יצירה<em> דה נובו</em> לקולטנים המצויים בתאי אנטיגן ספציפי האדם T על ידי retroviral התמרה של Centric Hemichain
Summary
בזאת אנו מתארים שיטה חדשנית להפקה לקולטנים המצויים בתאי T אנטיגן ספציפי (TCRs) על ידי התאמת TCRα או TCRβ של TCR קיים, שהוא בעל אנטיגן-הסגולי של עניין, עם hemichain המשלים של רפרטואר קולטן תא ההיקפי T. TCRs שנוצר דה נובו לשמר אנטיגן-סגולי עם משתנה זיקה.
Abstract
לקולטנים מצויים בתאי T (TCRs) משמשים קליני לכוון את הספציפיות של תאי T למקד גידולים כמו אופנות מבטיחות של אימונותרפיה. לכן, שיבוט TCRs הספציפית אנטיגנים סרטניים הקשורים שונים הייתה המטרה של מחקרים רבים. כדי לעורר תגובה של תאי T אפקטיבי, TCR חייב להכיר אנטיגן היעד עם זיקה אופטימלית. עם זאת, שיבוט כזה TCRs כבר אתגר ורבים זמין TCRs להחזיק זיקה תת אופטימלית עבור אנטיגן מאותו מקור. בפרוטוקול זה, אנו מתארים שיטה של שיבוט דה נובו זיקה גבוהה TCRs אנטיגן ספציפי באמצעות TCRs הקיים תוך ניצול מרכזיות hemichain. זה ידוע כי עבור חלק TCRs, כל TCRα או hemichain TCRβ לא לתרום באופן שווה הכרת אנטיגן, ואת hemichain הדומיננטי הוא המכונה hemichain הממוקדת. הראינו כי על ידי התאמת hemichain הממוקדת עם שרשרות דלפק שונות מדלפק השרשרת המקורית, אנו מסוגלים לשמור על אנטיגן specificity, תוך ויסות כוח האינטראקציה שלה עבור אנטיגן מאותו מקור. לפיכך, את הפוטנציאל הטיפולי של TCR נתון ניתן לשפר על ידי אופטימיזציה של זיווג בין hemichains ממוקדת הדלפק.
Introduction
לקולטנים המצויים בתאי T (TCRs) הם קולטנים החיסונית heterodimeric אדפטיבית שהביעו לימפוציטים מסוג T, מורכבת שרשרת TCRα ו TCRβ. הם מופקים באמצעות התארגנות סומטיים של V (D) קטעי גן J, המייצר רפרטואר מגוון מאוד מסוגל לזהות תצורות כמעט בלתי מוגבלות של מתחמי HLA / פפטיד. מבחינה קלינית, תאי T שהונדסו ספציפיים TCRs clonotypic עבור אנטיגנים גידולים הקשורים הוכיחו יעילות במגוון סוגי סרטן 1. עם זאת, רבי TCRs משובט למטרה זו חסרה זיקה מספקת את האנטיגן של עניין, מגבילות מריחות הטיפולית שלהם.
כאן, אנו מתארים שיטה להתגבר על מגבלה זו על TCRs הקיים תוך ניצול-מרכזיות שרשרת. זה כבר דווח כי hemichain אחד TCR יכול לשחק תפקיד דומיננטי יותר לאות הוקרה על האנטיגן היעד 2, כאן כינה מרכזית. ניתוחים מבניים קריסטל הראו כי ממוקד אחדhemichain של TCR יכול להסביר את רוב טביעת הרגל על פפטיד MHC / 3,4 המורכב. תוך שימוש בקונספט זה, שהראנו בעבר כי SIG35α TCRα תוכל לשייך את רפרטואר מגוון של שרשראות TCRβ ולתחזק תגובתיות כנגד פפטיד MART1 27-35 שהציג HLA-A2 5. תוצאות דומות התקבלו עם TAK1 TCR, שבו hemichain TCRβ ממוקדת זיווג עם שרשראות TCRα שונים ומתוחזק תגובתיות לייצור הפפטיד WT1 235-243 שהציג HLA-A24 6. שניהם MART1 ו WT1 הם אנטיגנים גידולים הקשורים. שרשרת-מרכזיות יושמה גם ללמוד ההכרה אנטיגן של הרוצח הטבעי משתנה-מוגבל CD1d (iNKT) TCRs, על ידי הצמדת שרשרת Vα24-Jα18 (Vα24i) TCRα משתנה של TCRs iNKT אדם עם 7 שרשראות Vβ11 TCRβ שונים.
בכל המקרים, הצלחנו ליצור רפרטואר דה נובו של TCRs על ידי טרנסמחוללות hemichain TCR ממוקדת לתאי T דם היקפיים, שבו hemichain הציג לזווג עם TCRα אנדוגני או נגד רשתות TCRβ. בעיקרו של דבר, hemichain הממוקדת משמשת פיתיון שיכול לשמש לזיהוי נגד השרשרות המתאימות, אשר כאשר לזווג יחד יוצרות TCRs המקיים את הספציפיות אנטיגן של עניין, עדיין משתנות זיקה. ברפרטואר הרומן אלה, הצלחנו לבודד TCRs clonotypic עם כוח אינטראקציה משופרת נגד אנטיגן היעד לעומת TCRs קיימים. לכן, אנו מאמינים בשיטה זו תאיץ את צנרת זיהוי TCRs האופטימלי עבור יישומים קליניים.
Protocol
Representative Results
Discussion
הדרישה הראשונה עבור יישום מוצלח של שיטה זו היא השיגה יעילות תמרה מספקת של תאי T העיקריים עם hemichain עניין. מניסיוננו, השילוב של שימוש PG13 כמו שורת תאי אריזת PMX כתוצאות וקטור retroviral בביטוי יציב ויעיל של הגן הציג בתאי T עיקריים אדם. תאי אריזות PG13 יכולים להיות משובט מתא בודד כד?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by NIH grant R01 CA148673 (NH); the Ontario Institute for Cancer Research Clinical Investigator Award IA-039 (NH); BioCanRX Catalyst Grant (NH); The Princess Margaret Cancer Foundation (MOB, NH); Canadian Institutes of Health Research Canada Graduate Scholarship (TG); Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada Postgraduate Scholarship (TG); Province of Ontario (TG, MA); and Guglietti Fellowship Award (TO). HLA and CD1d monomers were kindly provided by the NIH tetramer core facility.
Materials
| 0.05% Trypsin-EDTA | Wisent Bioproducts | 325-043-CL | |
| 293GPG cells | Generated by Ory et al. (ref 8) | ||
| Agar | Wisent Bioproducts | 800-010-CG | |
| Agarose | Wisent Bioproducts | 800-015-CG | |
| Ampicillin sodium salt | Wisent Bioproducts | 400-110-IG | |
| Chloroform | BioShop | CCL402 | |
| Deoxynucleotide (dNTP) Solution Mix | New England Biolabs | N0447L | |
| DMEM, high glucose, pyruvate | Life Technologies | 11995065 | |
| EcoRI | New England Biolabs | R0101S | |
| EZ-10 Spin Column DNA Gel Extraction Kit | BS353 | ||
| Fetal Bovine Serum | Life Technologies | 12483020 | |
| Ficoll-Paque Plus | GE Healthcare | 17-1440-02 | |
| Filter | Corning | 431220 | 0.45 mm pore SFCA membrane |
| FITC-conjugated anti-human CD271 (NGFR) mAb | Biolegend | 345104 | clone ME20.4 |
| FITC-conjugated anti-human CD3 mAb | Biolegend | 300440 | clone UCHT1 |
| Gentamicin | Life Technologies | 15750078 | |
| Gibson Assembly Master Mix | New England Biolabs | E2611L | used for multi-piece DNA assembly |
| HLA-A2 pentamer | Proimmune | depends on antigenic peptide | HLA-A2/MART1 multimer used here was purchased from Proimmune |
| HLA/CD1d monomers | NIH Tetramer Core Facility | multimerize monomers according to protocol provided by NIH tetramer core facility | |
| Human AB serum | Valley Biomedical | HP1022 | |
| human CD3 microbeads | Miltenyi Biotec | 130-050-101 | |
| IOTest Beta Mark TCR V beta Repertoire Kit | Beckman Coulter | IM3497 | |
| Jurkat 76 cells | Generated by Heemskerk et al. (ref 10) | ||
| LB Broth | Wisent Bioproducts | 800-060-LG | |
| LS MACS column | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| NEB 5-alpha Competent E. coli | New England Biolabs | C2987I | |
| NEBuffer 3.1 | New England Biolabs | B7203S | used for EcoRI and NotI digestion |
| NotI | New England Biolabs | R0189S | |
| NucleoBond Xtra Midi | Macherey-Nagel | 740410 | used for plasmid purification |
| PC5-conjugated anti-human CD8 mAb | Beckman Coulter | B21205 | clone B9.11 |
| PG13 cells | ATCC | CRL-10686 | |
| Phusion HF Buffer Pack | New England Biolabs | B0518S | |
| Phusion High-Fidelity DNA Polymerase | New England Biolabs | M0530L | |
| pMX retroviral vector | Cell Biolabs | RTV-010 | |
| polybrene | Sigma-Aldrich | H-9268 | |
| Proleukin (recombinant human interleukin-2) | Novartis | by Rx only | equivalent product can be purchased from Sigma-Aldrich |
| Purified anti-human CD3 antibody | Biolegend | 317301 | clone OKT3, used for T cell stimulation |
| RPMI 1640 | Life Technologies | 11875119 | |
| SA-PE | Life Technologies | S866 | used for multimerizing monomers from NIH tetramer core facility |
| SMARTer RACE 5'/3' Kit | Clontech | 634858 | |
| Sterile water | Wisent Bioproducts | 809-115-LL | |
| SuperScript III First-Strand Synthesis System | Invitrogen | 18080051 | for cDNA synthesis |
| Syringe | BD | 301604 | 10 mL, slip tip |
| Tetracycline hydrochloride | Sigma-Aldrich | T7660 | |
| TransIT-293 | Mirus Bio | MIR 2700 | used to transfect 293GPG cells |
| TRIzol Reagent | Life Technologies | 15596026 |
References
- Maus, M. V., et al. Adoptive immunotherapy for cancer or viruses. Annu. Rev. Immunol. 32, 189-225 (2014).
- Yokosuka, T., , ., et al. Predominant role of T cell receptor (TCR)-alpha chain in forming preimmune TCR repertoire revealed by clonal TCR reconstitution system. J.Exp.Med. 195, 991-1001 (2002).
- Rudolph, M. G., Stanfield, R. L., Wilson, I. A. How TCRs bind MHCs, peptides, and coreceptors. Annu. Rev. Immunol. 24, 419-466 (2006).
- Shimizu, A., et al. Structure of TCR and antigen complexes at an immunodominant CTL epitope in HIV-1 infection. Sci. Rep. 3, 3097 (2013).
- Nakatsugawa, M., et al. Specific roles of each TCR hemichain in generating functional chain-centric TCR. J. Immunol. 194 (7), 3487-3500 (2015).
- Ochi, T., et al. Optimization of T-cell Reactivity by Exploiting TCR Chain Centricity for the Purpose of Safe and Effective Antitumor TCR Gene Therapy. Cancer Immunol. Res. 3 (9), 1070-1081 (2015).
- Chamoto, K., et al. CDR3beta sequence motifs regulate autoreactivity of human invariant NKT cell receptors. J. Autoimmun. 68, 39-51 (2016).
- Grozdanov, P. N., MacDonald, C. C. Generation of plasmid vectors expressing FLAG-tagged proteins under the regulation of human Elongation Factor-1α promoter using Gibson Assembly. J. Vis. Exp. (96), e52235 (2015).
- Beshiri, M. L., et al. Genome-wide analysis using ChIP to identify isoform-specific gene targets. J. Vis. Exp. (41), e2101 (2010).
- Gibson, D. G., et al. Enzymatic assembly of DNA molecules up to several hundred kilobases. Nat. Methods. 6 (5), 343-345 (2009).
- Johnson, D., et al. Expression and structure of the human NGF receptor. Cell. 47 (4), 545-554 (1986).
- Kim, J. H., et al. High cleavage efficiency of a 2A peptide derived from porcine teschovirus-1 in human cell lines, zebrafish and mice. PloS one. 6, e18556 (2011).
- Yang, S., et al. Development of optimal bicistronic lentiviral vectors facilitates high-level TCR gene expression and robust tumor cell recognition. Gene Ther. 15 (21), 1411-1423 (2008).
- Froger, A., Hall, J. E. Transformation of plasmid DNA into E. coli using the heat shock method. J. Vis. Exp. (6), e253 (2007).
- Birnboim, H. C., Doly, J. A rapid alkaline extraction procedure for screening recombinant plasmid DNA. Nucleic Acids Res. 7 (6), 1513-1523 (1979).
- Ory, D. S., Neugeboren, B. A., Mulligan, R. C. A stable human-derived packaging cell line for production of high titer retrovirus/vesicular stomatitis virus G pseudotypes. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 93 (21), 11400-11406 (1996).
- Imataki, O., et al. IL-21 can supplement suboptimal Lck-independent MAPK activation in a STAT-3-dependent manner in human CD8(+) T cells. J. Immunol. 188 (4), 1609-1619 (2012).
- Davies, J. K., Barbon, C. M., Voskertchian, A. R., Nadler, L. M., Guinan, E. C. Induction of alloantigen-specific anergy in human peripheral blood mononuclear cells by alloantigen stimulation with co-stimulatory signal blockade. J. Vis. Exp. (49), e2673 (2011).
- Butcher, M. J., Herre, M., Ley, K., Galkina, E. Flow cytometry analysis of immune cells within murine aortas. J. Vis. Exp. (53), e2848 (2011).
- Butler, M. O., et al. Establishment of antitumor memory in humans using in vitro-educated CD8+ T cells. Sci. Transl. Med. 3 (80), 80ra34 (2011).
- Chomczynski, P., Sacchi, N. Single-step method of RNA isolation by acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction. Anal. Biochem. 162 (1), 156-159 (1987).
- Peterson, S. M., Freeman, J. L. RNA isolation from embryonic zebrafish and cDNA synthesis for gene expression analysis. J. Vis. Exp. (30), e1470 (2009).
- Ying, S. Y., Ying, S. Y. Complementary DNA Libraries. Generation of cDNA Libraries: Methods and Protocols. 221, 1-12 (2003).
- Hirano, N., et al. Engagement of CD83 ligand induces prolonged expansion of CD8+ T cells and preferential enrichment for antigen specificity. Blood. 107 (4), 1528-1536 (2006).
- Scotto-Lavino, E., Du, G., Frohman, M. A. 5′ end cDNA amplification using classic RACE. Nat. Protoc. 1 (6), 2555-2562 (2006).
- Heemskerk, M. H., et al. Redirection of antileukemic reactivity of peripheral T lymphocytes using gene transfer of minor histocompatibility antigen HA-2-specific T-cell receptor complexes expressing a conserved alpha joining region. Blood. 102 (10), 3530-3540 (2003).
- Yan, H., et al. Magnetic cell sorting and flow cytometry sorting methods for the isolation and function analysis of mouse CD4+ CD25+ Treg cells. J. Zhejiang Univ. Sci. B. 10, 928-932 (2009).
- Padovan, E., et al. Expression of two T cell receptor alpha chains: dual receptor T cells. Science. 262 (5132), 422-424 (1993).
- Johnson, L. A., et al. transfer of tumor-reactive TCR confers both high avidity and tumor reactivity to nonreactive peripheral blood mononuclear cells and tumor-infiltrating lymphocytes. J. Immunol. 177 (9), 6548-6559 (2006).
- Chinnasamy, N., et al. A TCR targeting the HLA-A*0201-restricted epitope of MAGE-A3 recognizes multiple epitopes of the MAGE-A antigen superfamily in several types of cancer. J. Immunol. 186 (2), 685-696 (2011).
