Dextran verbetert de efficiëntie van de lentivirale transductie van lymfkliertest en menselijke primaire NK-cellen
Summary
Het doel van deze studie was om formuleren van technologieën die het mogelijk voor succesvolle gene signaaltransductie in primaire natural killer (NK) cellen maken. De dextran-gemedieerde lentivirale transductie van mens of muis primaire NK cellen leidt tot hogere rendementen van gen expressie. Deze methode van gene transductie zal sterk verbeteren NK cel genetische manipulatie.
Abstract
De efficiënte transductie van specifieke genen in natural killer (NK) cellen is een belangrijke uitdaging geweest. Succesvolle transductions zijn cruciaal voor het definiëren van de rol van het gen van belang in de ontwikkeling, differentiatie en functie van NK-cellen. Recente vooruitgang aan chimeer antigeen receptoren (auto’s) in kanker immunotherapie gerelateerde benadrukken de noodzaak van een efficiënte methode voor exogene genen naar effector lymfocyten. De efficiëntie van lentivirale-gemedieerde gen transductions in primaire mens of muis NK cellen blijven aanzienlijk laag, dat is een belangrijke beperkende factor. Recente vorderingen met behulp van kationische polymeren, zoals polybrene, weergeven een verbeterde gene transductie efficiëntie in T cellen. Echter zijn deze producten niet om de efficiëntie van de transductie van NK-cellen te verhogen. Dit werk toont dat dextran, een polysaccharide vertakte glucan, aanzienlijk verbetert de efficiëntie van de transductie van mens en muis primaire NK-cellen. Deze zeer reproduceerbaar transductie methodiek biedt een bevoegde instrument voor menselijke primaire NK-cellen, die enorm klinische gene levering toepassingen en dus NK cel-gebaseerde kanker immunotherapie. verbeteren kunnen transducing
Introduction
Natural killer (NK) cellen zijn de belangrijkste lymfatische bevolking van het aangeboren immuunsysteem1. NK cellen functioneren als de verdedigers van de eerste regel van de immuunrespons van de gastheer tegen infecties en tumoren2,3,4. NK-cellen spelen ook een centrale rol in de ontwikkeling van tolerantie door de afscheiding van krachtige cytokines en chemokines5. Vanwege hun krachtige vermogen te richten en te elimineren van tumorcellen, worden meerdere klinische proeven uitgevoerd om te evalueren van donor-afgeleide menselijke NK cellen als een adoptive-immunotherapie voor kanker6,7. In tegenstelling tot de T-cellen moet de ontwikkelingsbiologie van NK-cellen nog goed gekarakteriseerd8. Dit gebrek aan kennis is gedeeltelijk te wijten aan het gebrek aan efficiënte technieken die genen van belang te aan de muis of menselijke primaire NK-cellen leveren. Om deze redenen, zijn meeste NK-cel studies uitgevoerd in cellijnen, in plaats van elektrische elementen. Daarom is het noodzakelijk om een betrouwbaar en efficiënt protocol te transduce primaire NK-cellen met genen van belang cruciaal.
Het algemene doel van deze studie was om het formuleren van een consistente en betrouwbare methode waarbij primaire mens of lymfkliertest NK-cellen kon worden transduced met lenti- of retrovirussen.
Eerdere studies dat geprobeerd dit probleem aan te pakken zijn uitgevoerd, voornamelijk met behulp van de tijdelijke transformatie van primaire NK-cellen. Dit omvat plasmide transfectie9,10, Epstein – Barr Virus (EBV) / retrovirale hybride vector11, “vacciniavirus” vectoren12,13, en14chimeer adenovirale vectoren AD5-post/F35. Ondanks de bescheiden efficiëntie van deze technieken maakt de voorbijgaande aard van signaaltransductie hen ongeschikt voor het langdurig gebruik van de genetisch gemodificeerde NK-cellen. Een paar recente studies hebben gewend retrovirale vectoren transduce NK-cellen, waarbij meerdere cycli van infectie tot een aanvaardbaar niveau van gen expressie11,15. In tegenstelling tot retrovirale vectoren kunt lentivirale vectoren gastheercel nucleaire importeren machines translocate van de virale pre integratie-complex in de kern. Dit is een belangrijke beperkende factor in de replicatie van het virus in niet-delende cellen, waaronder primaire NK-cellen.
Interacties tussen de verschillende receptoren van het celoppervlak en virale deeltjes toestaan virale opname in de cel. De eerste gevechten tussen de virale envelop eiwitten en hun receptoren cognaat host kunnen worden beperkt wegens de potentiële negatieve kosten bestaan tussen deze twee. De grondgedachte achter vele transductie technieken is dat de toevoeging van kationische polymeren, zoals polybrene (Pb), tijdje sulfaat (PS) of dextran, zou kunnen geven van een positieve lading aan de receptoren van het celoppervlak en daarmee de binding van virale envelop vergroten eiwitten. Dit verhoogt de efficiëntie van de fusie en de opname van de virale deeltjes door de cellen16. Hoewel het is gemeld dat de Pb of PS genenoverdracht van T cellen17kan verbeteren, had hun toepassing geen enkel effect in de efficiëntie van de transductie van primaire NK-cellen. Bovendien heeft een vergelijkende analyse tussen deze reagentia met behulp van primaire NK-cellen niet is uitgevoerd. In deze studie, werden de efficiëntie van de transductie van de drie kationische polymeren vergeleken. De resultaten tonen aan dat, onder deze drie kationische polymeren, alleen dextran aanzienlijk efficiënte virale signaaltransductie in zowel muis als menselijke primaire NK-cellen verbetert.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze studie toont aan dat het gebruik van dextran als een agent van kationische polymeer de efficiëntie van de lentivirale transductie van zowel menselijke als lymfkliertest primaire NK-cellen verbetert. Bovendien hebben andere kationogene stoffen, als Pb of PS, geen waarneembaar effect op de levering van virale vectoren naar menselijke primaire NK-cellen. Eerder, is gebleken dat Pb gene signaaltransductie in menselijke T cellen17kan vergroten. Deze resultaten suggereren echter Pb noch PS hebben …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken Lucia Sammarco en haar Lulu’s limonade staan voor inspiratie, motivatie en ondersteuning. Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door de NIH R01 AI102893 en NCI R01 CA179363 (S.M.); NHLBI-HL087951 (S.R.); NIH-CA151893-K08 (M.J.R.); NCI 1R01CA164225 (L.W); de Alex Lemonade Stand Stichting (S.M.); het programma van de HRHM van het Fonds MACC (S.M.; S.R.; M.S.T); de Nicolaas Family Foundation (S.M.); de Gardetto familie (S.M.); de Hyundai geleerden Program (M.S.T.); Hyundai hoop op wielen (S.R.); het Fonds MACC (M.S.T. en S.M.); de Children’s Research Institute, MCW (S.R.); en de Kathy Duffey Fogerty Award (M.J.R.).
Materials
| Dextran | Sigma-Aldrich | 90-64-91-9 | |
| polybrene (Pb) | Sigma-Aldrich | TR-1003 | |
| protamine sulfate (PS) | Sigma-Aldrich | p3369 | |
| Trypsin | Corning | 25-052-CI | |
| RPMI1640 | Corning | 10-040-CV | |
| Fetal Bovine Serum | ATALANTA | S11150 | |
| Penicillin | Corning | 30-001-CI | |
| B-mercaptoethanol | SIGMA | M3148 | |
| sodium pyruvate | Corning | MT25000CI | |
| Interferon gamma (IFN-γ ) | eBioscience | 14-7311-85 | |
| Propidium lodding staining solution | BD | 51-66211E | |
| Lipofectamine 3000 | Thermo Fisher | L3000015 | |
| Isoflurane | PHOENIX | NDC 57319-559-05 | |
| NK cell negative selection kit | Stem Cell | 19855 | |
| Yac-1 | ATCC | TIB-160 | |
| K562 | ATCC | CCL-243 | |
| Mice | Jakson | 664 | |
| 293T cells | ATCC | CRL-3216 | |
| T75 flasks | Cornnig | 430641U | |
| antibody-based negative selection kits | Stem Cell | 19055 | |
| 51Chromium (Cr)-release assays | perkin elmer's | NEZ030 | |
| ELISA kits | Ebioscience | 00-4201-56 | |
| Sodium Butyrate | Sigma | 5887-5G | |
| Linear polyethylenimine | polysciences | 23966-2 | |
| Ficoll | GE Life Science | 17-1440-03 | |
| HBSS | Corning | 21-022-CV |
References
- Vivier, E., Tomasello, E., Baratin, M., Walzer, T., Ugolini, S. Functions of natural killer cells. Nat. Immunol. 9, 503-510 (2008).
- Zitvogel, L., Tesniere, A., Kroemer, G. Cancer despite immunosurveillance: immunoselection and immunosubversion. Nat. Rev. Immunol. 6, 715-727 (2006).
- Arina, A., et al. Cellular liaisons of natural killer lymphocytes in immunology and immunotherapy of cancer. Expert. Opin. Biol. Ther. 7, 599-615 (2007).
- Manilay, J. O., Sykes, M. Natural killer cells and their role in graft rejection. Curr. Opin. Immunol. 10, 532-538 (1998).
- Raulet, D. H., Vance, R. E. Self-tolerance of natural killer cells. Nat. Rev. Immunol. 6, 520-531 (2006).
- Chouaib, S., et al. Improving the outcome of leukemia by natural killer cell-based immunotherapeutic strategies. Front Immunol. 5, 95 (2014).
- Dulphy, N., et al. Underground Adaptation to a Hostile Environment: Acute Myeloid Leukemia vs. Natural Killer Cells. Front Immunol. 7, 94 (2016).
- Tran, J., Kung, S. K. Lentiviral vectors mediate stable and efficient gene delivery into primary murine natural killer cells. Mol. Ther. 15, 1331-1339 (2007).
- Maasho, K., Marusina, A., Reynolds, N. M., Coligan, J. E., Borrego, F. Efficient gene transfer into the human natural killer cell line, NKL, using the Amaxa nucleofection system. J. Immunol. Methods. 284, 133-140 (2004).
- Trompeter, H. I., Weinhold, S., Thiel, C., Wernet, P., Uhrberg, M. Rapid and highly efficient gene transfer into natural killer cells by nucleofection. J. Immunol. Methods. 274, 245-256 (2003).
- Becknell, B., et al. Efficient infection of human natural killer cells with an EBV/retroviral hybrid vector. J. Immunol. Methods. 296, 115-123 (2005).
- Jiang, K., et al. Syk regulation of phosphoinositide 3-kinase-dependent NK cell function. J. Immunol. 168, 3155-3164 (2002).
- Burshtyn, D. N., et al. Conserved residues amino-terminal of cytoplasmic tyrosines contribute to the SHP-1-mediated inhibitory function of killer cell Ig-like receptors. J. Immunol. 162, 897-902 (1999).
- Schroers, R., et al. Gene transfer into human T lymphocytes and natural killer cells by Ad5/F35 chimeric adenoviral vectors. Exp. Hematol. 32, 536-546 (2004).
- Imai, C., Iwamoto, S., Campana, D. Genetic modification of primary natural killer cells overcomes inhibitory signals and induces specific killing of leukemic cells. Blood. 106, 376-383 (2005).
- Denning, W., et al. Optimization of the transductional efficiency of lentiviral vectors: effect of sera and polycations. Mol. Biotechnol. 53, 308-314 (2013).
- Lamers, C. H., Willemsen, R. A., Luider, B. A., Debets, R., Bolhuis, R. L. Protocol for gene transduction and expansion of human T lymphocytes for clinical immunogene therapy of cancer. Cancer Gene Ther. 9, 613-623 (2002).
- Campeau, E., et al. A versatile viral system for expression and depletion of proteins in mammalian cells. PLoS. ONE. 4, e6529 (2009).
- Segura, M. M., Garnier, A., Durocher, Y., Ansorge, S., Kamen, A. New protocol for lentiviral vector mass production. Methods Mol. Biol. 614, 39-52 (2010).
- Rajasekaran, K., et al. Signaling by Fyn-ADAP via the Carma1-Bcl-10-MAP3K7 signalosome exclusively regulates inflammatory cytokine production in NK cells. Nat. Immunol. 14, 1127-1136 (2013).
- Regunathan, J., Chen, Y., Wang, D., Malarkannan, S. NKG2D receptor-mediated NK cell function is regulated by inhibitory Ly49 receptors. Blood. 105, 233-240 (2005).
- Awasthi, A., et al. Rap1b facilitates NK cell functions via IQGAP1-mediated signalosomes. J. Exp. Med. 207, 1923-1938 (2010).
- Rajasekaran, K., et al. Transforming Growth Factor-{beta}-activated Kinase 1 Regulates Natural Killer Cell-mediated Cytotoxicity and Cytokine Production. J Biol. Chem. 286, 31213-31224 (2011).
- Wolkowicz, R., Nolan, G. P., Curran, M. A. Lentiviral vectors for the delivery of DNA into mammalian cells. Methods Mol. Biol. 246, 391-411 (2004).
- Sutlu, T., et al. Inhibition of intracellular antiviral defense mechanisms augments lentiviral transduction of human natural killer cells: implications for gene therapy. Hum. Gene Ther. 23, 1090-1100 (2012).
- Cornetta, K., Anderson, W. F. Protamine sulfate as an effective alternative to polybrene in retroviral-mediated gene-transfer: implications for human gene therapy. J. Virol. Methods. 23, 187-194 (1989).
- Toyoshima, K., Vogt, P. K. Enhancement and inhibition of avian sarcoma viruses by polycations and polyanions. Virology. 38, 414-426 (1969).
- Jensen, M., et al. The bi-specific CD3 x NCAM antibody: a model to preactivate T cells prior to tumour cell lysis. Clin. Exp. Immunol. 134, 253-263 (2003).
