Nous présentons une méthode de culture et d’édition de gènes de cellules B de macaque rhésus primaire utilisant CRISPR / Cas9 et le virus adéno-associé recombinant sérotype 6 pour l’étude des thérapies cellulaires B.
Les lymphocytes B et leur descendance sont les sources d’anticorps fortement exprimés. Leurs capacités élevées d’expression protéique ainsi que leur abondance, leur accessibilité facile via le sang périphérique et leur facilité pour les transferts adoptifs simples en ont fait une cible attrayante pour les approches d’édition de gènes pour exprimer des anticorps recombinants ou d’autres protéines thérapeutiques. L’édition de gènes de cellules B primaires de souris et humaines est efficace, et les modèles murins pour les études in vivo se sont révélés prometteurs, mais la faisabilité et l’évolutivité pour des modèles animaux plus grands n’ont pas encore été démontrées. Nous avons donc développé un protocole pour éditer les cellules B primaires du macaque rhésus in vitro afin de permettre de telles études. Nous rapportons les conditions de culture in vitro et d’édition de gènes de cellules B de macaque rhésus primaire à partir de cellules mononucléées du sang périphérique ou de splénocytes à l’aide de CRISPR / Cas9. Pour réaliser l’intégration ciblée de grandes cassettes (<4,5 kb), un protocole rapide et efficace a été inclus pour la préparation du virus adéno-associé recombinant de sérotype 6 en tant que modèle de réparation dirigé par homologie à l’aide d’un vecteur auxiliaire adénoviral auto-silencieux activé par la tétracycline. Ces protocoles permettent l’étude de thérapies prospectives à base de cellules B chez les macaques rhésus.
Les cellules B sont le fondement de l’immunité humorale. Lors de l’activation par l’antigène apparenté et les signaux secondaires, les cellules B naïves donnent naissance à des cellules B du centre germinal, des cellules B mémoire et des plasmocytes1. Ce dernier est la source des anticorps sécrétés qui interviennent dans les fonctions protectrices de la plupart des vaccins actuellement disponibles2. Les plasmocytes ont été décrits comme des usines d’anticorps car ils sécrètent de grandes quantités d’anticorps dans le sérum – environ 2 ng / jour / cellule3, soit 7-16 g / L de sérum, faisant des anticorps l’une des trois protéines les plus abondantes dans le sérum4. Les cellules B sont abondantes dans le sang et peuvent donc être facilement obtenues et réinjectées à un individu.
Ces caractéristiques ont fait des cellules B une cible des efforts de thérapie cellulaire pour modifier le récepteur des cellules B (BCR) et exprimer des anticorps largement neutralisants (bNAbs) dirigés contre le virus de l’immunodéficience humaine (VIH)5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 et d’autres protéines 16, 17,18,19,20,21. De telles approches ont montré un potentiel dans de nombreuses études sur la souris in vivo 7,8,10,11,16,22. Cependant, plusieurs obstacles doivent encore être surmontés pour la traduction clinique 9,15,23, parmi lesquels l’innocuité, la durée et l’ampleur de l’efficacité thérapeutique, ainsi que la mise à l’échelle à des animaux plus gros tels que les primates non humains (PNH). En effet, les PSN, et en particulier les macaques rhésus, qui ont une longue histoire dans la recherche sur les anticorps et le VIH24,25, sont le modèle le plus approprié pour tester ces paramètres.
Ici, nous avons développé des protocoles qui permettent de résoudre ces problèmes. À ce jour, peu d’études ont tenté de cultiver des cellules B de macaque rhésus ex vivo, et seule une sélection positive utilisant CD20 a été rapportée pour la purification des cellules B de macaque rhésus26,27,28. Nous avons établi un protocole pour l’isolement des cellules B du macaque rhésus intactes par l’épuisement négatif d’autres types de cellules. De plus, les conditions de culture sont définies pour l’édition génique ciblée des cellules B de macaque rhésus. Ce protocole décrit l’utilisation des ribonucléoprotéines CRISPR/Cas9 (RNP) et du virus adéno-associé recombinant sérotype 6 (rAAV6) comme modèle de réparation dirigée par homologie (HDRT) pour modifier des gènes de cellules de macaque rhésus B en culture. Grâce à ce protocole, des gains d’édition allant jusqu’à 40 % avec de grands inserts (~1,5 ko) ont été atteints. Nous présentons également une méthode rapide et rentable pour produire du rAAV6 en utilisant un assistant adénoviral auto-silencieux activé par la tétracycline29 pour permettre le test rapide des HDRT dans ce format. Ensemble, ces protocoles décrivent un flux de travail efficace pour l’édition de gènes de cellules B de macaque rhésus (Figure 1), permettant l’évaluation des thérapies à base de cellules B dans un modèle de PSN.
Pour commencer les expériences, le matériel du donneur peut être commandé auprès de sources commerciales ou obtenu par phlébotomie ou splénectomie. Dans cette étude, les phlébotomies et les prélèvements sanguins ont été effectués comme décrit précédemment30 en utilisant l’anticoagulant EDTA. Pour obtenir des cellules B de macaque rhésus primaire splénique, des splénectomies partielles (25% à 50%) ou totales ont été réalisées à l’aide de techniques rapportées précédemment31. Les animaux ont été à jeun pendant la nuit avant l’opération. Brièvement, pendant la chirurgie, l’abdomen a été coupé et préparé avec des gommages alternés de chlorhexidine et d’alcool isopropylique à 70% trois fois. Une incision (5-10 cm) a été faite dans l’abdomen pour identifier et isoler la rate. Le système vasculaire de la rate était ligaturé avec des sutures ou des pinces vasculaires. L’incision a été fermée en deux couches avec des sutures de polydioxanone 4-0 PDS. La splénectomie a été réalisée une seule fois pour un animal individuel. Des suspensions unicellulaires ont été préparées à partir de rate de macaque par macération à l’aide de crépines cellulaires. Les cellules mononucléaires provenant de suspensions de sang et de cellules spléniques ont été préparées par centrifugation à gradient de densité et stockées dans de l’azote liquide.
Les protocoles présentés ici fournissent une méthode rapide et efficace pour générer des rendements et des titres élevés de rAAV6 en tant que HDRT et de nouvelles méthodes pour modifier efficacement les cellules primaires du macaque rhésus B in vitro.
Le protocole de production rAAV6 est relativement simple et rapide, permettant la production et le test de nombreuses constructions différentes simultanément sans travail excessif. Si vous le souhaitez, le rAAV6 peut être purifié davantage à l’aide de protocoles établis tels que l’ultracentrifugation à gradient d’iodixanol34 ou la séparation aqueuse à deux phases35 avant échange tampon et concentration.
Bien que cela ait réduit le rendement global, nous avons choisi d’utiliser uniquement un milieu de culture cellulaire réduit au sérum pour la purification du rAAV6 au lieu de la purification à partir de la pastille cellulaire, car la majorité du rAAV6 est libérée dans le milieu36 et la purification à partir de la pastille cellulaire ajoute plus de coûts et de main-d’œuvre. L’utilisation de l’assistant adénoviral auto-inactivant a augmenté les rendements de 30 à 40 fois en moyenne, ce qui a permis de tester les constructions emballées dans AAV6 dans une seule boîte de 15 cm. Bien que notre méthode de purification soit basique, en utilisant cette méthode, nous obtenons relativement peu de variation d’un lot à l’autre dans l’efficacité de l’édition de gènes ou la viabilité cellulaire après la transduction en utilisant diverses lignées cellulaires ou d’autres cellules primaires (données non présentées).
Nous avons développé un protocole de purification des cellules B du macaque rhésus pour obtenir des cellules B primaires intactes en utilisant l’épuisement négatif des populations indésirables. Bien qu’il ne soit pas nécessaire pour l’édition de gènes de ces cellules, il fournit un moyen d’obtenir une population relativement pure de cellules primaires de macaque rhésus B pour cette application ou d’autres si d’autres types de cellules interfèrent avec les objectifs expérimentaux. Cependant, la pureté se fait au prix d’une réduction des rendements globaux des cellules B. Notamment, pour les cultures de cellules B enrichies et non enrichies, la fraction de cellules B dans les préparations initiales de PBMC ou de splénocytes est cruciale. Pour les PBMC en particulier, nous recommandons de dépister différents macaques chez les individus ayant un pourcentage élevé de lymphocytes B dans le sang périphérique afin d’obtenir un nombre élevé de lymphocytes B pour les expériences, car cette valeur peut varier considérablement d’un individu à l’autre27. Les PBMC peuvent être obtenues par saignement régulier ou leucaphérèse42.
Le protocole d’édition de gènes conduit à une édition de gènes efficace, généralement entre 60% et 80% des cellules B knock-out et 5% à 20% des cellules B knock-in, bien que nous ayons atteint jusqu’à 90% de BCR knock-out et 40% BCR knock-in B (Figure 5 et Figure 6).
Les principaux paramètres pour l’édition efficace des cellules B de macaque rhésus sont l’efficacité de coupe de l’ARNg, les paramètres d’électroporation, le MOI et la qualité de la préparation rAAV6. L’efficacité de coupe des ARNg candidats doit être déterminée empiriquement pour permettre une édition et une conception optimales du HDRT. Les paramètres d’électroporation présentés ici équilibrent l’efficacité et la viabilité pour obtenir le nombre total maximal de cellules B éditées plutôt que le pourcentage le plus élevé de cellules B éditées. Si un pourcentage plus élevé de cellules éditées est nécessaire, des tensions accrues (jusqu’à 1 750 V) ou des longueurs d’impulsion modifiées (10-30 ms) sont recommandées, bien que plus de mort cellulaire puisse être observée. Nous avons également noté des efficacités d’édition légèrement plus élevées dans les cellules B spléniques par rapport aux cellules B des PBMC du même individu (Figure 5) ; Cependant, la raison sous-jacente de cette situation est actuellement inconnue.
Nous avons constaté que l’ajout de 1% de DMSO après électroporation augmentait significativement l’efficacité de l’édition de gènes de ~40% dans les cellules B de macaque rhésus sans affecter la viabilité cellulaire (Figure 6A-C), conformément aux rapports dans d’autres cellules43. Cependant, une culture prolongée dans du DMSO à 1% doit être évitée et peut affecter la viabilité cellulaire. Le DMSO peut être complètement omis si vous le souhaitez.
La culture des cellules dans un petit volume après électroporation pendant plusieurs heures avec le rAAV6 conduit à des rendements d’édition plus élevés, probablement en raison de la meilleure transduction du HDRT par le rAAV6 et, par conséquent, de la concentration intracellulaire plus élevée de HDRT au moment pertinent où Cas9 est actif. Nous avons constaté que la culture des cellules de cette façon jusqu’à 8 heures n’affectait pas la viabilité cellulaire, mais que l’efficacité de l’édition n’augmentait pas de façon spectaculaire au-delà de 5 heures (Figure 6). Si seule l’élimination au lieu de la frappe est requise, cette étape peut être omise.
En conclusion, nous présentons des protocoles complets pour l’édition génique des cellules B du macaque rhésus in vitro et la production de rAAV6 HDRT nécessaires à l’impact efficace des constructions souhaitées. Ces protocoles permettent de tester rapidement et à moindre coût de nombreuses constructions présentées sous forme de rAAV6 et de tester précliniquement la faisabilité et l’évolutivité des thérapies à base de cellules B dans un modèle de primates non humains plus pertinent.
The authors have nothing to disclose.
Nous tenons à remercier Harry B. Gristick et Pamela Bjorkman d’avoir fourni l’antigène RC1 et l’ensemble des laboratoires Nussenzweig et Martin pour une discussion critique. Ce travail a été soutenu par la subvention INV-002777 de la Fondation Bill et Melinda Gates (au M.C.N.) et le programme de recherche intra-muros de l’Institut national des allergies et des maladies infectieuses, National Institutes of Health. (R.G. et M.A.M). M.C.N. est un enquêteur HHMI.
1.5 mL tube sterile, Dnase, Rnase and purogen free | Stellar Scientific | T17-125 | or similar |
10 mL serological pipette, polystyrene, sterile, nonpyrogenic, DNase-/RNase-free, and Human DNA-free | Corning | 4488 | or similar |
15 cm tissue culture dish | Falcon | 353025 | or similar |
15 mL polypropylene conical tybe | Falcon | 352097 | or similar |
25 mL serological pipette, polystyrene, sterile, nonpyrogenic, DNase-/RNase-free, and Human DNA-free | Corning | 4489 | or similar |
250 mL polypropylene conical tybe | Corning | 430776 | or similar |
293AAV cell line | Cell Biolabs | AAV-100 | |
2-B-mercapto-ethanol, 55mM (1000x) | Gibco | 21985-023 | |
48-well tissue culture plate | Corning | 3548 | or similar |
5 mL serological pipette, polystyrene, sterile, nonpyrogenic, DNase-/RNase-free, and Human DNA-free | Corning | 4487 | or similar |
5 mL syringes with Luer-Lok Tip | BD | 309646 | or similar |
50 mL polypropylene conical tybe | Falcon | 352070 | or similar |
50 mL serological pipette, polystyrene, sterile, nonpyrogenic, DNase-/RNase-free, and Human DNA-free | Corning | 4490 | or similar |
6-well tissue culture plate | Falcon | 353046 | or similar |
AAV-6 Packaging System (plasmids) | Cell Biolabs | VPK-406 | |
AAV6 Reference Materials (full capsids) | Charles River | RS-AAV6-FL | |
Accu-jet S Pipette Controller | Brand | 26350 | or similar pipette controller |
Antibiotic/Antimycotic 100x | Gibco | 15260-062 | |
anti-human CD14 AlexaFluor647 | Biolegend | 301812 | |
anti-human CD14 biotin | BioLegend | 301826 | |
anti-human CD16 AlexaFluor700 | BD Biosciences | 557920 | |
anti-human CD16 biotin | BioLegend | 302004 | |
anti-human CD20 PECy7 | Biolegend | 302312 | |
anti-human CD3 biotin | Thermo Fisher | APS0309 | |
anti-human CD3 PE | BD Biosciences | 552127 | |
anti-human CD33 biotin | Miltenyi | 130-113-347 | |
anti-human CD64 biotin | BioLegend | 305004 | |
anti-human CD66 biotin | Miltenyi | 130-100-143 | |
anti-human CD89 biotin | BioLegend | 354112 | |
anti-human CD8a biotin | BioLegend | 301004 | |
anti-human HLA-DR BV605 | Biolegend | 307640 | |
anti-human Ig light chain lambda APC | Biolegend | 316610 | |
anti-human IgM BV421 | Biolegend | 314516 | |
anti-Human Kappa Light Chain FITC | Fisher Scientific | A18854 | |
Autoclave | Steris | Amsco Lab 250 | or similar |
Cell culture CO2 incubator | Fisher Scientific | 51026331 | or similar |
Centrifugal Filter Unit (Amicon Ultra – 4, 100 kDa) | Millipore | UFC810024 | |
Centrifuge 5920 R | Eppendorf | EP022628188 | or any other, coolable swinging bucket centrifuge with inserts for 96-well plates, 15, 50 and 250 mL size tubes |
Chloroform | Fisher Scientific | C298SK-4 | |
Cpg ODN | Invivogen | tlrl-2395 | |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | 34869-500ML | |
DMEM, High Glucose | Gibco | 11965092 | |
DNaseI (RNase-free) | New England Biolabs | M0303L | |
DPBS, no calcium, no magnesium | Gibco | 14190144 | |
Electroporation kit (Neon Transfection System 10 µL) | Fisher Scientific | MPK1096 | or other sizes or 100 uL transfection kit MPK 10096 |
Electroporation system (Neon Transfection System) | Fisher Scientific | MPK5000 | |
FCS | Hyclone | SH30910.03* | |
Ficoll-PM400 (Ficoll-Paque PLUS) | Cytiva | 17144002 | or similar |
Fume Hood | Fisher Scientific | FH3943810244 | or similar |
Glutamine 200 mM | Gibco | 25030-081 | |
Graduated Cylinder 1L | Corning | 3022-1L | or similar |
Hemocytometer | Sigma-Aldrich | Z375357-1EA | or similar |
HEPES 1M | Gibco | 15630-080 | |
HEPES 1M | Gibco | 15630-080 | |
Hot Plate Magnetic Stirrer | Fisher Scientific | SP88857200 | or similar |
Human BAFF | Peprotech | 310-13 | |
Human BD Fc Block | BD | 564220 | |
Human IL-10 | Peprotech | 200-10 | |
Human IL-2 | Peprotech | 200-02 | |
Hydrochloric acid | Fisher Scientific | A144S-500 | |
Hydrophilic Polyethersulfone Syringe Filters, (Supor membrane), Sterile – 0.2 µm, 25 mm | Pall | 4612 | |
Insulin-Transferin-Selenium, 100x | Gibco | 41400-045 | |
ITR primer forward: GGAACCCCTAGTGATGGAGTT | Integrated DNA Technologies | custom | |
ITR primer reverse: CGGCCTCAGTGAGCGA | Integrated DNA Technologies | custom | |
Laminar flow biosafety cabinet | The Baker Company | SG403A | or similar |
Large magnetic depletion (LD) Column | Miltenyi Biotec | 130-042-901 | |
Magentic seperator (MidiMACS separator and multistand) | Miltenyi Biotec | 130-090-329 | |
Magnetic stir bar | Fisher Scientific | 14-512-127 | or similar |
Magnetic streptavidin beads (Streptavidin MicroBeads) | Miltenyi Biotec | 130-048-101 | |
Maxiprep kit | Machery-Nagel | 740414.5 | or similar |
Media Bottles 2L with cap | Cole-Parmer | UX-34514-26 | or similar |
MegaCD40L | Enzo | ALX-522-110-C010 | |
MicroAmp Optical 384-well Reaction Plate | Fisher Scientific | 4309849 | |
MicroAmp Optical Adhesive Film | Fisher Scientific | 4311971 | |
Microcentrifuge 5424 R | Eppendorf | 5404000014 | or any other table top centrifuge for 1.5 mL tubes |
Microwave oven | Panasonic | NN-SD987SA | or similar |
Nikon TMS Inverted Phase Contrast Microscope | Nikon | TMS | or any other Inverted phase-contrast microscope for cell culture |
Non-essential amino acids, 100x | Gibco | 11140-050 | |
Nuclease-free Duplex buffer | Integrated DNA Technologies | 11-01-03-01 | |
Nuclease-free Water | Qiagen | 129115 | |
pH meter | Mettler Toledo | 30019028 | or similar |
Pipetman Classic Starter Kit, 4 Pipette Kit, P2, P20, P200, P1000 and tips | Gilson | F167380 | or similar set of pipettes and tips |
Pluronic F-68 10 % | Gibco | 24040-032 | |
Polyethylene Glycol 8000 | Fisher Scientific | BP233-1 | |
Polyethylenimine, Linear, MW 25000, Transfection Grade (PEI 25K | Polysciences | 23966-100 | |
Precision Balance | Mettler Toledo | ME4001TE | or similar |
Pre-Separation Filters (30 µm) | Miltenyi Biotec | 130-041-407 | |
Pyrex glass beaker 2 L | Cole-Parmer | UX-34502-13 | or similar |
Pyrex glass beaker 250 mL | Millipore Sigma | CLS1000250 | or similar |
qPCR Instrument | Fisher Scientific | 4485691 | or similar |
RC1 antigen randomly biotinylated | Bjorkman lab, CalTech | in house | |
RPMI-1640 | Gibco | 11875-093 | |
S.p. Cas9 Nuclease | Integrated DNA Technologies | 1081059 | |
Scientific 1203 Water Bath | VWR | 24118 | or any water bath set to 37 °C |
Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S7653-5KG | |
Sodium hydroxide | Sigma-Aldrich | S8045-500G | |
Sodium Pyruvate 100 mM | Gibco | 11360-070 | |
Sterile Disposable Filter Units with PES Membranes | Thermo Scientific Nalgene | 567-0020 | |
Streptavidin-PE | BD Biosciences | 554061 | |
SYBR Green Master Mix | Fisher Scientific | A25742 | |
Tetracycline-enabled, self-silencing adenoviral vector RepCap6 | Oxgene | TESSA-RepCap6 | |
Trypan Blue Solution, 0.4% | Gibco | 15250061 | |
Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red | Gibco | 25300054 | |
Water Purification System | Millipore Sigma | ZEQ7000TR | or similar |
Zombie-NIR | Biolegend | 423106 |