Vi presenterer en enkel protokoll for isolering av perifere blodmonylære celler fra fullblod hentet fra pasienter diagnostisert med Sézary Syndrome, etterfulgt av valg av CD4 + T-celler, deres stimulering med phorbol12-myristate13-acetat og A23187 ionofor, og forberedelse av RNA for transkripsjonomisk profilering.
Kutane T-celle lymfomer (CTCL) er avledet fra transformasjonen og ukontrollert spredning av modne hud-homing T-celler, og mykose fungoider (MF) og Sézary syndrom (SS) representerer de vanligste undertypene. Til tross for en rekke studier på karakterisering av genuttrykk, genetiske endringer og epigenetiske abnormiteter av CTCL, er den molekylære patogenesen av MF / SS fortsatt uklar. MF refererer til den mer vanlige CTCL med en hud-overvekt, og er vanligvis begrenset til hud, mens SS er en aggressiv leukemisk variant av CTCL med utbredt hudinvolvering og er preget av neoplastisk distribusjon hovedsakelig involverer blod, hud og lymfeknute. Med fokus på klinisk praksis har identifisering av genuttrykksbiomarkører et enormt potensial for å forbedre diagnose og behandling av MF/SS. Faktisk har nyere transkripsjonsstudier identifisert potensielle diagnostiske biomarkører fra forskjeller i genuttrykk mellom normale og ondartede T-celler, noe som kan forbedre vår forståelse av SS-biologi, og avsløre potensielle terapeutiske mål. Dette manuskriptet beskriver en detaljert reproduserbar protokoll for isolering av perifere blodmonylære celler fra friskt fullblod fra pasienter diagnostisert med SS, utvalg av CD4+ minne T-celler (CD4 + CD45RO + T-celler), kjemisk stimulering og fremstilling av RNA egnet for transkripsjonsprofilering for å oppdage nye prognostiske molekylære markører for å få ytterligere innsikt i sykdomsetiologi. Stimuleringen ved hjelp av kjemisk agonist for å aktivere kjernefysisk regulering gir mer spesifikk vurdering for veier som er viktige i den dynamiske transkripsjonsreguleringen og genuttrykket og eliminerer forvirrende feil som kan oppstå ved oppstrøms signalfeil som oppstår fra TCR-antigentap ved cellemembranen. Dataene hentet fra sammenligning av transkripsjon av ustimulerte til stimulerte SS T-celler avdekker funksjonelle regulatoriske genuttrykksfeil som ikke fremgår av analyse av passivisert ustimulert celle. Videre kan metoden som er skissert fra denne tilnærmingen tilpasses for å studere T-cellegenuttrykksfeil i andre T-celleimmunesykdommer.
Kutan T-celle lymfom (CTCL), inkludert de vanligste undertypene mykose fungoider (MF) og Sézary syndrom (SS), er en heterogen gruppe sykdommer avledet fra transformasjon og ukontrollert spredning av modne hud-homing T celler 1,2. De neoplastiske T-cellene har en moden CD4 + CD45RO +, minne fenotype3, og uttrykker hud homing adhesjon markører, økende epidermotropisme4, som manifesterer seg som spesielt i tidlig sykdom. Det kliniske løpet av MF er ofte indolent når det er under rutinemessig administrert behandling, men en undergruppe av pasienter kan utvikle seg til mer avansert sykdom. I disse MF-tilfellene vokser og tykkere hudskader til store svulster, og neoplastiske T-celler kan spre seg til lymfeknuter og viscerale organer. I kontrast er SS en mer aggressiv, leukemisk variant av CTCL5, preget av en triade av symptomer: generalisert erytroderma (definert som påvirker >80% av det totale kroppsoverflateområdet), lymfadenopati og tilstedeværelse av mer enn 1000 /mm3 sirkulerende kloniske atypiske T-celler med cerebriform nuclei, såkalt Sézary celler 6,7 . Prognosen for SS-pasienter er betydelig verre enn MF. SS er sjelden med en forekomst på 0,1/100 000, og representerer omtrent 3 % av de totale CTCL-tilfellene 8,9. CTCL presenterer vanligvis hos eldre voksne med en median alder på ca 60 år10. Forekomsten av CTCL hadde økt, og selv om årsaken er uklar, har andelen stabilisert seg siden 199811,12.
Den molekylære patogenesen av SS er fortsatt uklar. Genetiske, epigenetiske og genuttrykksstudier har produsert et vell av nye data, men det er fortsatt inkonsekvente funn, hovedsakelig på grunn av de små pasientkohortene som studeres2, samt forskjeller i eksperimentell design og kontrollpopulasjoner13,14. Forbedret genomisk og trans transcriptomisk karakterisering kan belyse både sykdomsmekanismer og tidligere uutforskede terapeutiske mål. Derfor er det nødvendig med flere studier fra en større pasientpopulasjon for å bedre forstå denne heterogene maligniteten. Biomarkørpaneler som er svært følsomme og spesifikke i en SS-kohort, har prestert mindre jevnt i andre kohorter15, noe som representerer et alvorlig hinder i utviklingen av pålitelige diagnostiske og prognostiske biomarkører for SS16. Ideelle diagnostiske biomarkører vil være konsekvent og svært over-uttrykt i ondartede T-celler, mens de er fraværende eller nesten fraværende i normale T-celler17. Oppdagelsen av sykdomsspesifikke biomarkører er viktig for fremme av diagnostiske og terapeutiske protokoller for SS.
Transkripsjonsdata av høy kvalitet for både ondartede og normale T-celler krever en effektiv og pålitelig tilnærming til prøvepreparering. Her vil vi diskutere en detaljert, men enkel strategi for å få RNA-prøver fra T-cellepopulasjoner som er relevante for SS. Vi vil diskutere isolering av perifere mononukleære celler i blodet (PBMC) fra fullblod, negativt magnetisk utvalg av sykdomsrelevante CD4+CD45RO+ T-cellepopulasjoner, kjemisk aktivering for å avdekke forskjeller i funksjonelle responser og fremstilling av RNA for transkripsjonsprofilering. I den nåværende protokollen har kjemisk aktivering blitt utført ved hjelp av phorbol myristate acetat (PMA) og kalsiumionofor (A23187)18,19, fordi tidligere studier har vist defekt T-celle reseptor signalering i CTCL, og stimulering med PMA / A23187 omgår T-cellereseptoren 20,21. Også PMA / A23187 tillater en mer direkte proksimal aktivering av kjernefysiske signaler som trengs for cytokin genaktivering. Til slutt gir stimulering av T-celler et ekstra nivå av innsikt i reguleringen av genuttrykk som ikke kunne oppnås ved å hvile T-celler der dynamisk endring er fraværende.
Flere måter å isolere PBMCer på er utviklet, og hver har sine egne fordeler og begrensninger28. Vi samler rutinemessig opp til 50 ml blod i fem 10 ml rør som inneholder antikoagulant. Volumet av blodet for PBMC-isolasjon avhenger av flere faktorer som helse og alder på forskningsemnet og også av phlebotomistisk kompetanse. Et kritisk prosedyretrinn i protokollen er dannelsen av trinngradienten. Dårlig lagdeling kan føre til delvis eller fullstendig svikt i PBMCer til sediment ved grensesnittet. Vi foretrekker underlagsmetoden som er beskrevet her, da det er lett å starte bunnlaget. For å fullstendig dispensere hele tetthetsmediet under blodet, er det viktig å bruke et pipethjelpemiddel uten luftlekkasjer. Forurensning av PBMC-fraksjonen av uønskede celletyper kan minimeres ved forsiktig og konsekvent innsamling av buffy-kappen, som skal utføres på samme måte for hver isolasjon. Hvis PBMCer ikke vil bli ytterligere fraksjonert, bør du unngå å samle forskjellige mengder tetthetsgradient og plasmalag mellom isolasjoner. RBC lysis utføres for å minimere den potensielle effekten av forurensende RBC- og retikulosytt-avledede RNA på nedstrøms genuttrykksanalyser. Hypotoniske lysis vil bli hemmet av overflødig isotonisk buffer.
Videre isolering av T-celleundergruppe er viktig for molekylære studier. Her beskrev vi etterfølgende CD4 + CD45RO + T celler utvalg ved negativt utvalg for å fjerne uønskede celletyper. Negativ seleksjon er avhengig av antistoffer som gjenkjenner spesifikke celleoverflatemarkører for alle uønskede celler. Antistoffbelagte celler fjernes deretter av magnetiske perler. Denne utvalgsprotokollen fjerner uønskede celler samtidig som uberørte og ustimulerte målceller forblir frie flytende, noe som er viktig for å studere genaktivering. Det må imidlertid utvises forsiktighet for å unngå celleklumper, noe som reduserer den endelige renheten til utvalgte CD4+ CD45RO+ T-celler. Etylendiamintetraketisk syre (EDTA) som finnes i seleksjonsbufferen minimerer cellekumping. Utbyttet av T-celler avhenger av faktorer som det første volumet av blodet, pasientvariabler som behandlingen som administreres til pasient- og sykdomsstadiet på tidspunktet for prøveinnsamling. Behandling gitt til pasientene kan også påvirke cellens levedyktighet. I tillegg har eksempelsamling før en prosedyre som fotoferese også positiv innvirkning på CD4 + CD45RO + T celler renhet. Vi har observert at prøveinnsamling etter fotoferesebehandlingsprosedyre har negativ innvirkning på CD4 + CD45RO + T-celler.
Neoplastiske T-cellekloner fra SS-pasienter uttrykker oftest overflatemarkører i samsvar med en moden CD4 T-cellefenotype29,30. Fenotypisk plastisitet har imidlertid av og til blitt observert med hensyn til overflatemarkører, inkludert CD4, CD45RO, CD45RA, CD7 og/eller CD2631. Tidligere studier har også vist heterogeniteten i CD45RO- og CD45RA-uttrykk blant SS-pasienter29, mens de fleste SS-tilfeller fortsatt er CD45RO+. Roelens et al.31 viste også at SS kan vise interindividuell og intraindividuell heterogenitet med blandet populasjon av naiv (TN), sentralminne (TCM), overgangsminne (TTM), effektorminne (TEM) og terminaleffektorminne (TEMRA) undergrupper. Resultatene viser imidlertid tydelig at flertallet av SS-cellene har TCM-fenotype. Vi fokuserte studien vår på CD45RO+ overflateimmunofenotypen som er mest vanlig hos SS-pasienter, og bekreftet fenotype ved strømningscytometri. I planleggingsstudier av T-celleundergrupper hos pasienter er det viktig å vurdere fenotypisk heterogenitet av sykdommen som studeres, og rensestrategien kan derfor justeres etter behov for å oppnå ønsket T-cellepopulasjon for analyse.
Det er flere måter å stimulere T-celler og PBMCer til å undersøke funksjonell genuttrykk. Vi foretrekker kjemisk aktivering (PMA + A23187 ionofor), siden vi er interessert i genregulering i kjernen. Kjemisk aktivering er et best alternativ for dette formålet fordi det fungerer som en bred aktivator og er mer ensartet sammenlignet med antigenspesifikk stimulering. PMA er en liten organisk forbindelse som sprer seg gjennom cellemembranen inn i cytoplasma, og aktiverer direkte proteinkinase C. A23187 gjør at kalsium kan passere gjennom membraner. Disse forbindelsene omgår overflatereseptorer, og etterligner sammen effekten av T-cellereseptorligasjon med kostimulering formidlet av CD28. Kjemikaliene aktiverer flere intracellulære signalveier, noe som resulterer i aktivering av kjernefysisk transkripsjonsfaktor og oppregulering av cytokingener som er tilgjengelige for transkripsjonsaktivering. Selv om kjemisk aktivering og CD3CD28-ligation produserer påfallende like globale genuttrykksprofiler i normale celler32, er kjemisk aktivering med PMA + A23187 et godt valg siden SS T-celler kan miste uttrykk for overflatereseptorer inkludert TCR-komponenter33. Chong et al.22 sammenlignet aktiveringen av cytokingener mellom PMA/A23187 med anti-CD3- og anti-CD28-antistoffer hos PBMCer fra normale, tidlige MF/CTCL- og sene MF/CTCL-pasienter. De rapporterte at PMA/A23187 forårsaket raskere og mer intens aktivering av IL-2-genet sammenlignet med anti-CD3/CD28-stimulering. I tillegg viste de at langsommere aktiveringskinetikk med anti-CD3 / CD28 antistoffer er potensielt fra krysskobling og membransignalering som er nødvendig for stimulering. Videre ble trender i uttrykk for cytokiner blant de forskjellige cellepopulasjonene som ble studert bevart med PMA / A23187. Siden vi er interessert i genuttrykksaktivering, er kjemisk stimulering en ideell tilnærming fordi den fungerer som en bred aktivator og er mer konsistent sammenlignet med antigenspesifikk stimulering. CD3/CD28-ligation er ideell for å undersøke veier som er viktige i membranbasert signaltransduksjon. I tillegg er kjemisk aktivering billigere og krever ikke spesialutstyr. I den nåværende studien aktiverte PMA + A23187 signifikant cytokingener i ND, men ikke SS T-celler, noe som tyder på at SS T-celler har funksjonelle mangler nedstrøms TCR.
Oppsummert gir denne protokollen fenotypisk rene T-celler fra dyrebart pasientavledet blod, og en metode for å vurdere genomomfattende endringer i funksjonelt genuttrykk. Vi viser at transkripsjonsprofilering av SS T-celler sammenlignet med normale CD45RO+ T-celler avslører dype forskjeller i genaktivering i friske humane T-celler fra pasienter med CTCL. Disse studiene vil bidra til utvikling av diagnostiske biomarkører og terapeutiske strategier rettet mot nye markører i CTCL. I tillegg kan denne strategien og protokollen for å studere primære menneskelige T-celler være verdifull i tilpasning til studier av andre T-cellemediede sykdommer.
The authors have nothing to disclose.
Vi takker pasientene og de frivillige som deltok i vår forskning.
1.5 ml microcentrifuge tubes | Fisher Scientific | 02-681-320 | |
10 ml Disposable Plastic Pipette | Thermo Scientific | 170356 | |
1000 ul Pipet tips | VWR | 10017-038 | |
15 ml Conical Tubes | Corning | 352196 | |
25 ml Disposable Plastic Pipette | Thermo Scientific | 170357 | |
5 ml Disposable Plastic Pipette | Thermo Scientific | 170355 | |
50 ml Conical Tubes | Thermo Scientific | 339652 | |
A23187 ionophore | Fisher Scientific | BP595 | |
Centrifuge | Thermo Scientific | 75004381 | |
DMSO | Sigma | D2650-5x5ml | |
EasySep Human Memory CD4+ T cell Enrichment Kit | StemCell | 19157 | |
FBS | GIBCO | 16140-071 | |
HBSS | GIBCO | 14185-052 | |
HEPES | Fisher Bioreagents | BP310-500 | |
KHCO3 | Fisher Bioreagents | P184-500 | |
Lymphocyte Separation Medium | Corning | 25-072-CV | |
Na2EDTA | ACROS | 10378-23-1 | |
NaHCO3 | Fisher Bioreagents | S233-500 | |
NH4Cl | Fisher Bioreagents | A661-500 | |
Penicillin-streptomycin solution | GIBCO | 15140122 | |
phorbol12-myristate13-acetate (PMA) | Sigma | P-8139 | |
Pipet-Lite LTS Pipette L-1000XLS+ | RAININ | 17014382 | |
Pipet-Lite LTS Pipette L-10XLS+ | RAININ | 17014388 | |
Pipet-Lite LTS Pipette L-200XLS+ | RAININ | 17014391 | |
Pipet-Lite LTS Pipette L-20XLS+ | RAININ | 17014392 | |
RNA Clean & Concentrator-5 | Zymo Research | R1013 | |
Rneasy Plus Mini Kit | Qiagen | 74136 | |
RPMI 1640 | GIBCO | 31800-022 | |
T-25 Flask | Thermo Scientific | 2024-10 |