פרוטוקול לחקר אירועים המונעים על ידי FcγRIIIa על ידי נוגדנים טיפוליים בתאי הרג טבעיים אנושיים מתואר כאן. פלטפורמת גירוי מלאכותית זו מאפשרת חקירה של פונקציות אפקט במורד הזרם כגון degranulation, ייצור chemokine / ציטוקינים, ומסלולי איתות בתיווך FcγRIIIa וחלקי Fc של נוגדנים המעורבים בכריכה.
מנגנון פעולה אחד ליעילות קלינית על ידי נוגדנים טיפוליים הוא קידום פונקציות הקשורות למערכת החיסון, כגון הפרשת ציטוקינים וציטוקסיות, המונעים על ידי FcγRIIIa (CD16) המתבטאים בתאי רוצח טבעי (NK). תצפיות אלה הובילו למחקר המתמקד בשיטות להגברת אירועים בתיווך קולטן Fc, הכוללים הסרת moiety fucose נמצא על החלק Fc של הנוגדן. מחקרים נוספים בהירו את השינויים המכניסטיים באיתות, בתהליכים תאיים ובמאפיינים ציטוטוקסיים המגבירים את פעילות ADCC עם נוגדנים אפוקוסילים. בנוסף, מחקרים אחרים הראו את היתרונות הפוטנציאליים של נוגדנים אלה בשילוב עם מעכבי מולקולות קטנות. ניסויים אלה הדגימו את המנגנונים המולקולריים והתאים שבביד היתרונות של שימוש בנוגדנים אפוקוסילציה בהגדרות משולבות. רבות מהתצפיות הללו התבססו על בדיקת הפעלה במבחנה מלאכותית שבה הופעלה ה- FcγRIIIa על תאי NK אנושיים על ידי נוגדנים טיפוליים. בדיקת אסקור זו סיפקה את הגמישות לחקור פונקציות תא NK של אפקט במורד הזרם, כגון ייצור ציטוקינים ופירוק. בנוסף, נעשה שימוש ב- assay זה כדי לחקור מסלולי איתות ולזהות מולקולות שניתן לאפנן או לשמש כסמנים ביולוגיים. לבסוף, מולקולות טיפוליות אחרות (כלומר, מעכבי מולקולות קטנות) נוספו למערכת כדי לספק תובנות על השילוב של טיפולים אלה עם נוגדנים טיפוליים, החיוניים במרחב הקליני הנוכחי. כתב יד זה נועד לספק בסיס טכני לביצוע הפעלה מלאכותית זו של תאי NK אנושיים. הפרוטוקול מדגים שלבי מפתח להפעלת תאים וכן יישומים פוטנציאליים במורד הזרם הנעים בין קריאות פונקציונליות לתצפיות מכניות יותר.
במהלך העשורים האחרונים, יש התמקדות עצומה בפיתוח טיפולים ממוקדים בסרטן באמצעות נוגדנים. נוגדנים טיפוליים, כגון trastuzumab ו rituximab, פועלים באמצעות מנגנונים מרובים, כולל מניעת dimerization של מולקולות איתות וגיוס של המערכת החיסונית1,2. האחרון מושג באמצעות ציטוקסיה תאית תלוית נוגדנים (ADCC), שבה לימפוציטים הנקראים תאי רוצח טבעי (NK) מובאים לתא יעד על ידי הנוגדן1,2. על ידי הצבת התאים בסמיכות זה לזה, תא ה- NK מופעל ויכול ללזר תא גידול /מטרה באמצעות הפרשת מולקולות אפקט3.
ברמה המולקולרית, החלק Fab של הנוגדן קושר את האנטיגן הקוגנייט שלו המתבטא בתאי הגידול, בעוד חלק Fc שלה עוסק FcγRIIIa לידי ביטוי בתאי NK כדי להביא את שני התאים יחד1,2. לאחר מעורבות של FcγRIIIa, נתיבי איתות (כלומר, נתיבי MAPK ו PI3K) מניעים סידור מחדש של שלד ציטוקי, ייצור ציטוקינים וציטוקסיות4,5,6,7,8,9. לפיכך, ADCC הוא אירוע מונחה FcγRIIIa בתיווך תאי NK ונוגדנים.
מכיוון ש-ADCC נחשב למנגנון פעולה עבור נוגדנים טיפוליים אלה, החוקרים חיפשו שיטות להגדלת ADCC על ידי שינוי הנוגדן. שינוי אחד היה הסרת פוקוס בשרשרת אוליגוסכריד המחוברת לאספרגין 297, מה שמגביר את הזיקה המחייבת של חלק Fc של הנוגדן ל- FcγRIIIa10,11,12. במחקרים בבעלי חיים, עכברים שקיבלו נוגדנים אפוקוסילאטים הציגו צמיחה איטית יותר של הגידול בהשוואה לעכברים שטופלו בעמיתו הפוקוסילאט13. חשוב מכך, obinutuzumab (למשל, Gazyva, נוגדן אפוקוסילציה מאושר) הראה יעילות טובה יותר ביחס rituximab (למשל, Rituxan, עמיתו fucosylated) בחולים שאובחנו עם לוקמיה לימפוציטית כרונית או לימפומהזקיקית 14,15.
עד לאחרונה, המנגנונים שבביד ADCC מוגבר באמצעות נוגדנים אפוקוסילציה לא היו ידועים. בשילוב עם העובדה כי ישנן תוכניות מחקר רבות בפיתוח נוגדנים טיפוליים כדי להשתמש במנגנונים מונחי FcγRIIIa כדי למקד תאים סרטניים, חובה לפתח בדיקות במבחנה שבוחנים את ההיבטים המולקולריים והתאים שמקדמים נוגדנים אלה. זה מספק הבנה בסיסית של מנגנוני הפעולה, כמו גם את הפוטנציאל לגלות סמנים ביולוגיים. ככזה, בדיקת הפעלה מלאכותית פותחה כדי לחקור פונקציות תלויות נוגדנים FcγRIIIa בנוסף לאיתות ומאפיינים תאיים8. באמצעות מחקרים אלה, המנגנונים שבבסיס יעילות מוגברת של נוגדנים אפוקוסילציה הובהרו שבו זיקה מחייבת משופרת מגבירה איתות כדי לקדם תכונות הסלולר ומאפיינים ציטוטוקסיים8.
המגמה הנוכחית בניסויים קליניים היא שימוש בשילוב של מולקולות טיפוליות16. אחד המסלולים המוטציה הנפוצה ביותר הוא מסלול PI3K, אשר הניע מאמץ עצום בפיתוח מעכבי מולקולות קטנות כי היעד מרכיבים של מסלול זה17,18,19,20. עם זאת, האופן שבו מולקולות אלה פועלות בשילוב עם נוגדנים טיפוליים אינו ידוע יחסית, במיוחד בשילובים שבהם המעכב עשוי להשפיע על מולקולות הדורשות את מסלול PI3K כדי לתפקד, כגון אלה המונעים על ידי נוגדנים טיפוליים.
לכך, במבחנה אסייד המועסקת עבור מחקרי נוגדנים אפוקוסילאט שימש גם כדי ללמוד את השילוב של מעכבי PI3K ונוגדנים טיפוליים. מחקרים אלה הגדירו את המאפיינים המולקולריים של עיכוב PI3K על אירועים מונעי PI3K נוגדן טיפולי ותיארו כיצד נוגדנים אפוקוסילציה יכול לקזז את האובדן הזה של איתות9. ממצאים אלה רלוונטיים כאשר הם מעניקים הדרכה פוטנציאלית לעיצוב ניסויים קליניים. בנוסף, סדרה זו של ניסויים הובילה גם לתצפיות המתוארות הראשונות לוויסות קינטי של מסלול האיתות PI3K לווסת תמלול וייצור כימין / ציטוקינים, אשר עשוי לשמש סמנים ביולוגיים פוטנציאליים9.
הבדיקה המלאכותית של הפעלת הפריה ההפריה המשמשת להגדרת מאפייני האיתות והסלולר שתוארו לעיל תוכננה לחקור אירועים מונחי FcγRIIIa בתאי NK בתיווך נוגדנים בהיעדר תאי יעד. ללא תאי יעד במערכת, ניתן לייחס את כל אירועי האיתות והפונקציות שנצפו ישירות לתאי ה- NK. ב- assay המוצג, נוגדן מתווסף לתאי NK מטוהרים, ובשלב זה חלק Fc קושר את FcγRIIIa. זה ואחריו crosslinking של הנוגדן באמצעות נוגדן שרשרת אור אנטי אנושי כדי לעורר באופן מלאכותי את התאים. קישור צולב של הנוגדן מחקה כריכה של אנטיגן היעד כדי ליצור פלטפורמת איתות שמעוררת אירועי במורד הזרם. בהתאם לאורך הגירוי, החוקרים יכולים להעריך איתות, תהליכים תאיים, מאפיינים ציטוטוקסיים, ופונקציות אפקט8,9. באופן דומה, בדיקות אלה מספקות גם גמישות בחקר אירועים אלה כאשר נוגדנים משולבים עם מולקולות אחרות9.
יחד, זהו בסיס במבחנה אידיאלי לחקור נוגדנים טיפוליים המעוררים תגובות תאי NK באמצעות FcγRIIIa שלהם כחלק ממנגנון הפעולה. פרוטוקול זה מתאר את הביצועים של הפעלה במבחנה זו ומספק תובנה לגבי הקריאות השונות שניתן לבצע.
פרוטוקול זה מתאר שיטות לחקר אירועים המונעים על ידי FcγRIIIa בתאי NK בתיווך נוגדנים. טכניקות אלה מאפשרות הערכה של מנגנוני פעולה פוטנציאליים של נוגדנים טיפוליים, אשר מוצע להיות ADCC1,2. באופן ספציפי, שיטות אלה מספקות גמישות בחקר מסלולי איתות מולקולריים ותהליכים תאיים האחראים על ADCC. הם גם מאפשרים התבוננות של פונקציות משפיעות אחרות, כגון ייצור chemokine וציטוקינים. בנוסף, שיטות אלה מאפשרות זיהוי של סמנים ביולוגיים פוטנציאליים ומולקולות שעשויות להיות ממוקדות כדי לווסת את ADCC.
הבסיס לפרוטוקול זה הוא גירוי מלאכותי של תאי NK באמצעות FcγRIIIa עם נוגדנים בהיעדר תאי יעד. תאי יעד הקשורים לנוגדנים משמשים בדרך כלל לקידום הקישור הצולב של קולטני Fc כדי ליצור פלטפורמה המניעה אפקטים איתות ובמורד הזרם. במקום זאת, crosslinking מתבצע באמצעות נוגדן שרשרת אור אנטי אנושית ב- assay זה, תוך עקיפת הצורך בתאי יעד כדי לעורר את תאי NK. ללא תאי יעד, ניתן לייחס את התוצאות והתצפיות ישירות לתאי ה- NK, בהנחה שתהליך הטיהור מוצלח.
חשוב לציין, שימוש בנוגדן שרשרת אור אנטי אנושי כדי לחצות את הנוגדן אינו מפריע לזיקה המחייבת של חלק Fc עבור FcγRIIIa, אינטראקציה המכתיבה את עוצמתהתגובה 10,11,12,13. ואכן, מחקרים הראו כי נוגדנים אפוקוסילציה להגדיל ADCC בשל הזיקה המוגברת שלהם FcγRIIIa10,11,12,13. מחקרים מאוחרים יותר הראו כי זיקה מוגברת זו אינה מושפעת משרשרת האור האנטי-אנושית תחליף נוגדנים משני וניתן להשתמש בה כדי ללמוד את הבסיס ל- ADCC8מוגבר . כדי להבטיח שתא ה-NK מגורה באמצעות קישור צולב של הנוגדן, יש לכלול שני פקדים שליליים: 1) נוגדן טיפולי רק ללא נוגדן המשני של שרשרת האור האנטי-אנושית, ו-2) נוגדן שרשרת האור המשני נגד בני אדם בלבד. בשני המקרים, אין ליצור פונקציית איתות או אפקט.
שיטה זו מספקת גם גמישות לחקר ההשפעות של נוגדנים טיפוליים על מעכבי מולקולות קטנות. ניתן להוסיף את המדכא לפני הצלבה עם הנוגדן המשני, כך שלמשוכב יש זמן לתקוף את מטרתו. עם זאת, מחקרים צריכים להתבצע כדי לקבוע את הזמן האופטימלי של טיפול מקדים מעכב; לכן, המדכא יש השפעה מקסימלית על גירוי. עם זאת, החוקרים עשויים גם לבחור ללמוד את ההשפעות של מעכב לאחר גירוי. במקרה זה, המעכב עשוי להתווסף לאחר crosslinking כדי ללמוד כיצד הוא משפיע על אותות ותהליכים שכבר נוצרו. יחד, השיטה המתוארת כאן מספקת גמישות מקסימלית בחקר ההשפעות הקומבינטוריות של מעכבי מולקולות קטנות שונות עם נוגדנים טיפוליים.
כאמור, מגוון של קריאות ניתן לבצע לאחר גירוי. סופג מערבי יכול להתבצע כדי ללמוד איתות באמצעות SDS-PAGE ומערכות העברת ממברנה מספקים שונים. באופן דומה, ניתן להעריך ביטוי גנים גם בשיטות מיצוי RNA שונות, ריאגנטים של שעתוק הפוך וכלי ביטוי גנים. לבסוף, כתמים עבור חלבון תאי או חוץ תאי יכול להתבצע גם שבו דגימות ניתן לנתח באמצעות ציטומטרים זרימה שונים. עבור כתמי ציטוקינים תאיים ו- CD107a (שלב 3.4, אשר ניתן להעריך בו זמנית), יש להוסיף מונסין ו / או ברפלדין A כדי למקסם אותות. השתמשנו בפלטפורמות שונות עבור כל מטרה ניסיונית ועדיין ראינו תוצאות דומות. לכן, ניתן להשלים את השיטה עם ריאגנטים שונים, פלטפורמות, מכשירים, בהתאם למחקר.
זמן הקישור המקושר לגירוי יהיה תלוי במטרה של המחקר. אם מחקרי איתות רצויים, זמן גירוי הצלבה טיפוסי הוא בין 2 דקות ל -10 דקות. pAKT, pPRAS40 ו pERK1/2 פסגות הצטברות ב 2 דקות ונעלם לאחר 10 דקות8,9. עבור מחקרים פונקציונליים (כלומר, אלה מעורבים ייצור chemokine / ציטוקינים), תאים חייב להיות מגורה לפחות 30 דקות, בהתאם ניתוח9. ניתוח ביטוי גנים גם דורש בדרך כלל 30 דקות של גירוי9. יש לנקוט זהירות בעת שימוש בביטוי גנים RANTES כהקראה, כמו ייצור MRNA RANTES אינו תלוי בהפעלה תעתיק שכן הוא כבר מאוחסן בתאים לתרגום מהיר ושחרור של חלבון על גירוי25. Degranulation, לעומת זאת, דורש לפחות 3 שעות של גירוי. למרות תצפיות כלליות אלה, החוקרים צריכים לבצע מחקרים קינטיים כדי לקבוע את זמן הגירוי האופטימלי עבור מולקולות מסוימות של עניין.
באופן דומה, חוקרים צריכים titrate נוגדן של עניין כדי לקבוע את הריכוז האופטימלי כי נוגדנים עם פרטים שונים להיקשר FcγRIIIa עם זיקות שונות, גם אם הם מאותו איזוטיפ. לדוגמה, rituximab ו trastuzumab הם שניהם איזוטיפ IgG1 אבל trastuzumab נקשר חזק יותר פולימורפיזם valine של FcγRIIIa מאשר rituximab26,27. הבדל זה זיקה עלול להוביל להבדלים תפקודיים, כגון degranulation, כפי שנצפו במחקרים שפורסמו8.
קביעת הריכוז האופטימלי חשובה גם בגלל הזיקה הנמוכה שיש לחלק ה- Fc של הנוגדן עבור FcγRIIIa. זה עלול לגרום לשטוף את הנוגדן מאז הפרוטוקול כולל שטיפה צעדים לאחר כריכה של הנוגדן לקולטן Fc. הדבר עלול להוביל לחוסר רגישות בבחונים, כפי שעולה מהאחוז הנמוך של תאים חיוביים CD107a לאחר גירוי (איור 5). עם זאת, קביעת הריכוז האופטימלי צריכה לספק ביטחון כי התוצאות אינן נובעות מחוסר רגישות. בנוסף, התאים מופעלים בבירור בבדיקות הביוכימיות והתפקודיות המשתמשות בתאים בתפזורת לעומת קריאות תאים בודדים (איור 2, איור 3, איור 6).
הפרוטוקול מוגבל גם שכן הוא אינו מחקה לחלוטין את המתרחש מבחינה פיזיולוגית. נוגדן K האנטי-אנושי המשני המשמש הוא לחקות את הקישורים הצולבים הנוצרים על ידי אנטיגן היעד לידי ביטוי בתאים. כאן, כמות רוויה של נוגדן משני מתווספת כדי ליצור את התגובה המרבית. עם זאת, תאי יעד נפרדים יבטאו רמות שונות של אנטיגן, אשר ישפיעו על קישור צולב ותגובה. נכון לעכשיו, פלטפורמה זו אינה ממוטבת כדי לחקות את ההשפעות של רמות ביטוי אנטיגן שונות.
גורם נוסף שיש לקחת בחשבון בעת ביצוע ניסויים אלה הוא שונות בין תורם לתורם בשל רקע גנטי שונה והיסטוריה חיסונית בקרב אנשים. לכן, יש לנקוט זהירות בעת השוואת תגובות תאי NK מתורמים שונים על פני אותן עבירות. באופן דומה, רק מסקנות כלליות צריכות להיעשות כאשר נעשה שימוש בתורמים שונים.
בסך הכל, השיטה המתוארת היא פלטפורמת גירוי פשוטה וגמישה לחקר אירועים מונעי נוגדנים FcγRIIIa בתאי NK. זה שימש כדי להבין טוב יותר את הבסיס עבור ADCC מוגבר ויעילות נצפתה עם נוגדנים אפוקוסילציה8. שיטה זו הועסקה גם במחקר המשלב נוגדנים טיפוליים ומעכבי מולקולות קטנות PI3K9. בנוסף, מנגנון לא ידוע בעבר לייצור chemokine וציטוקינים מוסדר על ידי pS6 זוהה9. לכן, מחקרים עתידיים באמצעות פלטפורמת איתות מלאכותית זו יכולים לרהור עוד יותר מנגנוני רגולציה עבור פונקציות אפקט מונע על ידי FcγRIIIa. זה עשוי גם לזהות מולקולות חדשות חשובות עבור מנגנונים אלה, כמו גם תפקידים חדשים עבור מולקולות ידועות.
The authors have nothing to disclose.
המחברים מודים לג’יימס לי וכריסטופר נג על הערות ועריכה של כתב יד זה.
16% paraformaldehyde | Thermo Fisher Scientific | 50-980-487 | |
Alexa Fluor 488 phalloidin | Thermo Fisher Scientific | A12379 | |
anti-mouse HRP antibody | Cell Signaling Technologies | 7076 | |
AutoMACS instrument | Miltenyi | NK cell isolation method; another isolation instrument may be used | |
B-mercaptoethanol | Thermo Fisher Scientific | 21985023 | |
Bovine Serum Albumin Fraction V, fatty acid free | Millipore Sigma | 10775835001 | |
CD107a APC antibody | Biolegend | 328620 | |
Cytokine 30-Plex Human Panel | Thermo Fisher Scientific | LHC6003M | chemokine/cytokine method; another chemokine/cytokine analysis method may be used |
FBS | Hyclone | SH30071.01 | |
Goat anti-human κ light chain antibody | Millipore Sigma | AP502 | |
Halt Protease and Phosphatase Inhibitor Cocktail | Thermo Fisher Scientific | 78440 | |
HEPES | Thermo Fisher Scientific | 15630080 | |
High Capacity cDNA Reverse Transcription Kit | Thermo Fisher Scientific | 4368814 | cDNA transcription method; used according to manufacturer's protocol |
IFN-ɣ primers | Thermo Fisher Scientific | Hs00989291_m1 | |
Leukosep tube (50 ml conical with porous barrier) | Greiner | 227290 | |
Lymphoprep (density gradient medium) | Stemcell | 7851 | |
MIP-1⍺ primers | Thermo Fisher Scientific | Hs00234142_m1 | |
MIP-1β primers | Thermo Fisher Scientific | Hs99999148_m1 | |
NK cell isolation kit | Miltenyi | 130-092-657 | NK cell isolation kit; another isolation kit may be used |
NuPAGE 4-12% Bis-Tris Protein Gels | Thermo Fisher Scientific | another protein separation system may be used | |
pAKT (S473) antibody | Cell Signaling Technologies | 4060 | |
pERK1/2 antibody | Cell Signaling Technologies | 4370 | |
pPRAS40 antibody | Cell Signaling Technologies | 13175 | |
PVDF membrane | Thermo Fisher Scientific | nitrocellulose may be used | |
RANTES primers | Thermo Fisher Scientific | Hs00982282_m1 | |
RIPA buffer | Millipore Sigma | R0278 | |
RPMI w/glutamax | Thermo Fisher Scientific | 61870 | |
Sodium pyruvate | Thermo Fisher Scientific | 11360070 | |
TNF-⍺ primers | Thermo Fisher Scientific | Hs00174128_m1 | |
Triton X-100 | Thermo Fisher Scientific | 85111 | |
TRIzol | Thermo Fisher Scientific | 15596018 | RNA isolation method; used according to manufacturer's protocol |
Xcell Blot II Transfer Module | Thermo Fisher Scientific | another protein separation system may be used | |
Xcell SureLock Protein Gel Electrophoresis Chamber System | Thermo Fisher Scientific | another protein separation system may be used | |
β-actin HRP antibody | Abcam | ab6721 | |
β-actin primers | Thermo Fisher Scientific | Hs00982282_m1 |