の中での説明しますFOXP3の発現のプロトコル固有のパターンや、その他のTreg署名分子を明らかにするために、フローサイトメトリーおよび定量的逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(QRT-PCR)により、異なる条件のセット、およびその後続の表現型を用いて、ヒトCD4 + FOXP3 + iTregsのインビトロでの生成CD25、CTLA-4、EOS、ならびにIFN-γおよびSATB1 22の抑制など。生成された細胞集団は、一般的なFOXP3レギュレータに関するあるいは酪酸またはラパマイシンなどの特定の化合物に特有の効果を研究するか、抑制活性に関する機能アッセイまたは分子的研究のために使用することができます。 Treg細胞の分化を駆動する分子メカニズムのさらなる理解は、具体的Treg細胞の発生と機能に関与する分子を標的とする自己免疫または癌における今後の治療的アプローチのために非常に関連性があります。

Protocol

ヒト末梢血単核細胞(PBMC)を新たにカロリンスカ大学病院(スウェーデン)から購入した匿名の健常ドナーのバフィーコートから単離しました。実験のための倫理的許可は、ストックホルムの地域倫理審査委員会(RegionalaetikprövningsnämndenIストックホルム)から入手した、スウェーデン(承認番号:2013/1458から31/1)。 末梢血から1 T細胞の単離 PBMCの単離 15ミ?…

Representative Results

図1は、実験のスキームを示します。 図2は、磁気的に分離されたナイーブCD4 + T細胞およびnTregsのための代表的な純度制御染色を示します。 Fのigure 3Aはゲート戦略フローサイトメトリーを示し、 図3Bは 、代表FOXP3及びCD25が示さiTregまたは制御条件下での培養6日目…

Discussion

記載されているプロトコルは、人間のナイーブCD4 + T細胞からのヒトCD4 + FOXP3 + iTregsの堅牢な誘導を可能にします。それは我々が優れたin vitroでの抑制機能22とiTregsの誘導のために、TGF-β、ATRA及びラパマイシンの組み合わせを使用して、最近記載新しいプロトコルが含まれています。他の公表されたプロトコルに比べ、他の利点は、単独で、IL-2の存在下で活性化されたコ…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nina Nagel is gratefully acknowledged for technical assistance during the video shoot and experimental preparation. We thank Eva-Maria Weiss for help with the intracellular FOXP3 staining protocol and Elisabeth Suri-Payer and Nina Oberle for establishing the nTreg isolation protocol. Matilda Eriksson and Peri Noori are acknowledged for laboratory management.

Funding: A.S. was supported by a Marie Curie Intra European Fellowship within the 7th European Community Framework Programme, the Dr. Åke Olsson Foundation and KI research foundations; A.S. and J.T. were supported by a CERIC (Center of Excellence for Research on Inflammation and Cardiovascular disease) grant, J.T. was supported by Vetenskapsrådet Medicine and Health (Dnr 2011-3264), Torsten Söderberg Foundation, FP7 STATegra, AFA Insurance and Stockholm County Council.

Materials

All-trans retinoic acid Sigma Aldrich R2625-50MG  
anit-human Foxp3-APC clone 236A/E7 eBioscience 17-4777-42
anti-human CD25 microbeads Miltenyi Biotec 130-092-983
anti-human CD25-PE Miltenyi Biotec 130-091-024
anti-human CD28 antibody, LEAF Purified  Biolegend 302914
anti-human CD3 Antibody, LEAF Purified  Biolegend 317315
anti-human CD45RA , FITC Miltenyi Biotec 130-092-247
anti-human CD45RO PE clone UCHL1 BD Biosciences 555493
anti-human CD4-PerCP clone SK3; mIgG1 BD Biosciences 345770
anti-human CD8-eFluor 450 (clone OKT8), mIgG2a eBioscience 48-0086-42 
anti-human CTLA-4 (CD152), clone BNI3, mIgG2ak, Brilliant violet 421 BD Biosciences 562743
anti-human IFN-g FITC clone 4S.B3; mIgG1k eBioscience 11-7319-81 
Brefeldin A-containing solution: GolgiPlug BD Biosciences 555029
cDNA synthesis kit: SuperScript VILO(Reverse transcriptase) cDNA Synthesis Kit Invitrogen 11754-250
Density centrifugation medium: Ficoll-Paque GE healthcare 17-1440-03
DMSO 99,7% Sigma Aldrich D2650-5X5ML
FBS, heat inactivated Invitrogen 10082-147
Fixable Viability Dye, eFluor 780   eBioscience 65-0865-14 or 65-0865-18 
Foxp3 Staining Buffer Set eBioscience 00-5523-00  Caution, contains Paraformaldehyde
Can be also bought in combined kit with antibody; 77-5774-40 Anti-Human Foxp3 Staining Set APC Clone: 236A/E7 Set 
GlutaMAX (200 mM L-alanyl-L-glutamine) Invitrogen 35050-061
human naive CD4 T cell isolation kit II Miltenyi Biotec 130-094-131
nojavascript&WT,nojavascript&WT,nojavascript&WT,nojavascript&WT
human naive CD4 T cell isolation kit II
nojavascript&WT,nojavascript&WT,nojavascript&WT,nojavascript&WT,nojavascript&WT,nojavascript&WT,nojavascript&WT,nojavascript&WT,nojavascript&WT,nojavascript&WT,nojavascript&WT,nojavascript&WT
Miltenyi Biotec
130-094-131
Human serum albumin 50 g/l Baxter 1501057
Ionomycin from Streptomyces conglobatus >98% Sigma Aldrich I9657-1MG
MACS LS-columns Miltenyi Biotec 130-042-401
mouse IgG1 K Isotype Control APC Clone: P3.6.2.8.1  eBioscience 17-4714-42 
mouse IgG1 K Isotype Control FITC 50 ug  eBioscience 11-4714-81 
mouse IgG2a isotype control, Brilliant violet 421, clone MOPC-173 BD Biosciences 563464
Pasteur pipet plastic, individually packed Sarstedt 86.1172.001  
PMA PHORBOL 12-MYRISTATE 13-ACETATE Sigma Aldrich P1585-1MG 
Rapamycin EMD (Merck) 553210-100UG
Recombinant Human IL-2, CF R&D 202-IL-050/CF
Recombinant Human TGF-beta 1, CF RnD 240-B-010/CF
RNA isolation kit: RNAqueous-Micro Kit Ambion AM1931  
RPMI 1640 Medium  Invitrogen 72400-054 
Sodium butyrate Sigma Aldrich B5887-250MG 
T cell culture medium: X-Vivo 15 medium, with gentamicin+phenolred Lonza 04-418Q
TaqMan Gene Expression Assay, FOXP3 (Best Coverage)  Applied Biosystems 4331182; assay ID: Hs01085834_m1 Caution, contains Paraformaldehyde
TaqMan Gene Expression Assay, RPL13A (Best Coverage) Applied Biosystems 4351370; assay ID: Hs04194366_g1   Caution, contains Paraformaldehyde
TaqMan Gene Expression Master mix Applied Biosystems 4369514

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Schmidt, A., Éliás, S., Joshi, R. N., Tegnér, J. In Vitro Differentiation of Human CD4+FOXP3+ Induced Regulatory T Cells (iTregs) from Naïve CD4+ T Cells Using a TGF-β-containing Protocol. J. Vis. Exp. (118), e55015, doi:10.3791/55015 (2016).

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