Nous décrivons ici un protocole afin d’étudier la cytotoxicité des CD8 pré-activé+ T les cellules contre les cellules cancéreuses en détectant l’apoptose cancer cellules via en temps réel la microscopie. Ce protocole peut enquêter sur les mécanismes à l’origine myéloïde cellulaire induite par des lymphocytes T suppression et évaluer composés visant à reconstituer T cellules via blocus des cellules myéloïdes suppresseurs immunitaires.
Potentialisation de la capacité de tumeur-massacre des CD8+ T les cellules des tumeurs, ainsi que de leur infiltration tumorale efficace, est un élément clé du succès immunothérapies. Plusieurs études ont montré que les cellules myéloïdes infiltrantes de tumeur (par exemple, les cellules myéloïdes dérivés suppresseur (MDSCs) et macrophages associées à la tumeur (EAPV)) suppriment cytotoxicité des CD8+ T des cellules dans le microenvironnement tumoral et ce ciblage ces cellules myéloïdes réglementaires peuvent améliorer les immunothérapies. Nous présentons ici un système de test in vitro pour évaluer les effets suppressifs immunitaires monocytaire-MDSCs et TAMs sur la capacité de tumeur-massacre des CD8+ T des cellules. À cette fin, nous avons cultivé tout d’abord naïve splénique CD8+ T cellules avec les activant anticorps anti-CD3/CD28 en présence ou en absence de cellules suppressives et puis conjointement mis en culture les cellules T pré-activé avec cibler les cellules cancéreuses en présence d’un fluorogène substrat de caspase-3. Fluorescence du substrat dans les cellules cancéreuses a été détectée par microscopie de fluorescence en temps réel comme un indicateur de l’apoptose des cellules tumorales de lymphocytes induite. Dans cet essai, nous pouvons détecter avec succès l’augmentation de l’apoptose des cellules tumorales par CD8+ T les cellules et sa répression par pré-culture avec TAMs ou MDSCs. Cette analyse fonctionnelle est utile pour l’étude des CD8+ T cell des mécanismes de répression par des cellules myéloïdes réglementaires et identification de cibles thérapeutiques pour la surmonter par l’intermédiaire de criblage à haut débit.
Il est connu que CD8+ T cellules peuvent d’éliminer les cellules tumorales lorsqu’elles exercent leur cytotoxicité complet. Après l’activation du récepteur des lymphocytes T (TCR), CD8+ T les cellules prolifèrent et se différencient en cellules effectrices cytotoxiques. Le CD8 activés et élargie+ T cellules sécrètent des granules cytotoxiques, y compris la perforine et granzymes, qui sont transférés dans des cellules cibles et initient diverses voies lytiques comme caspase-3 médiée par apoptose1. CD8+ T cellules peuvent également induire l’apoptose des cellules tumorales en activant les récepteurs sur les cellules cibles, tels que les récepteurs de facteur de nécrose tumorale-α (TNF-α), premiers apoptosis signal ligand (FasL) ou TNF-related induisant l’apoptose ligand (TRAIL). En outre, les CD8 activés+ T cellules sécrètent l’interféron-γ (IFN-γ) qui peut supprimer la prolifération des cellules tumorales et accroître la sensibilité des cellules tumorales aux CD8+ T des cellules via la régulation de FasL récepteur1. Vu le potentiel de CD8+ T capacité de mise à mort de tumeur, plusieurs stratégies pour stimuler leur cytotoxicité (p. ex., inhibiteurs de point de contrôle, la vaccination du cancer et transfert adoptif du récepteur de l’antigène chimérique (voiture) exprimant des lymphocytes T) ont été établis et illustré d’important effets thérapeutique sur certains types de cancer2. Cependant, accumulant les preuves suggère qu’immunitaires infiltrant-tumeur des cellules comme les lymphocytes T régulateurs, suppresseur myéloïde dérivées des cellules (MDSCs) et macrophages associées à la tumeur (EAPV) peuvent supprimer CD8+ T fonctions des cellules et limitent l’efficacité des immunothérapies3,4,5. Pour améliorer ces immunothérapies, il est important de comprendre la limite de cellules immunitaires comment suppresseurs CD8+ la cytotoxicité des lymphocytes T. L’identification des CD8+ des lymphocytes T des mécanismes de répression ainsi que des cibles thérapeutiques pour la surmonter, il faudra le développement et l’utilisation des essais in vitro.
La méthode de l’étalon-or de mesure CD8+ la cytotoxicité des lymphocytes T est le test de libération de chrome dans lequel la sortie de la sonde radioactive (51Cr), de la cible des cellules qui sont lysées par CD8+ T des cellules, est déterminée6. Cependant, ce dosage a plusieurs inconvénients, notamment une sensibilité relativement faible, ambiants, incapacité à détecter les événements apoptotiques précoces, problèmes d’élimination dangereux et compatibilité limitée avec la manipulation de liquides automatique et détection de soutenir applications de débit plus élevées. Une autre méthode commune est analyses de cytométrie de flux des flux dans lequel l’apoptose des cellules tumorales cible est détectée par annexine V liaison7. Dans ce test, il est possible de détecter d’autres paramètres tels que la mort des cellules cibles à l’aide de l’iodure de propidium (PI) ou 7-aminoactinomycine D (7-AAD) et activation des cellules effectrices indiqué par l’expression CD107a ou CD69, en plus de l’apoptose dans les cellules cibles7 . Toutefois, ce test nécessite un grand nombre de cellules suppressives par rapport à l’essai de version de Chrome. Il exige également le détachement et la ventilation des cellules cibles adhérentes et cela peut fausser les résultats. En effet, le chrome version test ou test de cytométrie en flux ne sont pas couramment utilisés pour étudier les effets sur les cellules sur des fonctions des lymphocytes T suppresseurs. Au lieu de cela, la mesure de la prolifération des lymphocytes T indiquée par dilution d’un colorant fluorescent (p. ex., CFSE) pré-chargés dans les cellules T est fréquemment utilisée pour évaluer l’inhibition des CD8+ la fonction des cellules T par les cellules suppressives. Détection de la production d’IFN-γ provenant des cellules T est une autre méthode standard pour évaluer les effets des cellules suppressives sur l’activation de lymphocytes T8,9. Toutefois, les résultats de ces essais ne correspondent pas nécessairement à la cellule cible, tuant la capacité des CD8+ T des cellules.
Nous présentons ici un autre test fonctionnel afin d’évaluer les effets des cellules suppressives, notamment les macrophages dans les tumeurs métastatiques, sur la cytotoxicité des CD8+ T des cellules. Cette méthode détermine la cytotoxicité des CD8+ T, préalablement cultivées avec ou sans les cellules suppressives en présence d’anticorps anti-CD3/CD28 activation par détection de l’apoptose des cellules tumorales, les cellules indiquent par fluorescence d’un fluorogène caspase-3 substrat à l’aide de6 automatisé time-lapse microscopie (Figure 1). Ce protocole a plusieurs avantages par rapport aux autres méthodes ; Il nécessite seulement un petit nombre de cellules, permet de détecter la mort des cellules tumorales adhérentes à haute sensibilité, peut l’image interaction effecteurs-cible en temps réel et se prête au criblage à haut débit.
Dans ce protocole, métastases associées aux macrophages (SMMA) et leurs ancêtre monocytaire-MDSCs (M-MDSCs) isolés de tumeurs métastatiques chez les souris sont utilisées comme cellules suppressives. Dans des modèles murins de cancer du sein métastatique, une population distincte des macrophages caractérisé comme F4/80hauteLy6G–CD11bhauteLy6Cfaible s’accumule dans le poumon contenant des tumeurs métastatiques. Cette population de macrophage est rarement trouvée dans le poumon normal et donc appelée macrophages associées aux métastases (SMMA)10. Dans ces modèles de souris, un autre myéloïde cellule population, définie aussi F4/80hauteLy6G–CD11bhauteLy6Chaute, aussi s’accumule surtout dans le poumon métastatique où elle donne naissance à SMMA11. Selon leurs caractéristiques, les CD11bhauteLy6Chaute MAM cellules progénitrices pourraient représenter M-MDSCs12.
Cette méthode repose sur deux étapes distinctes de co-culture : co-culture CD8+ T de cellules avec des cellules suppressives potentiels, et co-culture le CD8 « pré-conditionnés »+ T cells avec cellules tumorales de cible (Figure 1). La première étape de co-culture est tout à fait similaire à celle des CD8+ T cell tests de prolifération habituellement utilisées pour déterminer l’effet des cellules suppressives sur CD8+ la fonction des cellules T. Toutefois, la prolifération des cellules T n’est pas toujours corrélée avec leur cytotoxicité. Par exemple, nous avons trouvé cette culture mixte avec M-MDSCs ou SMMA a augmenté plutôt que réduit la prolifération des CD8+ T cellules en présence de CD3/CD28, activation des anticorps (supplémentaire Figure 3), tandis que ceux-ci pré-conditionnés CD8+ T cells a démontré réduit cytotoxicité contre les cellules cancéreuses de cible (Figure 4, Figure 5, Figure 6). Ces résultats soulignent l’importance de l’évaluation de l’activité fonctionnelle, témoigne de l’apoptose cellulaire du cancer cible, offert par cette CD8+ test de cytotoxicité des lymphocytes T.
Dans ce test, nous avons identifié que CD8+ T des cellules nécessite environ 15 h de culture mixte afin d’induire l’apoptose maximale des cellules de tumeurs mammaires de souris E0771-LG (Figure 5). Ce retard pourrait s’expliquer par le décalage entre le premier contact des cellules effectrices avec cibles et accompagnent la formation des synapses immunitaire, ainsi que temps nécessaire pour induire des signaux apoptotic dans des cibles tel que mesuré par l’activation de la caspase-3 (supplémentaire Movie 1 ). Nous avons également identifié que le nombre de cellules tumorales apoptotiques atteint un plateau après 24 h, ce qui est probablement dû à l’élimination des cibles par les cellules T et/ou une perte de signal fluorescent des cellules mortes. Cette capacité à identifier l’heure de pointe l’apoptose est un avantage majeur de ce test car la détermination d’un point temporel optimal est importante pour des comparaisons appropriées entre les différentes conditions. Dans notre cas, par exemple, la différence de cytotoxicité entre contrôle CD8+ T cellules et CD8 MDSC/MAM-instruits+ T cellules était beaucoup plus grande à 15-18 h par rapport à 72 h (Figure 5), et donc un point de terminaison expérimenter en utilisant une période d’incubation de 72 h produirait des résultats trompeurs.
Cette méthode permet aussi la visualisation de l’interaction en temps réel de cellules effectrices à l’objectif, qui fournirait les mieux informés sur le mécanisme sous-jacent de cytotoxicité limitée de CD8+ T cellules préalablement incubées avec cellules suppressives. Par exemple, nous avons constaté que CD8+ T cellules préalablement incubées avec M-MDSCs ou SMMA rencontrées et interagissent avec les cellules de tumeur de cibles mais n’a pas toujours induit l’apoptose (supplémentaire film 4 et 5 de film supplémentaire, supplémentaires film 6). Bien que nous n’ont pas quantifié cet événement, il serait faisable et intéressant de quantifier et de comparer la proportion de rencontres et de leur temps d’interaction en corrélation avec l’induction de l’apoptose. Un autre avantage majeur est que cette méthode nécessite un petit nombre de cellules (par exemple, 1 x 103 de la cible) et 4 x 103 des cellules effectrices par puits. En fait, ce protocole peut être davantage miniaturisé pour le format de plaque 384 puits si vous le souhaitez. Par conséquent, ce dosage est approprié pour les expériences et le criblage à haut débit où le nombre de cellules est limité telles que in vitro tests utilisant des cellules précieux dérivé d’in vivo ou ex vivo des échantillons.
En revanche, une limitation du test actuel est la présence d’un nombre important de cellules effectrices morts dans certaines conditions. Afin d’augmenter la précision en distinguant l’apoptose des cellules cancéreuses cible de celle des effecteurs CD8+ T cells, les noyaux de cellules sont étiquetés de cible et une restriction de taille (ce qui exclut les cellules effectrices) est appliquée pour l’analyse des données dans le présent des noyaux dosage (Figure 2). Cependant, il y a certains cas où les cellules de recouvrement au moyen d’agrégats d’apoptose (vert) CD8+ T sur non-apoptotique cibler les cellules cancéreuses, qui peuvent entraîner des résultats. Cette limitation pourrait être atténuée par l’utilisation d’une colonne de suppression des cellules mortes sur avant les cellules effectrices co-culture avec des cellules tumorales cible, en supposant qu’un nombre suffisant de cellules effectrices est disponible. Avec des systèmes plus complexes de microscopie, il est également possible de réduire le signal positif faux en les marquant l’effecteur CD8+ T les cellules avec un fluorophore distingue les noyaux de cellules de cible et de la caspase-3 un substrat fluorogène.
Jusqu’ici, ce protocole a été utilisé pour étudier l’activation de non spécifiques de l’antigène de CD8+ T des cellules. Bien que MDSCs et TAMs dans le microenvironnement tumoral suppriment les fonctions des lymphocytes T par l’intermédiaire de mécanismes non spécifiques de l’antigène, MDSCs dans les tissus lymphoïdes périphériques suppriment les lymphocytes T à un antigène spécifique de manière18. Pour étudier les fonctions suppresseurs immunitaires de ces types de cellules, un test de prolifération in vitro à l’aide de CD8+ T cells d’OT-1 souris transgéniques est couramment utilisé. Dans ce test, les cellules d’OT-1 T (exprimant le récepteur de cellules T spécifiques de l’ovalbumine (OVA)) sont conjointement cultivées avec suppresseur MDSCs en présence de peptides d’ovules, qui s’applique pour la première culture dans notre test de cytotoxicité (i.e., activation de T cells dans la présence ou l’absence de suppresseurs). Il est également possible de manipuler de cibler les cellules cancéreuses pour exprimer les ovules, ce qui peuvent induire la mort cellulaire du cancer spécifique de l’antigène par les cellules OT-1 T. Donc, le dosage permettra également aux enquêtes de la MAM/MDSC-mediated suppression d’activation des cellules T spécifiques de l’antigène. Il est également possible d’appliquer le test afin d’enquêter sur des cellules humaines, comme l’activation anticorps contre humain CD3 et CD28 sont disponibles dans le commerce, et un protocole d’isoler TAMs humaines provenant d’échantillons cliniques a été établi19.
Collectivement, ce dosage est très polyvalent et peut être utilisé pour examiner la cytotoxicité des autres types de cellules immunitaires. Actuellement, dans nos laboratoires, il est étendu afin d’examiner la cytotoxicité cellulaire dépendante de l’antigène dans diverses conditions et est également en cours d’élaboration pour un débit élevé de dépistage.
The authors have nothing to disclose.
Ce travail a été soutenu par des subventions de la Fondation Wellcome Trust (101067/Z/13/Z (GTM), 109657/Z/15/Z (TK), 615KIT/J22738 (TK), UK) et le MRC (MR/N022556/1 (GTM, TK), UK). CNP et DDS souligner le soutien de l’Initiative nationale de phénotypique Screening Centre Phenomics découverte et Cancer Research UK (CNP)
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 |