Dextran effektiviserar Lentiviral transduktion murina och mänskliga primära NK-celler
Summary
Målet med denna studie var att formulera teknik som möjliggör framgångsrik gen transduktion i primära natural killer (NK) celler. Av dextran-medierad lentiviral transduktion av mänskliga eller mus primära NK celler resultat i högre gen uttryck effektivitet. Denna metod av genen transduktion kommer att avsevärt förbättra NK cell genetisk manipulation.
Abstract
Den effektiva transduktion av specifika gener i natural killer (NK) celler har varit en stor utmaning. Framgångsrika transductions är avgörande för att definiera rollen av genen sevärdheter i utveckling, differentiering och funktion av NK-celler. Senaste framstegen relaterade till chimära antigen receptorer (bilar) i cancer immunoterapi accentuera behovet av en effektiv metod att leverera exogena gener till ljudeffektläget lymfocyter. Effektivitetsvinsterna av lentiviral-medierad gen transductions in i primära mänskliga eller mus NK celler förblir signifikant låga, vilket är en viktig begränsande faktor. Senaste framstegen med katjoniska polymerer, såsom polybrene, visar en förbättrad gen transduktion effektivitet i T-celler. Men dessa produkter inte att förbättra de transduktion effektivitetsvinsterna av NK-celler. Detta arbete visar att dextran, en förgrenad glukan polysackarid, avsevärt förbättrar transduktion effektiviteten av mänskliga och mus primära NK-celler. Denna mycket reproducerbara transduktion metod ger en behöriga verktyg för transducing mänskliga primära NK-celler, som kan förbättra klinisk gene delivery program och därmed NK cell-baserad cancer immunoterapi.
Introduction
Natural killer (NK) celler är större lymfatisk befolkningen av det medfödda immunsystem1. NK-celler fungerar som första raden försvarare av värd immunsvaret mot tumörer och infektioner2,3,4. NK-celler också spela en central roll i utvecklingen av tolerans genom utsöndringen av potenta cytokiner och chemokiner5. Tack vare sin potenta förmåga att identifiera och eliminera tumörceller, genomförs flera kliniska prövningar för att utvärdera givare-härledda mänskliga NK celler som en adoptiv immunterapi för cancer6,7. I motsats till T-celler ännu utvecklingsbiologin av NK-celler vara välkarakteriserad8. Denna brist på kunskap är delvis på grund av avsaknad av effektiva tekniker som levererar gener av intresse till mus eller mänskliga primära NK celler. Av dessa skäl, har de flesta NK-cell studier utförts i cellinjer i stället för primära celler. Behovet av ett tillförlitligt och effektivt protokoll till transduce primära NK-celler med gener av intresse är därför avgörande.
Det övergripande målet med denna studie var att formulera en konsekvent och tillförlitlig metod som primära mänskliga murina NK celler eller kunde vara sensorik med lenti- eller retrovirus.
Tidigare studier som försökt att lösa detta problem har utförts, till stor del med den övergående omvandlingen av primära NK-celler. Detta inkluderar plasmid transfection9,10, Epstein – Barr Virus (EBV) / retrovirala hybrid vektor11, vaccinia vektorer12,13, och Ad5/F35 chimära adenovirala vektorer14. Trots den blygsamma effektiviteten av dessa tekniker gör övergående arten av transduktion dem olämpliga för ett långsiktigt utnyttjande av genetiskt modifierade NK-celler. Några färska studier har använt retrovirala vektorer transduce NK-celler, som kräver flera cykler av infektion att uppnå en acceptabel nivå av gen uttryck11,15. I motsats till retrovirala vektorer, kan lentiviral vektorer använda värd-cell nuclear importera maskiner till translocate komplexet viral före integration in i cellkärnan. Detta är en viktig begränsande faktor i replikeringen av viruset i icke-dela celler, som inkluderar primära NK-celler.
Interaktioner mellan olika cellytan receptorer och viruspartiklar tillåta viral upptag in i cellen. Ursprungliga kopplingarna mellan de virala kuvert proteinerna och deras cognate värd receptorer kan vara begränsad på grund av de potentiella negativa laddningar mellan dessa två. Logiken bakom många transduktion tekniker är att tillägg av katjoniska polymerer, såsom polybrene (Pb), protaminsulfat (PS) eller dextran, kan ge en positiv laddning till cellytan receptorer och därmed öka bindningen av virala kuvert proteiner. Detta kommer att öka fusion effektivitet och utnyttjande av viruspartiklarna i celler16. Även om det har rapporterats att Pb eller PS kan förbättra genöverföring i T celler17, har deras tillämpning inte någon effekt i transduktion effektiviteten av primära NK-celler. Dessutom har en jämförande analys mellan dessa reagenser med primära NK-celler inte utförts. I denna studie jämfördes transduktion effektivitetsvinsterna av de tre katjoniska polymererna. Resultaten visar att bland dessa tre katjoniska polymerer, endast dextran avsevärt förbättrar effektiv viral transduktion i både mus och människans primära NK-celler.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denna studie visar att användning av dextran som en katjoniska polymer agent effektiviserar lentiviral transduktion både murina och människans primära NK-celler. Dessutom har andra katjoner, såsom Pb eller PS, ingen märkbar effekt på leverans av virala vektorer i människans primära NK-celler. Det har tidigare visats att Pb kan öka genen transduktion i mänskliga T celler17. Dessa resultat antyder dock att varken Pb eller PS har en liknande effektivitet på människans primära NK-celler….
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar Lucia Sammarco och hennes Lulus lemonadstånd för inspiration, motivation och stöd. Detta arbete var stöds delvis av NIH R01 AI102893 och NCI R01 CA179363 (S.M.); NHLBI-HL087951 (S.R.); NIH-CA151893-K08 (M.J.R.); NCI 1R01CA164225 (LARSSON); Alex Lemonade Stand stiftelsen (Swärd); HRHM programmet för fonden MACC (S.M.; S.R.; M.S.T); Stiftelsen Nicholas familj (Swärd); Familjen Gardetto (Swärd); de Hyundai Scholars Program (M.S.T.); Hyundai hoppas på hjul (S.R.); MACC fonden (M.S.T. och S.M.); Children’s Research Institute, MCW (S.R.); och Kathy Duffey Fogerty Award (M.J.R.).
Materials
| Dextran | Sigma-Aldrich | 90-64-91-9 | |
| polybrene (Pb) | Sigma-Aldrich | TR-1003 | |
| protamine sulfate (PS) | Sigma-Aldrich | p3369 | |
| Trypsin | Corning | 25-052-CI | |
| RPMI1640 | Corning | 10-040-CV | |
| Fetal Bovine Serum | ATALANTA | S11150 | |
| Penicillin | Corning | 30-001-CI | |
| B-mercaptoethanol | SIGMA | M3148 | |
| sodium pyruvate | Corning | MT25000CI | |
| Interferon gamma (IFN-γ ) | eBioscience | 14-7311-85 | |
| Propidium lodding staining solution | BD | 51-66211E | |
| Lipofectamine 3000 | Thermo Fisher | L3000015 | |
| Isoflurane | PHOENIX | NDC 57319-559-05 | |
| NK cell negative selection kit | Stem Cell | 19855 | |
| Yac-1 | ATCC | TIB-160 | |
| K562 | ATCC | CCL-243 | |
| Mice | Jakson | 664 | |
| 293T cells | ATCC | CRL-3216 | |
| T75 flasks | Cornnig | 430641U | |
| antibody-based negative selection kits | Stem Cell | 19055 | |
| 51Chromium (Cr)-release assays | perkin elmer's | NEZ030 | |
| ELISA kits | Ebioscience | 00-4201-56 | |
| Sodium Butyrate | Sigma | 5887-5G | |
| Linear polyethylenimine | polysciences | 23966-2 | |
| Ficoll | GE Life Science | 17-1440-03 | |
| HBSS | Corning | 21-022-CV |
References
- Vivier, E., Tomasello, E., Baratin, M., Walzer, T., Ugolini, S. Functions of natural killer cells. Nat. Immunol. 9, 503-510 (2008).
- Zitvogel, L., Tesniere, A., Kroemer, G. Cancer despite immunosurveillance: immunoselection and immunosubversion. Nat. Rev. Immunol. 6, 715-727 (2006).
- Arina, A., et al. Cellular liaisons of natural killer lymphocytes in immunology and immunotherapy of cancer. Expert. Opin. Biol. Ther. 7, 599-615 (2007).
- Manilay, J. O., Sykes, M. Natural killer cells and their role in graft rejection. Curr. Opin. Immunol. 10, 532-538 (1998).
- Raulet, D. H., Vance, R. E. Self-tolerance of natural killer cells. Nat. Rev. Immunol. 6, 520-531 (2006).
- Chouaib, S., et al. Improving the outcome of leukemia by natural killer cell-based immunotherapeutic strategies. Front Immunol. 5, 95 (2014).
- Dulphy, N., et al. Underground Adaptation to a Hostile Environment: Acute Myeloid Leukemia vs. Natural Killer Cells. Front Immunol. 7, 94 (2016).
- Tran, J., Kung, S. K. Lentiviral vectors mediate stable and efficient gene delivery into primary murine natural killer cells. Mol. Ther. 15, 1331-1339 (2007).
- Maasho, K., Marusina, A., Reynolds, N. M., Coligan, J. E., Borrego, F. Efficient gene transfer into the human natural killer cell line, NKL, using the Amaxa nucleofection system. J. Immunol. Methods. 284, 133-140 (2004).
- Trompeter, H. I., Weinhold, S., Thiel, C., Wernet, P., Uhrberg, M. Rapid and highly efficient gene transfer into natural killer cells by nucleofection. J. Immunol. Methods. 274, 245-256 (2003).
- Becknell, B., et al. Efficient infection of human natural killer cells with an EBV/retroviral hybrid vector. J. Immunol. Methods. 296, 115-123 (2005).
- Jiang, K., et al. Syk regulation of phosphoinositide 3-kinase-dependent NK cell function. J. Immunol. 168, 3155-3164 (2002).
- Burshtyn, D. N., et al. Conserved residues amino-terminal of cytoplasmic tyrosines contribute to the SHP-1-mediated inhibitory function of killer cell Ig-like receptors. J. Immunol. 162, 897-902 (1999).
- Schroers, R., et al. Gene transfer into human T lymphocytes and natural killer cells by Ad5/F35 chimeric adenoviral vectors. Exp. Hematol. 32, 536-546 (2004).
- Imai, C., Iwamoto, S., Campana, D. Genetic modification of primary natural killer cells overcomes inhibitory signals and induces specific killing of leukemic cells. Blood. 106, 376-383 (2005).
- Denning, W., et al. Optimization of the transductional efficiency of lentiviral vectors: effect of sera and polycations. Mol. Biotechnol. 53, 308-314 (2013).
- Lamers, C. H., Willemsen, R. A., Luider, B. A., Debets, R., Bolhuis, R. L. Protocol for gene transduction and expansion of human T lymphocytes for clinical immunogene therapy of cancer. Cancer Gene Ther. 9, 613-623 (2002).
- Campeau, E., et al. A versatile viral system for expression and depletion of proteins in mammalian cells. PLoS. ONE. 4, e6529 (2009).
- Segura, M. M., Garnier, A., Durocher, Y., Ansorge, S., Kamen, A. New protocol for lentiviral vector mass production. Methods Mol. Biol. 614, 39-52 (2010).
- Rajasekaran, K., et al. Signaling by Fyn-ADAP via the Carma1-Bcl-10-MAP3K7 signalosome exclusively regulates inflammatory cytokine production in NK cells. Nat. Immunol. 14, 1127-1136 (2013).
- Regunathan, J., Chen, Y., Wang, D., Malarkannan, S. NKG2D receptor-mediated NK cell function is regulated by inhibitory Ly49 receptors. Blood. 105, 233-240 (2005).
- Awasthi, A., et al. Rap1b facilitates NK cell functions via IQGAP1-mediated signalosomes. J. Exp. Med. 207, 1923-1938 (2010).
- Rajasekaran, K., et al. Transforming Growth Factor-{beta}-activated Kinase 1 Regulates Natural Killer Cell-mediated Cytotoxicity and Cytokine Production. J Biol. Chem. 286, 31213-31224 (2011).
- Wolkowicz, R., Nolan, G. P., Curran, M. A. Lentiviral vectors for the delivery of DNA into mammalian cells. Methods Mol. Biol. 246, 391-411 (2004).
- Sutlu, T., et al. Inhibition of intracellular antiviral defense mechanisms augments lentiviral transduction of human natural killer cells: implications for gene therapy. Hum. Gene Ther. 23, 1090-1100 (2012).
- Cornetta, K., Anderson, W. F. Protamine sulfate as an effective alternative to polybrene in retroviral-mediated gene-transfer: implications for human gene therapy. J. Virol. Methods. 23, 187-194 (1989).
- Toyoshima, K., Vogt, P. K. Enhancement and inhibition of avian sarcoma viruses by polycations and polyanions. Virology. 38, 414-426 (1969).
- Jensen, M., et al. The bi-specific CD3 x NCAM antibody: a model to preactivate T cells prior to tumour cell lysis. Clin. Exp. Immunol. 134, 253-263 (2003).
