Summary

וזמינותו Cytotoxicity מבוססי Cytometry זרימה להערכה של פעילות תאי NK אנושי

Published: August 09, 2017
doi:

Summary

שיטה מבוססת cytometry זרימה כדי לקבוע באופן כמותי את הפעילות ציטוטוקסיות של תאים אנושיים של הרוצח הטבעי מוצגים כאן.

Abstract

בתוך מערכת החיסון המולדת, לימפוציטים המכונה תאים הטבעיים (NK) רוצח ממלאות תפקיד חיוני בהגנה מארח נגד תאי סוטה, במיוחד חיסול tumoral ו לשווק נגוע תאים. פגמים monogenic ידוע כ-30, יחד עם שורה של מצבים פתולוגיים אחרים, לגרום מחסור התא NK תפקודית או קלאסי, מתבטא ב מופחתת או נעדר ציטוטוקסיות פעילות. מבחינה היסטורית, cytotoxicity נחקר בשיטות רדיואקטיביות, אשר הם מסוכנים, מסורבל ויקר. מאמר זה מתאר שיטה מבוססת cytometry זרימה יעילה, ישים קלינית לכמת פעילות ציטוטוקסיות התא NK. זה assay, תאי תאי דם היקפיים (PBMCs) או מטוהרים ההכנות התא NK הם שיתוף incubated-יחסים שונים עם קו תא הגידול יעד ידוע להיות רגישים NK תאית cytotoxicity (NKCC). התאים היעד הם מראש עם תוויות עם הפלורסנט כדי לאפשר האפליה מתאי אפקטור (תאי NK). לאחר תקופת דגירה, התאים היעד ההרוגים מזוהים על ידי כתם חומצת גרעין, וחוקר במיוחד תאים מתים. שיטה זו היא נוטה גם אבחון המחקר והיישומים, הודות ליכולות פרמטר מרובה של cytometry זרימה, יש יתרון נוסף של פוטנציאל המאפשר ניתוח עמוק של פנוטיפ התא NK ותפקוד.

Introduction

תאים (NK) רוצח טבעי הם תת-קבוצה מתוחכם של לימפוציטים אנושיים מולדת אנושות מעורב חיסול של תאים נגועים לשווק, טרנספורמציה תאים אחרים איומים פתוגניים 1,2. תאי NK בגרגרים lytic בית חלבונים ציטוטוקסיות, כגון perforin ו- granzymes. בעת ההפעלה, תאי NK טופס באינטראקציה מורכבת עם המטרות שלהם הידוע בשם סינפסה חיסוניות, לפיה מולקולות cytolytic אלה מתפרסמים באופן מקומי, וכתוצאה מכך פירוק תא היעד הישיר אפופטוזיס, יחד עם שחרור ציטוקינים ו כימוקין, בסופו של דבר ב- אינדוקציה של דלקתיות המדינה 1,3,4.

הפעלת התא NK כרוך מחרוזת המורכבת של מפעיל, מעכבות האינטראקציות בין NK התא קולטנים ליגנדים באה לידי ביטוי על פני השטח של התאים היעד, ויוצרים מערכת מוסדרת בחוזקה. אחד המנגנונים הכי נחקרות של הפעלת תאי NK הוא חסר ה”עצמי”. אכן, חוסר זיהוי של מחלקה שאני רס ן histocompatibility מורכבים (MHC), או מולקולות של אנטיגן (הלע) לויקוציטים אנושיים, על נגוע או טרנספורמציה המפעילים תאי NK תא cytotoxicity. גידול של תאים הנגועים בנגיף בדרך כלל downregulate אנטיגנים אלה כדי להימלט חסינות T תאית, וכך להפוך NK ראשי תא מטרות 1,3,4.

הערכה של תפקוד תאי NK היא בעיקר מחולקת degranulation או cytotoxicity מבחני. עם זאת, מבחני degranulation, כגון זרימת cytometric זיהוי של דה מרקר הקשורים degranulation CD107a, הם רק מעיד של הפעלת תאי NK ולא של תפקידם האולטימטיבי, ההרג הישיר של היעד תאים 5,6,7,8. לפיכך, מגבלה זו יש נמשך החוקרים מבחני cytotoxicity כתחליף לספר יותר, ישירה יותר.

ותיק “תקן הזהב” להערכת פעילות ציטוטוקסיות תאית של תאי T ו- NK היא וזמינותו שחרור כרום (CRA). CRA כרוך radioactively תיוג של התאים היעד עם 51Cr משותפת המקננת בהם עם תאים אפקטור. זה וזמינותו ספוגים העיקרון שהזה פירוק התא תוצאות במהדורה של חלבון מכורך 51Cr לתוך תגובת שיקוע, אשר נמדד על ידי סופר גמא. זה וזמינותו, בזמן יעיל, הוא בעייתי עבור מגוון סיבות: עלויות חומרים גבוה, טיפול, סילוק של רדיואקטיבי 51Cr, לשחרור ספונטני של 51Cr ו תקינה קשה – שהופך אותו לגמרי מעשי 9,10.

מאז פותחו מספר מבחני שאינו רדיואקטיבי, מעורבים תיוג פלורסנט, שחרור אנזים ו ביולומינסנציה אפילו, כחלופות CRA 11,12,13,14. נתאר כאן שיטה מבוססת cytometry זרימה למדידת NK תא ציטוטוקסיות פעילות התאים היעד K562 פשוט, רגיש, וניתן לשחזור. K562 תאים הם תא אנושי erythroleukemic קו עם ביטוי מופחתת של הכיתה הלע ביטוי מוגבר של ליגנדים עבור רצפטורים NK activatory, מה שהופך אותם רגישים במיוחד NK cytotoxicity תאית 15ואני. זה assay, K562 תאים מסומנים מראש עם אסתר succinimidyl diacetate carboxyfluorescein (CFSE) תרבותי משותף-יחסי שונים עם תאי תאי או דם היקפיים (PBMCs) או מטוהרים תאי NK 1. CFSE הוא צבע פלורסנט יציב, מחייב חלבון המאפשר אפליה של התאים היעד מ 16,של תאי NK אפקטור17. לאחר שיתוף הדגירה, כתם חומצת גרעין, במיוחד המגובש הקרום של תאים מתים, משמש לזיהוי תאי היעד נהרג (ראה טבלה של חומרים). הדגימות נרכשים ואז על cytometer זרימה כדי לקבוע את אחוז המלח (קרי, הכתם +) CFSE + התאים היעד.

Assay הזה יכול לשמש הקרנה אבחון שגרתי על פגמים monogenic להשפיע על תא התא NK, אשר יש כ 30 פגם ידוע גורם תפקודית או קלאסי NK תא מחסור, ועל lymphohistiocytosis hemophagocytic ראשית או משנית. זה שימושי גם לחקור את פעילות תאי NK בחולים עם זיהומים נגיפיים הרפס חוזרים ונשנים, חמור, כדי להעריך את שיחזור המערכת החיסונית לאחר השתלת תא hematopoietic או פוסט immunomodulatory טיפול 18,19,20, ועבור שורה של יישומי מחקר בסיסי.

Protocol

Samples were collected according to the ethical guidelines established by the UCLA Human Research Protection Program and IRB approved. 1. Preparation of reagents NOTE: Unless otherwise stated, all reagents should be allowed to equilibrate at room temperature prior to use. All reagents must remain sterile. Prepare a 2x working solution of Tween-20 (i.e., 0.2%) by adding 10 µL of Tween-20 solution to 5 mL of phosphate-buffered saline (PBS) withou…

Representative Results

לפני הגדרת וזמינותו, מומלץ מאוד כי תוכן התא NK להידרש באוכלוסייה אפקטור של בחירה. איור 1 מציג צביעת CD56 טיפוסית לפני (תכלת) ואחרי העשרה התא NK (אדום). תאי NK מהווים עד 15% PBMCs, צריך להיות לפחות 80% טהור לאחר העשרה. ניתוח תזרים cytometric ב a…

Discussion

השיטה המתוארת כאן מספק אלטרנטיבה פשוטה וחסכונית מסורתי 51Cr שחרור הנועד להעריך התא NK פעילות ציטוטוקסיות. בשיטה זו הוא רגיש, הדירים פחות זמן רב יותר בשיטות הרגילות הקודם, כמו CRA, יכול לשמש עבור שניהם קליני, מחקר יישומי.

בעוד וזמינותו עובד עם PBMCs הכולל וגם תאי NK מועשר, האפשר?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

ברצוננו להודות ג’יל Narciso, UCLA מרכז Immunogenetics, על הסיוע עם הכנת כתב היד.

Materials

Phosphate-buffered Saline (1x, w/o Ca2+ and Mg2+) Corning (Cellgro) 21-040-CM
Ficoll-Paque PLUS GE Healthcare 17-1440-02
Tween-20 Sigma BP337-100
RPMI 1640 Media Corning (Cellgro) 10-040-CV
Heat-inactivated Fetal Bovine Serum Omega Scientific FB-02
Penicillin Streptomycin Life Technologies 15140-163 Stock solution at 10,000 U/mL
IL-2 R&D Systems 202-IL-050 Lyophilized from a 0.2 μm filtered solution in Acetonitrile and TFA with BSA as a carrier protein. Reconstitute with 500 ul at 100 μg/mL in sterile 100 mM Acetic Acid containing at least 0.1% bovine serum albumin (2.1x10E6 IU/ml)
K562 Cells ATCC CCL-243 Cancer cell line 
T-75 cell culture flasks Corning 431464
CFSE cell proliferation kit Life Technologies (CellTrace) C34554 Reconstitute I vial with 18 ul DMSO to prepare a 5mM stock solution. Do not freeze/thaw.
Sytox Red Life Technologies S34859 Stock solution is provided at 5 μM in 1 mL DMSO. The DMSO solution may be subjected to multiple freeze-thaw cycles without reagent degradation.
Sodium/lithium heparin blood collection tubes BD 02-687-95
U-bottom 96-well plate Corning CLS3897
Serological pipettes BD Falcon
Polystyrene round-bottom tubes (5mL) BD Falcon 14959-5
50 mL polypropylene conical tube BD Falcon 352070
15 mL polypropylene conical tube BD Falcon 352097
Reagent reservoir USA Scientific 2321-2230
Human NK cell enrichment cocktail StemCell Technologies (RosetteSep) 15065

References

  1. Iannello, A., Debbeche, O., Samarani, S., Ahmad, A. Antiviral NK cell responses in HIV infection: I. NK cell receptor genes as determinants of HIV resistance and progression to AIDS. J Leukoc Biol. 84 (1), 1-26 (2008).
  2. Caligiuri, M. A. Human natural killer cells. Blood. 112 (3), 461-469 (2008).
  3. Topham, N. J., Hewitt, E. W. Natural killer cell cytotoxicity: how do they pull the trigger?. Immunology. 128 (1), 7-15 (2009).
  4. Warren, H. S., Smyth, M. J. NK cells and apoptosis. Immunol Cell Biol. 77 (1), 64-75 (1999).
  5. Tognarelli, S., Jacobs, B., Staiger, N., Ullrich, E. Flow Cytometry-based Assay for the Monitoring of NK Cell Functions. J Vis Exp. (116), (2016).
  6. Somanchi, S. S., McCulley, K. J., Somanchi, A., Chan, L. L., Lee, D. A. A Novel Method for Assessment of Natural Killer Cell Cytotoxicity Using Image Cytometry. PLoS One. 10 (10), e0141074 (2015).
  7. 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).
  8. Atkinson, E. A., Gerrard, J. M., Hildes, G. E., Greenberg, A. H. Studies of the mechanism of natural killer (NK) degranulation and cytotoxicity. J Leukoc Biol. 47 (1), 39-48 (1990).
  9. Kim, G. G., Donnenberg, V. S., Donnenberg, A. D., Gooding, W., Whiteside, T. L. A novel multiparametric flow cytometry-based cytotoxicity assay simultaneously immunophenotypes effector cells: comparisons to a 4 h 51Cr-release assay. J Immunol Methods. 325 (1-2), 51-66 (2007).
  10. Kane, K. L., Ashton, F. A., Schmitz, J. L., Folds, J. D. Determination of natural killer cell function by flow cytometry. Clin Diagn Lab Immunol. 3 (3), 295-300 (1996).
  11. Jang, Y. Y., et al. An improved flow cytometry-based natural killer cytotoxicity assay involving calcein AM staining of effector cells. Ann Clin Lab Sci. 42 (1), 42-49 (2012).
  12. Korzeniewski, C., Callewaert, D. M. An enzyme-release assay for natural cytotoxicity. J Immunol Methods. 64 (3), 313-320 (1983).
  13. Karimi, M. A., et al. Measuring cytotoxicity by bioluminescence imaging outperforms the standard chromium-51 release assay. PLoS One. 9 (2), e89357 (2014).
  14. Oppenheim, D. E., et al. Glyco-engineered anti-EGFR mAb elicits ADCC by NK cells from colorectal cancer patients irrespective of chemotherapy. Br J Cancer. 110 (5), 1221-1227 (2014).
  15. West, W. H., Cannon, G. B., Kay, H. D., Bonnard, G. D., Herberman, R. B. Natural cytotoxic reactivity of human lymphocytes against a myeloid cell line: characterization of effector cells. J Immunol. 118 (1), 355-361 (1977).
  16. Jedema, I., van der Werff, N. M., Barge, R. M., Willemze, R., Falkenburg, J. H. New CFSE-based assay to determine susceptibility to lysis by cytotoxic T cells of leukemic precursor cells within a heterogeneous target cell population. Blood. 103 (7), 2677-2682 (2004).
  17. Lecoeur, H., Fevrier, M., Garcia, S., Riviere, Y., Gougeon, M. L. A novel flow cytometric assay for quantitation and multiparametric characterization of cell-mediated cytotoxicity. J Immunol Methods. 253 (1-2), 177-187 (2001).
  18. Carotta, S. Targeting NK Cells for Anticancer Immunotherapy: Clinical and Preclinical Approaches. Front Immunol. 7, 152 (2016).
  19. Mandal, A., Viswanathan, C. Natural killer cells: In health and disease. Hematol Oncol Stem Cell Ther. 8 (2), 47-55 (2015).
  20. Rezvani, K., Rouce, R. H. The Application of Natural Killer Cell Immunotherapy for the Treatment of Cancer. Front Immunol. 6, 578 (2015).
  21. Angelo, L. S., et al. Practical NK cell phenotyping and variability in healthy adults. Immunol Res. 62 (3), 341-356 (2015).
  22. Zons, P., et al. Comparison of europium and chromium release assays: cytotoxicity in healthy individuals and patients with cervical carcinoma. Clin Diagn Lab Immunol. 4 (2), 202-207 (1997).
  23. Yovel, G., Shakhar, K., Ben-Eliyahu, S. The effects of sex, menstrual cycle, and oral contraceptives on the number and activity of natural killer cells. Gynecol Oncol. 81 (2), 254-262 (2001).
  24. Laue, T., et al. Altered NK cell function in obese healthy humans. BMC Obes. 2, 1 (2015).
  25. Hazeldine, J., Lord, J. M. The impact of ageing on natural killer cell function and potential consequences for health in older adults. Ageing Res Rev. 12 (4), 1069-1078 (2013).

Play Video

Cite This Article
Kandarian, F., Sunga, G. M., Arango-Saenz, D., Rossetti, M. A Flow Cytometry-Based Cytotoxicity Assay for the Assessment of Human NK Cell Activity. J. Vis. Exp. (126), e56191, doi:10.3791/56191 (2017).

View Video