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Method Article
* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Ici, nous concevons deux panels de cytométrie de masse complémentaire (CyTOF) et optimisons un protocole de coloration CyTOF dans le but de profiler le récepteur des cellules tueuses naturelles et le répertoire de ligands dans le cadre d’infections virales.
Les cellules tueuses naturelles (NK) sont parmi les premières à répondre aux infections virales. La capacité des cellules NK à reconnaître et à tuer rapidement les cellules infectées par le virus est régulée par l’expression de récepteurs inhibiteurs et activateurs codés par la lignée germinale. L’engagement de ces récepteurs par leurs ligands apparentés sur les cellules cibles détermine si l’interaction intercellulaire entraînera la destruction des cellules NK. Ce protocole détaille la conception et l’optimisation de deux panels de cytométrie de masse complémentaire (CyTOF). Un panel a été conçu pour phénotyper les cellules NK en fonction de l’expression des récepteurs. L’autre panel a été conçu pour interroger l’expression de ligands connus pour les récepteurs des cellules NK sur plusieurs sous-ensembles de cellules immunitaires. Ensemble, ces deux panels permettent de profiler le répertoire récepteur-ligand des cellules NK humaines. De plus, ce protocole détaille également le processus par lequel nous colorons les échantillons pour le CyTOF. Ce processus a été optimisé pour une meilleure reproductibilité et une meilleure standardisation. L’un des avantages de CyTOF est sa capacité à mesurer plus de 40 marqueurs dans chaque panneau, avec un chevauchement minimal des signaux, ce qui permet aux chercheurs de capturer l’étendue du répertoire récepteur-ligand des cellules NK. Le code-barres au palladium réduit également les variations entre les échantillons, ainsi que la consommation de réactifs, ce qui facilite la coloration des échantillons avec chaque panneau en parallèle. Les limites de ce protocole comprennent le débit relativement faible de CyTOF et l’incapacité de récupérer les cellules après l’analyse. Ces panels ont été conçus pour l’analyse d’échantillons cliniques de patients souffrant d’infections virales aiguës et chroniques, notamment le virus de la dengue, le virus de l’immunodéficience humaine (VIH) et la grippe. Cependant, ils peuvent être utilisés dans n’importe quel contexte pour étudier le répertoire des récepteurs et ligands des cellules NK humaines. Il est important de noter que ces méthodes peuvent être largement appliquées à la conception et à l’exécution des futurs panneaux CyTOF.
Les cellules tueuses naturelles (NK) sont des cellules immunitaires innées dont le rôle principal est de cibler et de tuer les cellules malignes, infectées ou autrement stressées. Grâce à leur sécrétion de cytokines telles que l’IFNγ et le TNFα, ainsi qu’à leur activité cytotoxique, les cellules NK peuvent également façonner la réponse immunitaire adaptative aux agents pathogènes et aux tumeurs malignes. La réponse NK est médiée en partie par la signalisation combinatoire des récepteurs inhibiteurs et activateurs codés par la lignée germinale, qui se lient à une myriade de ligands exprimés sur des cellules cibles potentielles. Plusieurs récepteurs des cellules NK ont plus d’un ligand, de nouvelles paires récepteur-ligand étant régulièrement identifiées.
On s’intéresse particulièrement à l’étude des cellules NK dans le contexte des infections virales, où leur capacité à répondre rapidement aux cellules stressées peut limiter la propagation virale ou favoriser le développement de stratégies d’évasion des cellules NK. Cet intérêt pour la biologie des cellules NK s’étend au domaine de l’immunothérapie du cancer, où les chercheurs étudient le rôle des cellules NK dans l’immunosurveillance tumorale et dans le microenvironnement tumoral1. Cependant, la capacité de profiler les interactions cellule-cellule cible NK est compliquée par le fait que les cellules NK humaines peuvent exprimer plus de 30 récepteurs qui peuvent à leur tour interagir avec plus de 30 ligands connus2. La détection simultanée de plusieurs récepteurs de cellules NK et de leurs ligands apparentés est donc nécessaire pour saisir la complexité des interactions récepteur-ligand qui contrôlent la fonction NK. Nous nous sommes donc tournés vers la cytométrie de masse (CyTOF), qui permet de détecter simultanément plus de 40 marqueurs au niveau de la cellule unique. Notre objectif était de créer deux panels CyTOF pour profiler le répertoire récepteur-ligand des cellules NK. Nous voulions également concevoir un protocole pour un traitement et une coloration efficaces des échantillons cliniques. Les échantillons humains cliniques fournissent une mine d’informations sur la façon dont le corps réagit à l’infection virale. Par conséquent, nous avons développé ce protocole pour étudier l’expression des récepteurs des cellules NK et de leurs ligands apparentés en parallèle afin une meilleure standardisation, une meilleure récupération, une consommation réduite de réactifs et des effets de lot limités.
Plusieurs panels de cytométrie en flux conçus pour caractériser le phénotype des cellules NK humaines ont été publiés précédemment 3,4,5,6,7,8. La plupart de ces panels sont limités dans leur capacité à saisir l’étendue du répertoire récepteur-ligand, ne permettant la détection que d’une sélection limitée de marqueurs. De plus, ces panneaux sont limités par le chevauchement des signaux entre les fluorochromes. CyTOF utilise des anticorps conjugués à des isotopes métalliques, qui sont lus par spectrométrie de masse à temps de vol, réduisant ainsi considérablement le débordement entre les canaux.
Comme nous, d’autres chercheurs se sont tournés vers CyTOF pour étudier les cellules NK9, 10, 11, 12, 13, 14, bien qu’avec généralement moins de marqueurs de cellules NK, ce qui réduit la profondeur du phénotypage. Bien que les protocoles généraux de coloration utilisés par ces groupes soient similaires aux nôtres, il existe quelques différences clés. D’autres protocoles n’impliquent pas d’isoler les cellules NK avant la coloration, même si les chercheurs ne s’intéressent qu’à ce sous-ensemble13,14. Étant donné que les cellules NK ne représentent que 5 à 20 % des cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC), la coloration de PBMC entiers plutôt que de cellules NK isolées signifie que la plupart des événements collectés ne seront pas des cellules NK. Cela réduit la quantité de données générées sur le sous-ensemble d’intérêt et entraîne une utilisation inefficace du temps machine. De plus, alors que bon nombre de ces panels interrogent l’expression des récepteurs des cellules NK tels que les récepteurs Ig-like tueurs (KIR), les NKG2A/C/D et les récepteurs naturels de cytotoxicité (NKp30, NKp44 et NKp46), l’expression de ces marqueurs n’est pas placée dans un contexte plus large en raison de l’absence de données sur l’expression de leurs ligands respectifs. Par conséquent, bien que ces méthodes précédemment publiées pour étudier les cellules NK via CyTOF soient suffisantes pour le phénotypage large des cellules NK, utilisées isolément, elles ne peuvent pas fournir une image complète de l’activité des cellules NK. Cela nous amène au principal avantage des méthodes décrites ici, à savoir qu’à ce jour, il n’existe pas de cytométrie en flux publiée ou de panels CyTOF axés sur l’exploration de l’expression des ligands des récepteurs des cellules NK. Il est important de noter que notre panel de ligands dispose de plusieurs canaux ouverts pour permettre l’ajout de marqueurs afin de répondre aux besoins uniques de chaque expérience.
Étant donné que l’une des principales limites de CyTOF est l’incapacité de récupérer l’échantillon après l’analyse, cette méthode peut ne pas convenir aux chercheurs qui ont des échantillons limités avec lesquels ils souhaitent effectuer des expériences supplémentaires. De plus, la nature à faible débit de CyTOF signifie que les données générées seront de mauvaise qualité si le nombre de cellules de départ est faible. À l’exception de ces deux limitations, cette méthode fonctionnera bien dans n’importe quel contexte pour étudier les interactions récepteur-ligand entre les cellules NK et les cellules cibles.
Des PBMC adultes sains anonymisés ont été obtenus à partir de chambres du système de leucoréduction achetées au Stanford Blood Center. Des PBMC provenant de donneurs pédiatriques sains anonymisés et de patients pédiatriques atteints de dengue aiguë ont été obtenus auprès de l’Institut d’études sur la santé Gorgas Memorial à Panama City, au Panama, et dans des hôpitaux appartenant au ministère de la Santé, au système de sécurité sociale de Panama City et dans les zones suburbaines. Le protocole d’étude sur la dengue a été approuvé par l’IRB de l’Hospital del Niño (CBIHN-M-0634), puis approuvé par les comités de l’ICGES, du CSS, de l’hôpital Santo Tomas et de l’Université de Stanford. Les PBMC de patients infectés par le VIH sous traitement antirétroviral ont été obtenus à partir de l’étude ACTG A5321.
1. Marquage des anticorps, préparation du panel et stockage
2. Protocole de coloration
Les anticorps ont été conjugués à des isotopes métalliques à l’aide de trousses d’étiquetage disponibles dans le commerce, conformément aux instructions du fabricant. Les clones d’anticorps ont été validés par cytométrie en flux et cytométrie de masse avant d’être utilisés dans ce panel. Une première liste de clones a été sélectionnée en fonction de l’examen de la littérature et de la disponibilité des anticorps. Les niveau...
Nous décrivons ici la conception et l’application de deux panels CyTOF complémentaires visant à profiler le répertoire récepteur-ligand des cellules NK. Ce protocole comprend plusieurs étapes essentielles à l’obtention de données de qualité. CyTOF utilise des ions de métaux lourds, plutôt que des fluorochromes, comme sondes de marquage pour les anticorps19. Cette technologie est donc soumise à des signaux potentiellement contaminants provenant des ...
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Les auteurs tiennent à remercier tous les membres actuels et anciens du Blish Laboratory qui ont contribué à ce panel. Merci au Groupe d’essais cliniques sur le sida et à l’équipe ACTG A5321, ainsi qu’à la Dre Sandra López-Vergès et à Davis Beltrán de l’Institut Gorgas Memorial d’études sur la santé pour la conservation des échantillons. Enfin, merci à Michael Leipold, Holden Maecker et au Centre de surveillance immunitaire humaine de Stanford pour l’utilisation de leurs machines Helios. Ce travail a été soutenu par NIH U19AI057229, NIH R21 AI135287, NIH R21 AI130532, NIH DP1 DA046089 et Burroughs Wellcome Fund Investigators in the Pathogenesis of Infectious Diseases #1016687 to CB, NIH Ruth L. Kirschstein Institutional National Research Service Award T32 AI007502, TL1 TR001084 et NIH/NIAID K08 AI138640 à EV, National Science Foundation Graduate Research Fellowship DGE-1656518 to JM et NIH training grant T32-AI-007290 (PI Olivia Martinez). L’étude de l’ACTG a reçu une subvention de AI-68634 (Centre de gestion des statistiques et des données), UM1-A1-26617, AI-131798 et AI-68636 (ACTG). CB est chercheur à la faculté Tashia et John Morgridge en médecine translationnelle pédiatrique de l’Institut de recherche sur la santé maternelle et infantile de Stanford et chercheur au Chan Zuckerberg Biohub.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
89Y | Sigma-Aldrich | 204919 | |
102-Palladium nitrate | Trace Sciences International | Special Order | |
104-Palladium nitrate | Trace Sciences International | Special Order | |
106-Palladium nitrate | Trace Sciences International | Special Order | |
108-Palladium nitrate | Trace Sciences International | Special Order | |
115In | Trace Sciences International | Special Order | |
141Pr | Fluidigm | 201141A | |
142Nd | Fluidigm | 201142A | |
143Nd | Fluidigm | 201143A | |
144Nd | Fluidigm | 201144A | |
145Nd | Fluidigm | 201145A | |
146Nd | Fluidigm | 201146A | |
147Sm | Fluidigm | 201147A | |
148Nd | Fluidigm | 201148A | |
149Sm | Fluidigm | 201149A | |
150Nd | Fluidigm | 201150A | |
151Eu | Fluidigm | 201151A | |
152Sm | Fluidigm | 201152A | |
153Eu | Fluidigm | 201153A | |
154Sm | Fluidigm | 201154A | |
155Gd | Fluidigm | 201155A | |
156Gd | Fluidigm | 201156A | |
157Gd | Trace Sciences International | N/A | |
158Gd | Fluidigm | 201158A | |
159Tb | Fluidigm | 201159A | |
160Gd | Fluidigm | 201160A | |
161Dy | Fluidigm | 201161A | |
162Dy | Fluidigm | 201162A | |
163Dy | Fluidigm | 201163A | |
164Dy | Fluidigm | 201164A | |
165Ho | Fluidigm | 201165A | |
166Er | Fluidigm | 201166A | |
167Er | Fluidigm | 201167A | |
168Er | Fluidigm | 201168A | |
169Tm | Fluidigm | 201169A | |
170Er | Fluidigm | 201170A | |
171Yb | Fluidigm | 201171A | |
172Yb | Fluidigm | 201172A | |
173Yb | Fluidigm | 201173A | |
174Yb | Fluidigm | 201174A | |
175Lu | Fluidigm | 201175A | |
176Yb | Fluidigm | 201176A | |
209Bi anti-CD16 | Fluidigm | 3209002B | Clone 3G8. Used at a 1:50 dilution. |
697 cells | Creative Bioarray | CSC-C0217 | |
Amicon Ultra Centrifugal Filter Units 0.5 with Ultracel-30 Membrane, 30 kDa | Millipore | UFC503096 | |
Anhydrous acetonitrile | Fisher Scientific | BP1165-50 | |
anti-2B4 | Biolegend | 329502 | Clone C1.7. |
anti-B7-H6 | R&D Systems | MAB7144 | Clone 875001. |
anti-CCR2 | Biolegend | 357202 | Clone K036C2. |
anti-CD2 | Biolegend | 300202 | Clone RPA-2.10. |
anti-CD3 | Biolegend | 300402 | Clone UCHT1. |
anti-CD4 | Biolegend | 317402 | Clone OKT4. |
anti-CD4 | Biolegend | 344602 | Clone SK3. |
anti-CD7 | Biolegend | 343102 | Clone CD7-6B7. |
anti-CD8 | Biolegend | 344702 | Clone SK1. |
anti-CD11b | Biolegend | 301302 | Clone ICRF44. |
anti-CD14 | Biolegend | 301802 | Clone M5E2. |
anti-CD19 | Biolegend | 302202 | Clone HIB19. |
anti-CD33 | Biolegend | 303402 | Clone WM53. |
anti-CD38 | Biolegend | 303502 | Clone HIT2. |
anti-CD48 | Biolegend | 336702 | Clone BJ40. |
anti-CD56 | BD Pharmingen | 559043 | Clone NCAM16.2. |
anti-CD57 | Biolegend | 322302 | Clone HCD57. |
anti-CD62L | Biolegend | 304802 | Clone DREG-56. |
anti-CD69 | Biolegend | 310902 | Clone FN50. |
anti-CD94 | Biolegend | 305502 | Clone DX22. |
anti-CD95 | Biolegend | 305602 | Clone DX2. |
anti-CD155 | Biolegend | 337602 | Clone SKII.4. |
anti-CXCR6 | Biolegend | 356002 | Clone K041E5. |
anti-DNAM-1 | BD Biosciences | 559787 | Clone DX11. |
anti-DR4 | Biolegend | 307202 | Clone DJR1. |
anti-DR5 | Biolegend | 307302 | Clone DJR2-2. |
anti-FAS-L | Biolegend | 306402 | Clone NOK-1. |
anti-FcRg | Millipore | 06-727 | Polyclonal antibody. |
anti-HLA-C,E | Millipore | MABF233 | Clone DT9. |
anti-HLA-Bw4 | Miltenyi Biotec | Special Order | Clone REA274. |
anti-HLA-Bw6 | Miltenyi Biotec | 130-124-530 | Clone REA143. |
anti-HLA-DR | Biolegend | 307602 | Clone L243. |
anti-HLA-E | Biolegend | 342602 | Clone 3D12. |
anti-ICAM-1 | Biolegend | 353102 | Clone HA58. |
anti-Ki-67 | Biolegend | 350502 | Clone Ki-67. |
anti-KIR2DL1/KIR2DS5 | R&D Systems | MAB1844 | Clone 143211. |
anti-KIR2DL3 | R&D Systems | MAB2014 | Clone 180701. |
anti-KIR2DL5 | Miltenyi Biotec | 130-096-200 | Clone UP-R1. |
anti-KIR2DS4 | R&D Systems | MAB1847 | Clone 179315. |
anti-KIR3DL1 | BD Biosciences | 555964 | Clone DX-9. |
anti-LFA-3 | Biolegend | 330902 | Clone TS2/9. |
anti-LILRB1 | R&D Systems | 292319 | Clone MAB20172. |
anti-LLT-1 | R&D Systems | AF3480 | Clone 402659. |
anti-MICA | R&D Systems | MAB1300-100 | Clone 159227. |
anti-MICB | R&D Systems | MAB1599-100 | Clone 236511. |
anti-Nectin-1 | Biolegend | 340402 | Clone R1.302. |
anti-Nectin-2 | Biolegend | 337402 | Clone TX31. |
anti-NKG2A | R&D Systems | MAB1059 | Clone 131411. |
anti-NKG2C | R&D Systems | MAB1381 | Clone 134522. |
anti-NKG2D | Biolegend | 320802 | Clone 1D11. |
anti-NKp30 | Biolegend | 325202 | Clone P30-15. |
anti-NKp44 | Biolegend | 325102 | Clone P44-8. |
anti-NKp46 | Biolegend | 331902 | Clone 9E2. |
anti-NTB-A | Biolegend | 317202 | Clone NT-7. |
anti-Pan HLA class I | Biolegend | 311402 | Clone W6/32. |
anti-PD1 | Biolegend | 329902 | Clone EH12.2H7. |
anti-Perforin | Abcam | ab47225 | Clone B-D48. |
anti-Siglec-7 | Biolegend | 347702 | Clone S7.7. |
anti-Syk | Biolegend | 644302 | Clone 4D10.2. |
anti-TACTILE | Biolegend | 338402 | Clone NK92.39. |
anti-TIGIT | R&D Systems | MAB7898 | Clone 741182. |
anti-ULBP-1 | R&D Systems | MAB1380-100 | Clone 170818. |
anti-ULBP-2, 5, 6 | R&D Systems | MAB1298-100 | Clone 165903. |
Antibody Stabilizer | Candor Bioscience | 131 050 | |
Benzonase Nuclease | Millipore | 70664 | |
Bond-Breaker TCEP Solution | Thermo Fisher Scientific | 77720 | |
Bovine Serum Albumin solution | Sigma-Aldrich | A9576 | |
Calcium chloride dihydrate (CaCl2+2H2O) | Sigma-Aldrich | 223506-25G | |
Cis-Platinum(II)diamine dichloride (cisplatin) | Enzo Life Sciences | ALX-400-040-M250 | A 100 mM stock solution was prepared in DMSO and divided into 25 µL aliquots. Used at a 25 µM dilution for live/dead stain. Signal appears in 194Pt and 195Pt channels. |
DMSO | Sigma-Aldrich | D2650 | |
eBioscience Permeabilization Buffer | Thermo Fisher Scientific | 00-8333-56 | |
EDTA (0.5 M) | Hoefer | GR123-100 | A double-concentrated HEPES buffer with EDTA was made according to the following recipe: 1.3 g NaCl (Thermo Fisher Scientific), 27 mg CaCl2+2H2O (Sigma-Aldrich), 23 mg MgCl2 (Sigma-Aldrich), 83.6 mg KH2PO4 (Thermo Fisher Scientific), 4 mL of 1M HEPES (Thermo Fisher Scientific), 2 mL of 0.5M EDTA (Hoefer, Holliston, MA, USA), and 100mL H2O. The pH of this double-concentrated HEPES buffer was adjusted to a pH of 7.3 using 1M HCl and 1M NaOH. |
EQ Four Element Calibration Beads | Fluidigm | 201078 | |
Fetal Bovine Serum | Thermo Fisher Scientific | N/A | |
Helios mass cytometer | Fluidigm | N/A | |
HEPES (1M) | Thermo Fisher Scientific | 15630080 | |
HyClone Antibiotic/Antimycotic Solution (Pen/Strep/Fungiezone) solution | Fisher Scientific | SV3007901 | |
Iridium - 191Ir/193Ir intercalator | DVS Sciences (Fluidigm) | 201192B | Used at a 1:10000 dilution. |
Isothiocyanobenzyl-EDTA (ITCB-EDTA) | Dojindo Molecular Technologies, Inc. | M030-10 | Diluted to 1.25 mg/mL in anhydrous acetonitrile. |
K562 cells | American Type Culture Collection (ATCC) | ATCC CCL-243 | |
L-Glutamine (200 mM) | Thermo Fisher Scientific | SH30034 | |
Magnesium chloride (MgCl2) | Sigma-Aldrich | 208337-100G | |
Maxpar X8 Antibody Labeling Kits | Fluidigm | N/A | No catalog number as kits come with metals. |
Millex-VV Syringe Filter Unit, 0.1 µm | Millipore | SLVV033RS | |
Milli-Q Advantage A10 Water Purification System | Millipore | Z00Q0V0WW | |
MS Columns | Miltenyi Biotec | ||
NALM6 cells | American Type Culture Collection (ATCC) | ATCC CRL-3273 | |
Nanosep Centrifugal Devices with Omega Membrane 3K | Pall Corporation | OD003C35 | |
NK Cell Isolation Kit, human | Miltenyi Biotec | 130-092-657 | |
Paraformaldehyde (16%) | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
PBS | Thermo Fisher Scientific | 10010023 | |
Potassium Phosphate Monobasic (KH2PO4) | Fisher Scientific | MP021954531 | |
Qdot 655 anti-CD19 | Thermo Fisher Scientific | Q10179 | Clone SJ25-C1. Used at a 1:50 dilution. Signal appears in 112Cd-114Cd channels. |
Qdot 655 anti-HLA-DR | Thermo Fisher Scientific | Q22158 | Clone Tü36. Used at a 1:200 dilution. |
Rockland PBS | Rockland Immunochemicals, Inc. | MB-008 | Used to make CyPBS (10X Rockland PBS diluted to 1X in Milli-Q water) and CyFACS buffers (10X Rockland PBS diluted to 1X in Milli-Q water with 0.1% BSA and 0.05% sodium azide). Buffers were sterile-filtered through a 0.22 µM filter and sotred at 4°C in Stericup bottles. |
RPMI 1640 | Thermo Fisher Scientific | 21870092 | |
Sodium azide (NaN3) | Sigma-Aldrich | S2002 | |
Sodium chloride (NaCl) | Fisher Scientific | S271-500 | |
Stericup Quick Release-GP Sterile Vacuum Filtration System | Millipore Sigma | S2GPU10RE | |
Tuning solution | Fluidigm | 201072 | |
Washing solution | Fluidigm | 201070 |
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