Akış NK Hücre Fonksiyonları İzleme Testi Sitometri tabanlı
Summary
Basit ve güvenilir bir yöntem, örneğin, farklı NK hücresi alt-gruplar içinde degranülasyonu, sitokin ve kemokin üretimi gibi NK hücresi fonksiyonlarının bir dizi analiz için tarif edilmektedir.
Abstract
Natural killer (NK) cells are an important part of the human tumor immune surveillance system. NK cells are able to distinguish between healthy and virus-infected or malignantly transformed cells due to a set of germline encoded inhibitory and activating receptors. Upon virus or tumor cell recognition a variety of different NK cell functions are initiated including cytotoxicity against the target cell as well as cytokine and chemokine production leading to the activation of other immune cells. It has been demonstrated that accurate NK cell functions are crucial for the treatment outcome of different virus infections and malignant diseases. Here a simple and reliable method is described to analyze different NK cell functions using a flow cytometry-based assay. NK cell functions can be evaluated not only for the whole NK cell population, but also for different NK cell subsets. This technique enables scientists to easily study NK cell functions in healthy donors or patients in order to reveal their impact on different malignancies and to further discover new therapeutic strategies.
Introduction
doğuştan gelen bağışıklık sistemi doğal katil bir parçası olarak (NK) hücreleri virüs bulaşmış ya da malign hücre transformasyonu karşı ilk savunma hattı katkıda bulunur. inhibe edici ve aktive edici reseptör bir sistem T hücrelerinin aksine önceki antijen astarsız sağlıklı ve dönüştürülmüş hücreler arasında ayrım sağlar. Hedef hücre karşılaşma üzerine NK hücreleri hedeflerini öldürmek için bağışıklık sinaps içine sitotoksik granül (örneğin, perforin, granzymes) içeriğini bırakın. Hedef hücre üzerinde (MIP-1β, örneğin, makrofaj enflamatuar protein 1β) ve kemokinleri:;: Ayrıca, NK hücreleri, farklı sitokin türde (TNF-α, tümör nekroz faktörü-α, IFN-γ, örneğin, interferon-γ) üreten ve salgılayan etkileşimi veya sitokin stimülasyonu 1.
Böyle sitotoksisite, kemokin ve sitokin üretimi yeterli NK hücre fonksiyonları farklı dis kaderi üzerinde önemli bir etkiye sahipkolaylaştırır. Onlar azaltılmış IFN-γ üretimi ve NK hücre reseptörlerini 2 aktive azaltılmış ifade oluşan tanı anındaki bir kusurlu NK hücre profili sergileyen eğer Lösemi hastaları nüks oranları artış göstermektedir. Hedef hücre etkileşimi üzerine sitokin üretimi de dahil olmak üzere, NK hücre sayıları ve fonksiyonu bir erken toparlanma allojenik kök hücre transplantasyonu 3 alan hastalarda azalmış nüks ve sağkalım oranı ile ilişkilidir. Ayrıca, hepatit C virüsü ile enfekte hastalarda interferon tedavisinin başlaması ile periferik NK hücrelerinin degranülasyonu kapasitesi olmayan yanıt 4 daha erken yanıt güçlüdür. NK hücre sayıları (> 80 / ul) lenfoma veya multipl miyelom muzdarip hastalarda otolog kök hücre nakli (autoSCT) gün sonra 15 geliştirilmiş bir ilerlemesinde ve genel sağkalım 5 için öngörü vardır. melanom hastalarında T-hücresi ekspresyonu İmmünoglobulin ve müsin-alan-containing molekül-3 (TİM-3), NK hücreleri üzerinde bağışıklık-düzenleyici protein, bir hastalık aşaması ve prognoz 6 ile bağlantılıdır.
Bilim adamları son yıllarda boyunca NK hücre fonksiyonlarını takip var. Önceden astarsız tümör hücrelerine karşı NK hücre sitotoksisite başlangıç analizi, 51Cr-açığa çıkarma deneyinde 7 ile ele alındı. Daha yakın zamanda, bilim adamları, genişletilmiş NK hücrelerinin 8 sitotoksisitesini değerlendirmek için radyoaktif olmayan bir yöntem geliştirdi. Sitokin ve kemokin üretimi sıklıkla enzim bağlantılı immünosorbent deneyi (ELISA) tekniği 9,10 kullanılarak değerlendirilmiştir. Son yıllarda bu yöntemler flow sitometri tabanlı analizleri ile tamamlanmıştır. Geleneksel yüzey boyama protokolleri ile birlikte protein taşıma inhibitörleri (örneğin, Brefeldin A ve monensin) ve hücre permeabilization yöntemlerinin kullanımı, farklı spesifik lenf kemokin ve sitokin üretimini incelemek için bilim adamları sağladıocyte alt-kümeleri (örneğin, T, B ya da NK hücreleri) 11. Ayrıca, farklı akış sitometri bazlı deneyler T ve NK hücre sitotoksisitesini izlemek için geliştirilmiştir. 2004 Alter ve ark., Sitotoksik granüller 12 degranülasyonunun için bir markör olarak hedef hücre karşılaşıldığında NK hücreleri üzerinde lizozom ilişkili protein CD 107a (LAMP1) yüzey ekspresyonunu tarif. Farklı fluorochromes ve çok kanallı akış sitometrelerinde geniş bir yelpazede günümüzde mevcut olduğundan, aynı anda farklı NK hücre alt gruplarında çeşitli NK hücre fonksiyonlarını (sitotoksisite, sitokin ve kemokin üretimi) izlenmesi mümkün hale gelmiştir. Bu biyopsi veya lökopeni mustarip hastaların kan örneklerinde, örneğin Örnek büyüklüğü sınırlı olduğu durumlarda özellikle önemli hale gelir.
Global NK hücresi fonksiyonlarını test etmek için, farklı akış sitometri bazlı deneyler etkin birleştirilebilir. Theorell ve ark. İşitme cihazı uyarılır NK hücrelerilthy tümör hücre çizgisi K562 ile bağışçıların ve 13 flow sitometri aracılığı ile NK hücre degranülasyonu, iç-dış sinyal ve kemokin üretimini analiz. Son zamanlarda NK hücre alt grupları, autoSCT sırasında fenotipleri ve tümör hastalarında fonksiyonları sitometri tabanlı deneyler akış kullanılarak analiz edildi. Bu NK hücreleri degranüle ve autoSCT 11 sonra çok erken zaman noktalarında tümör hücre tanıma üzerine sitokinler / kemokinleri üretmek mümkün olduğu gösterilmiştir.
Burada bir protokol degranülasyonu kapasitesi, kemokin ve sitokin üretimi dahil olmak üzere tümör hücrelerinin mümkün aynı anda farklı alt NK hücre fonksiyonlarını izlemek için yapan bir akış sitometrisi bazlı analiz kullamlarak etkileşimin ardından NK hücre fonksiyonlarını değerlendirmek için tarif edilmektedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
tarif edilen yöntem sağlıklı vericilerden veya hastanın tam kan örnekleri NK hücre fonksiyonlarını incelemek için kolay, hızlı ve güvenilir bir yaklaşımdır. Bu yöntem, kaçınarak doğrudan tam kan NK hücrelerinin saflaştırılması için büyük bir avantaj sunmaktadır zaman alıcı bir çok saflaştırma yöntemleri 15 için zorunlu olan yoğunluk gradyan santrifüjleme. Ayrıca, pediatrik ve / veya bağışıklık eksikliği olan hastalarda örnekler için uygun bir alternatif yapar &qu…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Authors were supported by the German Cancer Aid (Max Eder Nachwuchsgruppe, Deutsche Krebshilfe; EU), the LOEWE Center for Cell and Gene Therapy Frankfurt (EU, ST) funded by the Hessian Ministry of Higher Education, Research and the Arts, Germany (III L 4- 518/17.004) and by the “Alfred- und Angelika Gutermuth-Stiftung”, Frankfurt, Germany (EU). BJ was funded by a Mildred Scheel postdoctoral scholarship from the Dr. Mildred Scheel Foundation for Cancer Research. ST was founded by a GO-IN postdoctoral fellowship (PCOFUND-GA-2011-291776). The authors thank Becton Dickinson (BD) for providing the FACSCanto II and Canto10c Flow Cytometry Analyzers used in this study.
Materials
| RPMI 1640 + glutamine | Invitrogen | 6187-044 | |
| penicilin/streptomycin | Invitrogen | 15140-122 | |
| BD Falcon Round Bottom Tube | BD | 352008 | |
| fetal calf serum | Invitrogen | 10270-106 | heat inactivated before use |
| T-flask | Greiner Bio-One | 690195 | |
| K562 tumor cell line | DSMZ GmbH | ACC 10 | |
| ammonium-chloride-potassium (ACK) lysis buffer | made in house | / | components are listed in the text |
| Distilled water: Ampuwa Spüllösung 1000ml Plastipur | Fresenius Kabi | 1088813 | |
| Megafuge 40R Centrifuge | Heraeus | / | |
| EDTA blood collector tubes | Sarstedt | 386453 | S-Monovette 7,5 ml, K3 EDTA |
| UltraPure 0.5M EDTA, pH 8.0 | Life Technologies | 15575-020 | |
| Hematopoietic media (XVIVO) | Lonza Group Ltd | BE04-743Q | |
| human serum | DRK Blutspendedienst, Frankfurt/M | / | healthy donors with blood type AB; heat inactivated before use |
| Neubauer-improved counting chamber, bright line | Marienfeld superior/ LO-Laboroptik Ltd. | 0640030/ 1110000 | |
| trypan blue solution (0,4%) | Invitrogen | 15250-061 | |
| 3% acetic acid with methylene blue | Stemcell Technologies | 07060 | |
| Corning 96 Well Clear V-Bottom TC-treated Microplates | Corning | 3894 | |
| Falcon 96 Well Round Bottom Not Treated Microplates | Corning | 351177 | |
| DPBS (Ca2+– and Mg2+-free) | Gibco Invitrogen | 14190-169 | |
| BSA | Sigma Aldrich | A2153-100G | |
| NaN3 | Sigma Aldrich | 08591-1ML-F | |
| phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) | Merck | 524400-1MG | |
| ionomycin | PromoKine | PK-CA577-1566-5 | |
| interleukin 15 (IL-15) | PeproTech | 200-15 | |
| Proleukin S (IL-2) | Novartis Pharma | 730523 | |
| Golgi Stop, Protein Transport Inhibitor (containing Monensin) | BD Biosciences | 554724 | This product can be used in combination or instead of Golgi Plug. The best combination for the wished experimental setting has to be tested. |
| Golgi Plug, Protein Transport Inhibitor (containing Brefeldin A) | BD Biosciences | 555029 | |
| paraformaldehyde | AppliChem | UN2209 | |
| saponin | Sigma Aldrich | 47036 | |
| flow cytometer: Canto10C | BD Biosciences | / | |
| FlowJo | TreeStar Inc. | / | |
| Graph Pad | Graph Pad Inc. | / | |
| MACSxpress Separator | Miltenyi Biotec | 130-098-308 | |
| MACSxpress NK isolation kit | Miltenyi Biotec | 130-098-185 | |
| MACSxpress Erythrocyte Depletion Kit, human | Miltenyi Biotec | 130-098-196 | |
| MACSmix Tube Rotator | Miltenyi Biotec | 130-090-753 | |
| anti-human CD3 APC | Biolegend | 300412 | |
| anti-human CD3 V450 | BD Biosciences | 560366 | |
| anti-human CD14 PerCP | Miltenyi Biotec | 130-094-969 | |
| anti-human CD14 V450 | BD Biosciences | 560349 | |
| anti-human CD16 PE | Biolegend | 302008 | |
| anti-human CD16 PerCP | Biolegend | 302029 | |
| anti-human CD19 PE-Cy7 | Biolegend | 302216 | |
| anti-human CD19 V450 | BD Biosciences | 560353 | |
| anti-human CD45 BV510 | BD Biosciences | 563204 | |
| anti-human CD56 FITC | Biolegend | 345811 | |
| anti-human CD107a PE | Biolegend | 328608 | |
| anti-human IFN-γ AF-647 | BD Biosciences | 557729 | |
| anti-human MIP-1β APC-H7 | BD Biosciences | 561280 | |
| DAPI | Biolegend | 422801 | |
| Zombie Violet Fixable Viability Kit | Biolegend | 423113 | fixable dead cell marker |
References
- Watzl, C. How to trigger a killer: modulation of natural killer cell reactivity on many levels. Adv Immunol. 124, 137-170 (2014).
- Khaznadar, Z., et al. Defective NK Cells in Acute Myeloid Leukemia Patients at Diagnosis Are Associated with Blast Transcriptional Signatures of Immune Evasion. J Immunol. 195 (6), 2580-2590 (2015).
- Pical-Izard, C., et al. Reconstitution of natural killer cells in HLA-matched HSCT after reduced-intensity conditioning: impact on clinical outcome. Biol Blood Marrow Transplant. 21 (3), 429-439 (2015).
- Ahlenstiel, G., et al. Early changes in natural killer cell function indicate virologic response to interferon therapy for hepatitis C. Gastroenterology. 141 (4), 1231-1239 (2011).
- Porrata, L. F., et al. Early lymphocyte recovery predicts superior survival after autologous stem cell transplantation in non-Hodgkin lymphoma: a prospective study. Biol Blood Marrow Transplant. 14 (7), 807-816 (2008).
- Silva, I. P., et al. Reversal of NK-cell exhaustion in advanced melanoma by Tim-3 blockade. Cancer Immunol Res. 2 (5), 410-422 (2014).
- Kiessling, R., Klein, E., Wigzell, H. “Natural” killer cells in the mouse. I. Cytotoxic cells with specificity for mouse Moloney leukemia cells. Specificity and distribution according to genotype. Eur J Immunol. 5 (2), 112-117 (1975).
- Somanchi, S. S., Senyukov, V. V., Denman, C. J., Lee, D. A. Expansion, purification, and functional assessment of human peripheral blood NK cells. J Vis Exp. (48), (2011).
- Mariani, E., et al. Chemokine production by natural killer cells from nonagenarians. Eur J Immunol. 32 (6), 1524-1529 (2002).
- Reefman, E., et al. Cytokine secretion is distinct from secretion of cytotoxic granules in NK cells. J Immunol. 184 (9), 4852-4862 (2010).
- Jacobs, B., et al. NK Cell Subgroups, Phenotype, and Functions After Autologous Stem Cell Transplantation. Front. Immunol. 6, 583 (2015).
- Alter, G., Malenfant, J. M., Altfeld, M. CD107a as a functional marker for the identification of natural killer cell activity. J Immunol Methods. 294 (1-2), 15-22 (2004).
- Theorell, J., et al. Sensitive and viable quantification of inside-out signals for LFA-1 activation in human cytotoxic lymphocytes by flow cytometry. J Immunol Methods. 366 (1-2), 106-118 (2011).
- Brander, C., et al. Inhibition of human NK cell-mediated cytotoxicity by exposure to ammonium chloride. J Immunol Methods. 252 (1-2), 1-14 (2001).
- Beeton, C., Chandy, K. G. Enrichment of NK cells from human blood with the RosetteSep kit from StemCell technologies. J Vis Exp. (8), e326 (2007).
- Lamoreaux, L., Roederer, M., Koup, R. Intracellular cytokine optimization and standard operating procedure. Nat. Protoc. 1 (3), 1507-1516 (2006).
- Baginska, J., et al. Granzyme B degradation by autophagy decreases tumor cell susceptibility to natural killer-mediated lysis under hypoxia. Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (43), 17450-17455 (2013).
- He, L., et al. A sensitive flow cytometry-based cytotoxic T-lymphocyte assay through detection of cleaved caspase 3 in target cells. J Immunol Methods. 304 (1-2), 43-59 (2005).
- Sutton, V. R., et al. Serglycin determines secretory granule repertoire and regulates NK cell and CTL cytotoxicity. FEBS J. 283 (5), 947-961 (2016).
- Schönberg, K., Hejazi, M., Uhrberg, M. Protocol for the clonal analysis of NK cell effector functions by multi-parameter flow cytometry. Methods Mol Biol. 903, 381-392 (2012).
- Björkström, N. K., et al. Expression patterns of NKG2A, KIR, and CD57 define a process of CD56dim NK-cell differentiation uncoupled from NK-cell education. Blood. 116 (19), 3853-3864 (2010).
- Bryceson, Y. T., Ljunggren, H. G., Long, E. O. Minimal requirement for induction of natural cytotoxicity and intersection of activation signals by inhibitory receptors. Blood. 114 (13), 2657-2666 (2009).
- Cooper, M. A., et al. Human natural killer cells: a unique innate immunoregulatory role for the CD56(bright) subset. Blood. 97 (10), 3146-3151 (2001).
- Fauriat, C., Long, E. O., Ljunggren, H. G., Bryceson, Y. T. Regulation of human NK-cell cytokine and chemokine production by target cell recognition. Blood. 115 (11), 2167-2176 (2010).
- Postow, M. A., Callahan, M. K., Wolchok, J. D. Immune Checkpoint Blockade in Cancer Therapy. J Clin Oncol. 33 (17), 1974-1982 (2015).
- Glienke, W., et al. Advantages and applications of CAR-expressing natural killer cells. Front Pharmacol. 6, 21 (2015).
- Curran, K. J., Brentjens, R. J. Chimeric antigen receptor T cells for cancer immunotherapy. J Clin Oncol. 33 (15), 1703-1706 (2015).
- Zappasodi, R., de Braud, F., Di Nicola, M. Lymphoma Immunotherapy: Current Status. Front. Immunol. 6, 448 (2015).
- Laprevotte, E., et al. Endogenous IL-8 acts as a CD16 co-activator for natural killer-mediated anti-CD20 B cell depletion in chronic lymphocytic leukemia. Leuk Res. 37 (4), 440-446 (2013).
- Maloney, D. G., et al. IDEC-C2B8 (Rituximab) anti-CD20 monoclonal antibody therapy in patients with relapsed low-grade non-Hodgkin’s lymphoma. Blood. 90 (6), 2188-2195 (1997).
- Salles, G., et al. Phase 1 study results of the type II glycoengineered humanized anti-CD20 monoclonal antibody obinutuzumab (GA101) in B-cell lymphoma patients. Blood. 119 (22), 5126-5132 (2012).
- Terszowski, G., Klein, C., Stern, M. KIR/HLA interactions negatively affect rituximab- but not GA101 (obinutuzumab)-induced antibody-dependent cellular cytotoxicity. J Immunol. 192 (12), 5618-5624 (2014).
- Hsu, A. K., et al. The immunostimulatory effect of lenalidomide on NK-cell function is profoundly inhibited by concurrent dexamethasone therapy. Blood. 117 (5), 1605-1613 (2011).
- Salih, J., et al. The BCR/ABL-inhibitors imatinib, nilotinib and dasatinib differentially affect NK cell reactivity. Int J Cancer. 127 (9), 2119-2128 (2010).
- Benson, D. M., et al. A phase 1 trial of the anti-KIR antibody IPH2101 in patients with relapsed/refractory multiple myeloma. Blood. 120 (22), 4324-4333 (2012).
- Vey, N., et al. A phase 1 trial of the anti-inhibitory KIR mAb IPH2101 for AML in complete remission. Blood. 120 (22), 4317-4323 (2012).
- Terme, M., Ullrich, E., Delahaye, N. F., Chaput, N., Zitvogel, L. Natural killer cell-directed therapies: moving from unexpected results to successful strategies. Nat Immunol. 9 (5), 486-494 (2008).
