İnsan doğal öldürücü hücrelerindeki terapötik antikorlar tarafından FcφRIIIa güdümlü olayları incelemek için bir protokol burada açıklanmıştır. Bu yapay stimülasyon platformu, degranülasyon, kemokin/sitokin üretimi gibi aşağı akış efektör fonksiyonlarının ve bağlamada yer alan antikorların FcφRIIIa ve Fc bölümlerinin aracılık ettiği sinyal yollarının sorgulenmesine izin verir.
Terapötik antikorlar tarafından klinik etkinlik için bir etki mekanizması, doğal öldürücü (NK) hücreler üzerinde ifade edilen FcφRIIIa (CD16) tarafından yönlendirilen sitokin salgılanması ve sitotoksiklik gibi bağışıklıkla ilgili fonksiyonların teşvik edilmesidir. Bu gözlemler, antikorun Fc kısmında bulunan bir fucose moiety’nin kaldırılmasını içeren Fc reseptör aracılı olayları artırma yöntemlerine odaklanan araştırmalara yol açmıştır. Daha fazla çalışma, afukosillenmiş antikorlarla ADCC aktivitesini artıran sinyalizasyon, hücresel süreçler ve sitotoksik özelliklerdeki mekanistik değişiklikleri aydınlattı. Ek olarak, diğer çalışmalar bu antikorların küçük molekül inhibitörleri ile birlikte potansiyel faydalarını göstermiştir. Bu deneyler, kombinasyon ayarlarında afukosillenmiş antikorların kullanılmasının altında kalan moleküler ve hücresel mekanizmaları göstermiştir. Bu gözlemlerin çoğu, insan NK hücreleri üzerindeki FcφRIIIa’nın terapötik antikorlar tarafından aktive edildiği yapay bir in vitro aktivasyon testine dayanıyordu. Bu test, sitokin üretimi ve degranülasyon gibi aşağı akış efektörü NK hücre fonksiyonlarını inceleme esnekliği sağladı. Ek olarak, bu test sinyal yollarını sorgulamak ve modüle edilebilen veya biyobelirteç olarak kullanılabilen molekülleri tanımlamak için kullanılmıştır. Son olarak, bu terapötiklerin mevcut klinik alanda gerekli olan terapötik antikorlarla kombinasyonu hakkında fikir vermek için sisteme diğer terapötik moleküller (yani küçük molekül inhibitörleri) eklenmiştir. Bu makale, bu yapay insan NK hücre aktivasyon testsini gerçekleştirmek için teknik bir temel sağlamayı amaçlamaktadır. Protokol, hücre etkinleştirme için önemli adımların yanı sıra işlevsel okumalardan daha mekanistik gözlemlere kadar değişen potansiyel aşağı akış uygulamalarını gösterir.
Son birkaç on yılda, antikorlar kullanılarak hedefe yönelik kanser tedavileri geliştirmeye büyük bir odaklanma olmuştur. Trastuzumab ve rituksimab gibi terapötik antikorlar, sinyal moleküllerinin karartılmış etmenin önlenmesi ve bağışıklık sisteminin harekete geçirilmesi de dahil olmak üzere birden fazla mekanizma ile çalışır1,2. İkincisi, doğal öldürücü (NK) hücreler adı verilen lenfositlerin antikor1,2tarafından hedef hücreye getirildiği antikora bağımlı hücresel sitotoksiklik (ADCC) ile gerçekleştirilir. Hücreleri birbirine yakın yerleştirerek, NK hücresi aktive edilir ve efektör moleküllerin salgılanması yoluyla bir tümör / hedef hücreyiüzebilir 3.
Moleküler düzeyde, antikorun Fab kısmı tümör hücreleri üzerinde ifade edilen konyak antijenini bağlarken, Fc kısmı iki hücreyi bir araya getirmek için NK hücreleri üzerinde ifade edilen FcφRIIIa’yı1,2ile bağlar. FcφRIIIa’nın katılımından sonra, sinyal yolları (yani MAPK ve PI3K yolları) sitoskeletal yeniden düzenleme, sitokin üretimi ve sitotoksisite 4 , 5,6,7,8,9‘ u yönlendirmektedir. Bu nedenle, ADCC, NK hücreleri ve antikorların aracılık ettiği FcφRIIIa odaklı bir olaydır.
ADCC’nin bu terapötik antikorlar için bir etki mekanizması olduğu düşünülmüş olduğundan, araştırmacılar antikoru değiştirerek ADCC’yi artırmak için yöntemler aradılar. Bir değişiklik, asparagine 297’ye bağlı oligosakkarit zincirindeki fukozun çıkarılmasıydı, bu da antikorun Fc kısmının FcφRIIIa10 , 11,12’yebağlanma yakınlığını arttırır. Hayvan çalışmalarında, afukosillenmiş antikor alan fareler, fucosylated muadili13ile tedavi edilen farelere kıyasla daha yavaş tümör büyümesi gösterdi. Daha da önemlisi, kronik lenfositik lösemi veya foliküler lenfoma tanısı alan hastalarda obinutuzumab (örneğin, onaylanmış bir afukosillenmiş antikor olan Gazyva) rituksimab’a (örneğin, Rituxan, fukosillenmiş muadili) göre daha iyi etkinlikgöstermiştir.
Yakın zamana kadar, afukosillenmiş antikorlar yoluyla ADCC’nin altında kalan mekanizmalar bilinmiyordu. Kanser hücrelerini hedeflemek için FcφRIIIa güdümlü mekanizmaları kullanmak için terapötik antikorlar geliştiren çok sayıda araştırma programı olduğu gerçeğiyle birlikte, bu antikorların teşvik ettiği moleküler ve hücresel yönleri inceleyen in vitro tahliller geliştirmek zorunludur. Bu, etki mekanizmalarının temel olarak anlaşılmasını ve biyobelirteçleri keşfetme potansiyelini sağlar. Bu nedenle, sinyalizasyon ve hücresel özelliklere ek olarak antikora bağımlı FcφRIIIa aracılı işlevleri incelemek için yapay bir aktivasyon testi geliştirilmiştir8. Bu çalışmalarla, afukosillenmiş antikorların etkinliğinin artmasının altında bulunan mekanizmalar, hücresel özellikleri ve sitotoksik özellikleri teşvik etmek için gelişmiş bağlama benzeşiminin sinyalizasyonun arttığı ortaya çıkarılmıştır8.
Klinik çalışmalarda mevcut eğilim terapötik moleküllerin bir kombinasyonunun kullanılmasıdır16. En sık mutasyona uğrayan yollardan biri PI3K yoludur, bu da bu yolun bileşenlerini hedefleyen küçük molekül inhibitörleri geliştirmede muazzam çabaya yol açmıştır17,18,19,20. Bununla birlikte, bu moleküllerin terapötik antikorlarla birlikte nasıl hareket ettiği, özellikle inhibitörün terapötik antikorlar tarafından yönlendirilenler gibi çalışması için PI3K yolunu gerektiren molekülleri etkileyebileceği kombinasyonlarda nispeten bilinmemektedir.
Bu amaçla, afukosillenmiş antikor çalışmaları için kullanılan in vitro tahlil, PI3K inhibitörleri ve terapötik antikorların kombinasyonunu incelemek için de kullanılmıştır. Bu çalışmalar PI3K inhibisyonunun terapötik antikor PI3K güdümlü olaylar üzerindeki moleküler özelliklerini tanımladı ve afukosillenmiş antikorların bu sinyal kaybını nasıl dengeleyebileceğini tanımladı9. Bu bulgular, klinik çalışmaların tasarlanması için potansiyel rehberlik verdikleri için önemlidir. Ek olarak, bu deneyler serisi ayrıca pi3K sinyal yolunun kinetik regülasyonu için ilk açıklanan gözlemlere yol açtı kemokin / sitokin transkripsiyonunu ve üretimini modüle etmek için potansiyel biyobelirteçler olarak hizmet edebilir9.
Yukarıda açıklanan sinyalizasyon ve hücresel özellikleri tanımlamak için kullanılan yapay in vitro aktivasyon testi, hedef hücrelerin yokluğunda antikorların aracılık ettiği NK hücrelerindeki FcφRIIIa güdümlü olayları incelemek için tasarlanmıştır. Sistemdeki hedef hücreler olmadan, gözlemlenen tüm sinyal olayları ve işlevleri doğrudan NK hücrelerine atfedilebilir. Sunulan testte, saflaştırılmış NK hücrelerine antikor eklenir, bu noktada Fc kısmı FcφRIIIa’yı bağlar. Bunu, hücreleri yapay olarak uyarmak için anti-insan φ ışık zinciri antikor kullanılarak antikorun çapraz bağlantısı takip eder. Antikorun çapraz bağlanması, aşağı akış olaylarını ortaya çıkarmak için bir sinyal platformu oluşturmak için hedef antijenin bağlanmasını taklit eder. Stimülasyonun uzunluğuna bağlı olarak, araştırmacılar sinyalizasyon, hücresel süreçler, sitotoksik özellikler ve efektör fonksiyonları8,9. Benzer şekilde, bu test ayrıca antikorlar diğer moleküllerle birleştirildiğinde bu olayları çalışmada esneklik sağlar9.
Birlikte, bu, etki mekanizmasının bir parçası olarak FcφRIIIa’ları aracılığıyla NK hücre yanıtlarını ortaya çıkan terapötik antikorları incelemek için ideal bir in vitro testtir. Bu protokol, bu in vitro aktivasyon testinin performansını açıklar ve gerçekleştirilebilecek çeşitli okumalar hakkında bilgi sağlar.
Bu protokol, antikorların aracılık ettiği NK hücrelerinde FcφRIIIa güdümlü olayları inceleme yöntemlerini açıklar. Bu teknikler, ADCC1,2olduğu öne sürülen terapötik antikorların potansiyel etki mekanizmalarının değerlendirilmesine izin vermektedir. Özellikle, bu yöntemler ADCC’den sorumlu olan temel moleküler sinyal yollarını ve hücresel süreçleri incelemede esneklik sağlar. Ayrıca kemokin ve sitokin üretimi gibi diğer efektör fonksiyonlarının gözlemlenmesine izin verirler. Ek olarak, bu yöntemler ADCC’yi modüle etmek için hedeflenebilecek potansiyel biyobelirteçlerin ve moleküllerin tanımlanmasına izin verir.
Bu protokolün temeli, NK hücrelerinin FcφRIIIa aracılığıyla hedef hücrelerin yokluğunda antikorlarla yapay uyarılmasıdır. Antikora bağlı hedef hücreler tipik olarak Fc reseptörlerinin çapraz bağlanmasını teşvik ederek sinyal ve aşağı akış etkilerini yönlendiren bir platform oluşturur. Bunun yerine, çapraz bağlama, bu testte bir anti-insan φ ışık zinciri antikor kullanılarak gerçekleştirilir ve NK hücrelerini uyarmak için hedef hücrelere olan ihtiyacı atlar. Hedef hücreler olmadan, saflaştırma işleminin başarılı olduğu varsayılarak sonuçlar ve gözlemler doğrudan NK hücrelerine atfedilebilir.
Daha da önemlisi, antikorun çapraz bağlantısı için anti-insan φ ışık zinciri antikorunun kullanılması, 10 , 11,12,13tepkisinin gücünü belirleyen bir etkileşim olan FcφRIIIa için Fc bölümünün bağlayıcı benzeşimine müdahale etmez. Gerçekten de, çalışmalar afukosillenmiş antikorların FcφRIIIa10 , 11 , 12,13için artan benzeşimleri nedeniyle ADCC’yi artırdığını göstermiştir. Daha sonraki çalışmalar, bu artan benzeşimin anti-insan φ ışık zinciri ikincil antikor ikamesinden etkilenmediğini ve artan ADCC 8’in temelini incelemek için kullanılabileceğinigöstermiştir. NK hücresinin antikorun çapraz bağlantısı yoluyla uyarılmasını sağlamak için iki negatif kontrol dahil edilmelidir: 1) terapötik antikor sadece ikincil anti-insan φ ışık zinciri antikor olmadan ve 2) ikincil anti-insan φ hafif zincir antikor sadece. Her iki durumda da sinyal veya efektör fonksiyonu oluşturulmamalıdır.
Bu yöntem ayrıca terapötik antikorların küçük molekül inhibitörleri üzerindeki etkilerini incelemek için esneklik sağlar. inhibitör ikincil antikorla çapraz bağlantı kurmadan önce eklenebilir, böylece inhibitör hedefini meşgul etmek için zamana sahip olur. Bununla birlikte, inhibitör ön işlem süresinin en uygun zamanını belirlemek için çalışmalar yapılmalıdır; böylece inhibitör stimülasyon üzerinde maksimum etkiye sahiptir. Bununla birlikte, araştırmacılar stimülasyondan sonra bir inhibitörün etkilerini incelemeyi de seçebilirler. Bu durumda, inhibitör çapraz bağlantıdan sonra, zaten oluşturulan sinyalleri ve süreçleri nasıl etkilediğini incelemek için eklenebilir. Burada açıklanan yöntem birlikte, farklı küçük molekül inhibitörlerinin terapötik antikorlarla kombinatoryal etkilerinin incelenmesinde maksimum esneklik sağlar.
Yukarıda belirtildiği gibi, stimülasyondan sonra çeşitli okumalar yapılabilir. Batı blotting çeşitli satıcılardan SDS-PAGE ve membran transfer sistemleri kullanarak sinyal çalışması için yapılabilir. Benzer şekilde, gen ekspresyonu çeşitli RNA ekstraksiyon yöntemleri, ters transkripsiyon reaktifleri ve gen ekspresyon araçları kullanılarak da değerlendirilebilir. Son olarak, farklı akış sitometreleri kullanılarak numunelerin analiz edilebildiği hücre içi veya hücre dışı protein için boyama da yapılabilir. Hücre içi sitokin ve CD107a boyama için (aynı anda değerlendirilebilen adım 3.4), sinyalleri en üst düzeye çıkarmak için monensin ve/veya brefeldin A eklenmelidir. Her deneysel hedef için farklı platformlar kullandık ve hala benzer sonuçlar gözlemledik. Bu nedenle, yöntem çalışmaya bağlı olarak çeşitli reaktifler, platformlar ve aletlerle tamamlanabilir.
Stimülasyon için çapraz bağlama süresi çalışmanın amacına bağlı olacaktır. Sinyal çalışmaları isteniyorsa, tipik çapraz bağlama stimülasyon süresi 2 dk ile 10 dk arasındadır pAKT, pPRAS40 ve pERK1/2 birikimi 2 dakikada zirveler ve 10 dk8,9’dansonra kaybolur. Fonksiyonel çalışmalar için (yani kemokin/ sitokin üretimi içerenler), hücreler analit9’abağlı olarak en az 30 dakika uyarılmalıdır. Gen ekspresyon analizi de tipik olarak 30 dk stimülasyon gerektirir9. RANTES gen ekspresyonunu okuma olarak kullanırken dikkatli olunmalıdır, çünkü RANTES mRNA üretimi transkripsiyonal aktivasyondan bağımsızdır, çünkü stimülasyon üzerine proteinin hızlı çevirisi ve salınımı için hücrelerde zaten saklanır25. Degranülasyon, aksine, en az 3 saat stimülasyon gerektirir. Bu genel gözlemlere rağmen, araştırmacılar belirli ilgi molekülleri için en uygun stimülasyon süresini belirlemek için kinetik çalışmalar yapmalıdır.
Benzer şekilde, araştırmacılar optimal konsantrasyonu belirlemek için ilgi antikoru titratmalıdır, çünkü farklı özelliklere sahip antikorlar, aynı izotipte olsalar bile, farklı yakınlıklara sahip FcφRIIIa’ya bağlanırlar. Örneğin, rituximab ve trastuzumab her ikisi de bir IgG1 izotipidir, ancak trastuzumab, FcφRIIIa’nın valine polimorfizmine rituksimab26,27’dendaha güçlü bağlanır. Benzeşimdeki bu fark, yayınlanan çalışmalarda gözlemlendiği gibi degranülasyon gibi fonksiyonel farklılıklara yol açabilir8.
Antikorun Fc kısmının FcφRIIIa için sahip olduğu düşük benzeşim nedeniyle optimal konsantrasyonun belirlenmesi de önemlidir. Bu, antikorun Fc reseptörüne bağlanmasından sonra yıkama adımlarını içerdiğinden antikorun yıkanmasıyla sonuçlanabilir. Bu daha sonra stimülasyondan sonra CD107a pozitif hücrelerin düşük yüzdesi tarafından önerildikçe tahlillerde hassasiyet eksikliğine yol açabilir (Şekil 5). Bununla birlikte, en uygun konsantrasyonun belirlenmesi, sonuçların hassasiyet eksikliğinden kaynaklanmaması konusunda güven sağlamalıdır. Ek olarak, hücreler tek hücre okumalarının aksine toplu hücre kullanan biyokimyasal ve fonksiyonel tahlillerde açıkça aktive edilir (Şekil 2, Şekil 3, Şekil 6).
Protokol, fizyolojik olarak meydana gelenleri tamamen taklit etmediği için de sınırlıdır. Kullanılan ikincil anti-insan K antikoru, hücreler üzerinde ifade edilen hedef antijen tarafından oluşturulan çapraz bağlamayı taklit etmektir. Burada, maksimum yanıtı oluşturmak için doygun miktarda ikincil antikor eklenir. Bununla birlikte, farklı hedef hücreler, çapraz bağlama ve tepkiyi etkileyecek farklı antijen seviyelerini ifade edecektir. Şu anda, bu platform farklı antijen ifade seviyelerinin etkilerini taklit etmek için optimize değildir.
Bu deneyleri yaparken göz önünde bulundurulması gereken bir diğer faktör de bireyler arasındaki farklı genetik geçmişler ve immünolojik geçmişler nedeniyle donörden donöre değişkenliktir. Bu nedenle, aynı tahlillerde farklı donörlerden gelen NK hücre yanıtları karşılaştırılırken dikkatli olunmalıdır. Benzer şekilde, farklı donörler kullanıldığında sadece genel sonuçlar çıkarılmalıdır.
Tamamen, açıklanan yöntem, NK hücrelerindeki antikor tahrikli FcφRIIIa aracılı olayları incelemek için basit ve esnek bir stimülasyon platformudur. Afukosillenmiş antikorlarla gözlenen artan ADCC ve etkinliğin temelini daha iyi anlamak için kullanılmıştır8. Bu yöntem ayrıca terapötik antikorlar ve PI3K küçük molekül inhibitörlerini birleştiren bir çalışmada da kullanıldı9. Ek olarak, pS6 tarafından düzenlenen kemokin ve sitokin üretimi için daha önce bilinmeyen bir mekanizma tespit edildi9. Bu nedenle, bu yapay sinyal platformunu kullanan gelecekteki çalışmalar, FcφRIIIa tarafından yönlendirilen efektör işlevleri için düzenleme mekanizmalarını daha da aydınlatabilir. Ayrıca, bu mekanizmalar için önemli olan yeni molekülleri ve bilinen moleküller için yeni rolleri de tanımlayabilir.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar James Lee ve Christopher Ng’ye bu makalenin yorumları ve editörlüğü için teşekkür ediyor.
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 |