יכולות בקרה של תא T הפעלה באמצעות אגוניסט Photoactivatable
Summary
פרוטוקול זה מתאר שיטה מבוססת הדמיה כדי להפעיל באמצעות photoactivatable פפטיד MHC, המאפשר שליטה מדויקת ייתכן של הפעלת תא T לימפוציטים מסוג T.
Abstract
לימפוציטים מסוג T לעסוק מהירה, מקוטב איתות, המתרחשים בתוך דקות לאחר הפעלת TCR. זה גורם להיווצרות הסינפסה חיסוניות, צומת הסטראוטיפי תא-תא זה מווסת את תא T הפעלה ויעדים directionally אפקטור תגובות. ללמוד ביעילות של תהליכים אלה, נחוצה גישה הדמיה המותאם לתפיסת תגובות מהר, מקוטב. פרוטוקול זה מתאר מערכת כזו, אשר מבוססת על photoactivatable פפטיד-מייג’ר histocompatibility מורכבים (pMHC) זה שאינו מופחתים עד חשוף לאור אולטרה סגול. Decaging יישוב של ריאגנט הזה במהלך הניסויים videomicroscopy מאפשר שליטה ייתכן מדויקת של הפעלת TCR וניטור ברזולוציה גבוהה של תגובות הסלולר עוקבות מאת גמורה (TIRF) הדמיה. גישה זו מתאימה גם אסטרטגיות ההפרעות גנטיות ולא תרופתי. דבר זה מאפשר ההרכבה של מסלולים מולקולריים מוגדרים היטב לקשר TCR איתות היווצרות המבנים cytoskeletal מקוטב העומדים בבסיס הסינפסה אימונולוגי.
Introduction
T לימפוציטים (T תאים) לשחק תפקיד מרכזי חסינות תאית על ידי זיהוי פפטידים antigenic מוצג בהקשר של תא השטח MHC. זיהוי אנטיגן, אשר מתווך על ידי TCR, מניע את הבידול של תמים T תאים ומעודדת המסירה של התגובות cytolytic וקומוניקטיבי אפקטור אוכלוסיות. TCR האירוסין גורם גם שינויים דרמטיים אדריכלות הסלולר. בתוך דקות, תאי T אני מטפל לצד של התא אנטיגן (APC), ויצרו ממשק מקוטב המכונה סינפסה אימונולוגי (IS)1,2. IS potentiates תא T אפקטור תגובות על-ידי הפעלת שחרור כיוונית של ציטוקינים או, במקרה של לימפוציטים T ציטוטוקסיות (Ctl), חלבונים lytic להרוס את APC.
TCR האירוסין מאת pMHC גורם זירחון מהירה של מולקולות מתאם הזרם מרובות, כולל מקשר עבור התאים ההפעלה של T (LAT), אשר בסופו של דבר מקדם שיפוץ חזקים של שלד התא סינפטית2. אקטין filamentous בקליפת המוח (F-אקטין) כוננים תא T מתפשטת על פני השטח APC, ואז פותר לתוך מבנה טבעתי מאופיין על ידי F-אקטין הצטברות IS הפריפריה, דלדול מהמרכז. F-אקטין טבעת היווצרות בחוזקה רתומה ולהתפכחות של מרכז הארגון microtubule (MTOC, הנקרא גם centrosome של תאי T) למיקום מתחת למרכז של ממשק שני האירועים מתרחשים בתוך דקות של זיהוי אנטיגן הראשונית ולהקים ההקשר אדריכלי אירועי הפעלה עוקבות, אפקטור מתרחשות תגובות.
ללמוד הוא היווצרות, מעבדות שונות פיתחו גישות אשר APC מוחלף על ידי משטח זכוכית מכיל ליגנדים TCR קיבוע או תומך ליפידית עצמו מכיל3,ליגנדים4. תאי T טופס הוא כמו הקשר על משטחים אלה יכולים לדימות גמורה פלורסצנטיות מיקרוסקופ (TIRF) או מיקרוסקופיה קונפוקלית, הפעלת מחקרים ברזולוציה גבוהה של הפעלת תא T מוקדמת ויצירת IS.
למרות גישות אלה אפשרו להמחשת מעולה של IS שהרכבתם, הרבה איתות מצדו TCR:pMHC הבאים מתרחש תוך שניות, מקשים על המאמצים כדי לקבוע את רצף האירועים בעקבות הפעלת TCR במדויק . כדי לעקוף בעיה זו, בגישה photoactivation פותחה, שבו photoactivatable pMHC משמש כדי להשיג שליטה ייתכן TCR הפעלה5,6,7. במערכת זו, תאי T מחוברים משטחי זכוכית המכיל pMHC photoactivatable זה ללא-מופחתים TCR עד מוקרן באור אולטרה סגול (UV). הקרנת UV על אזור מיקרון בגודל של המשטח מתחת לתא T מסיר את photocage יצירת אזור מופחתים יכולים להיות מזוהים על-ידי תא T. והאירועים איתות ובניה cytoskeletal ואז מנוטרים באמצעות מקודדים גנטית כתבים פלורסנט. שתי גרסאות photoactivatable של פפטידים antigenic, עש ציטוכרום c88-103 (MCC) ו אובלבומין257-264 (פשוט), אשר מוצגות בהקשר של המחלקה II MHC-Ek , הכיתה אני MHC H2-Kb, בהתאמה, היה פיתח (איור 1). פעולה זו מאפשרת הניתוח של שני CD4+ T תאים ספציפיים עבור MCC-אני-Ek (לבטא את ג 5 C7, 2B4, או AND TCRs) ו CD8+ T תאים ספציפיים עבור ביצית-H2-Kb (לבטא את OT1 TCR).
בעשור האחרון, הגישה photoactivation ודימות TCR יש כבר מנוצל כדי לבסס את קינטיקה מדויק של TCR מוקדם איתות צעדים וגם כדי לזהות מסלולים מולקולריים המסדירים מקוטב cytoskeletal שיפוצים5, 6 , 7 , 8 , 9 , 10. לדוגמה, וזמינותו היה תפקיד חשוב בקביעת centrosome הזה ולהתפכחות לכיוון APC מתווך על ידי מעבר הדרגתי המותאמות לשפות אחרות של השומנים השני messenger diacylglycerol מרוכז בכל IS. הוא צפוי כי מתודולוגיה זו ימשיכו להיות יקר עבור יישומים הדורשים ניתוח דימות ברזולוציה גבוהה של תפקוד תא T.
Protocol
Representative Results
Discussion
בשנים האחרונות התפתחה אור כלי מצוין עבור הפעלה מבוקרת spatiotemporally של תהליכים תאיים. מתודולוגיות שונות פותחו, כל אחד עם המשויך יתרונות וחסרונות. המערכת המתוארת כאן, אשר מבוססת על decaging של ליגנדים קיבוע, חוץ-תאית, מתאימה באופן אידיאלי עבור הניתוח של תגובות איתות מהירה, subcellular, מקוטב. גישה זו הוחל …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים חברי המעבדה Huse עבור ייעוץ וסיוע. נתמך על ידי ארצות הברית המכונים הלאומיים לבריאות (R01-AI087644 ל מ. ה) ו- P30-CA008748 אל מרכז הסרטן סלואן-קטרינג הזיכרון.
Materials
| Nunc Lab-Tek Chambered Coverglass | Thermofischer Scientific | 155361 | |
| Poly-L-lysine hydrobromide | Sigma-Aldrich | P2636 | Will need to make Biotinylated Poly-L-Lysine |
| EZ-Link NHS-Biotin | Thermofischer Scientific | 20217 | Will need to make Biotinylated Poly-L-Lysine |
| Streptavidin | Thermofischer Scientific | 434301 | |
| BirA-500: BirA biotin-protein ligase standard reaction kit | Avidity | BirA500 | Will be used to biotinylate proteins |
| Biotinylated Hb I-EK | For protein folding, see reference 6. For biotinylation, use BirA kit | ||
| Biotinylated NPE-MCC I-EK | Anaspec | Custom NPE-MCC (H-ANERADLIAYL-K(Nvoc)-QATK-OH) can be purchased from Anaspec | |
| Biotinylated αH2-Kk antibody | BD Biosciences | 553591 | |
| Biotinylated NPE-OVA H2-Kb | Anaspec | Custom NPE-OVA (H-SIINFE-K(Nvoc)-L-OH) can be purchased from Anaspec | |
| Biotinylated KAVY H2-Db | Anaspec | Custom synthesized protein (KAVYDFATL) can be purchased from Anaspec | |
| Biotinylated ICAM1 | For protein folding, see reference in protocol. For biotinylation, use BirA kit | ||
| Hand held UV lamp | UVP | UVGL-25 | Lamp is held < 1 cm from the sample. 30 s of 365 light is sufficient for detectable decaging, 20 min for quantitative decaging. |
| Olympus IX-81 OMAC TIRF system. | Olympus | Additional information about the imaging system can be found in Figure 6 | |
| Mosaic digital diaphragm | Andor | ||
| Slidebook software | Intelligent Imaging Innovations |
References
- Dustin, M. L., Chakraborty, A. K., Shaw, A. S. Understanding the structure and function of the immunological synapse. Cold Spring Harb.Perspect.Biol. 2, a002311 (2010).
- Liu, X., Huse, M. Immunological Synapse Formation: Cell Polarity During T Cell-APC Interaction. Cell Polarity 1. , 247-275 (2015).
- Bunnell, S. C., Kapoor, V., Trible, R. P., Zhang, W., Samelson, L. E. Dynamic actin polymerization drives T cell receptor-induced spreading: A role for the signal transduction adaptor LAT. Immunity. 14, 315-329 (2001).
- Dustin, M. Insights into Function of the Immunological Synapse from Studies with Supported Planar Bilayers. Current topics in microbiology and immunology. 340, (2010).
- Chauveau, A., Le Floc’h, A., Bantilan, N. S., Koretzky, G. a., Huse, M. Diacylglycerol kinase α establishes T cell polarity by shaping diacylglycerol accumulation at the immunological synapse. Sci. Signal. 7, ra82 (2014).
- Huse, M., et al. Spatial and Temporal Dynamics of T Cell Receptor Signaling with a Photoactivatable Agonist. Immunity. 27, 76-88 (2007).
- Quann, E. J., Merino, E., Furuta, T., Huse, M. Localized diacylglycerol drives the polarization of the microtubule-organizing center in T cells. Nat Immunol. 10, 627-635 (2009).
- Basu, R., Chen, Y., Quann, E. J., Huse, M. The variable hinge region of novel PKCs determines localization to distinct regions of the immunological synapse. PLoS One. 9, 1-8 (2014).
- Liu, X., Kapoor, T. M., Chen, J. K., Huse, M. Diacylglycerol promotes centrosome polarization in T cells via reciprocal localization of dynein and myosin II. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110, 11976-11981 (2013).
- Quann, E. J., Liu, X., Altan-Bonnet, G., Huse, M. A cascade of protein kinase C isozymes promotes cytoskeletal polarization in T cells. Nat. Immunol. 12, 647-654 (2011).
- Boniface, J. J., Reich, Z., Lyons, D. S., Davis, M. M. Thermodynamics of T cell receptor binding to peptide-MHC: evidence for a general mechanism of molecular scanning. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 96, 11446-11451 (1999).
- Garboczi, D. N., Hung, D. T., Wiley, D. C. HLA-A2-peptide complexes: refolding and crystallization of molecules expressed in Escherichia coli and complexed with single antigenic peptides. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 89, 3429-3433 (1992).
- Huse, M., Lillemeier, B. F., Kuhns, M. S., Chen, D. S., Davis, M. M. T cells use two directionally distinct pathways for cytokine secretion. Nat. Immunol. 7, 247-255 (2006).
- Abeyweera, T. P., Merino, E., Huse, M. Inhibitory signaling blocks activating receptor clustering and induces cytoskeletal retraction in natural killer cells. J. Cell Biol. 192, 675-690 (2011).
- Nguyen Duc, T., Huse, M. A Generalizable Platform for the Photoactivation of Cell Surface Receptors. ACS Chem. Biol. 10, 2435-2440 (2015).
- Airan, R. D., Thompson, K. R., Fenno, L. E., Bernstein, H., Deisseroth, K. Temporally precise in vivo control of intracellular signalling. Nature. 458, 1025-1029 (2009).
- Xu, Y., et al. Optogenetic control of chemokine receptor signal and T-cell migration. Proc. Natl. Acad. Sci. 111, 6371-6376 (2014).
- Levskaya, A., Weiner, O. D., Lim, W. A., Voigt, C. A. Spatiotemporal control of cell signalling using a light-switchable protein interaction. Nature. 461, 997-1001 (2009).
- Guntas, G., et al. Engineering an improved light-induced dimer (iLID) for controlling the localization and activity of signaling proteins. Proc. Natl. Acad. Sci. 112, 112-117 (2015).
- Wu, Y. I., et al. A genetically encoded photoactivatable Rac controls the motility of living cells. Nature. 461, 104-108 (2009).
- Pathak, G. P., Vrana, J. D., Tucker, C. L. Optogenetic control of cell function using engineered photoreceptors. Biol. cell/under auspices Eur. Cell Biol. Organ. 105, 59-72 (2014).
- Grusch, M., et al. Spatio-temporally precise activation of engineered receptor tyrosine kinases by light. EMBO J. 33, 1713-1726 (2014).
- Yi, J., et al. Centrosome repositioning in T cells is biphasic and driven by microtubule end-on capture-shrinkage. J. Cell Biol. 202, 779-792 (2013).
