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* これらの著者は同等に貢献しました
このプロトコルは、感染したアヒルからメモリーT細胞を単離することにより、 インビトロ で鳥T細胞を培養する方法を説明し、高度に精製された特定のアヒルT細胞の生成を可能にします。さらに、アヒルT細胞のIFN-γ分泌を正確に測定するために、細胞内サイトカイン染色(ICS)法が確立されました。
T細胞の in vitro 培養は、免疫応答、ウイルス感染、および潜在的な治療戦略を研究するための重要な方法です。しかし、 in vitro で鳥T細胞を培養するための確立されたプロトコルは今日まで報告されていません。本研究では、高病原性鳥インフルエンザ(HPAIV)H5N1ウイルスをモデルとして、初めてプロトコールを提示します。ここでは、生後4週間のアヒルにウイルスに感染し、感染後28日後にメモリーTリンパ球を分離してH5N1特異的アヒルTリンパ球を培養することで、H5N1ウイルスに対する特異的免疫応答を調べることができました。プロトコールの主要なステップには、感染したアヒルからの記憶末梢血単核細胞(PBMC)の単離、最適な感染の多重度(MOI = 5)で6時間にわたる抗原提示細胞(APC)の活性化、組換えIL-2およびその他の特異的添加物を添加したT細胞培養培地の調製が含まれます。T細胞の増殖、サイトカイン分泌、および細胞毒性活性は、プロセス全体を通じて綿密に監視されました。さらに、アヒルT細胞におけるIFN-γ分泌を定量するための細胞内サイトカイン染色プロトコルを確立しました。これには、duck IFN-γに特異的なIgG3κ抗体を発現するハイブリドーマ細胞株を作製し、その後、抗体精製を成功させることが含まれていました。精製した抗体を1:10に希釈し、フローサイトメトリーに適用してIFN-γ分泌を正確に測定しました。この方法は、アヒルT細胞の応答を評価するための信頼性の高いツールを提供し、将来の鳥ウイルス免疫学の研究の基礎を築きます。
T細胞の活性化、増殖、分化、およびメモリーT細胞への変換のプロセスは、抗原特異的免疫応答の中心です1。最初に、T細胞は、T細胞受容体(TCR)が、主要な組織適合遺伝子複合体(MHC)分子2,3によって抗原提示細胞(APC)の表面に提示された抗原ペプチドを認識するときに活性化されます。この活性化プロセスには、TCRのMHC分子への結合だけでなく、T細胞の機能を完全に活性化するために重要な共刺激シグナルの協調も必要です4。活性化されると、T細胞はすぐに増殖期に入り、元のT細胞と同じ抗原特異性を共有する多数のクローンを生成します。この増殖期には、T細胞はその機能に基づいてさらに分化し、主にCD8+ T細胞およびCD4+ T細胞5に分化します。これらの分化した細胞は、それぞれ細胞傷害性殺傷を媒介し、免疫応答を補助します。最初の感染後、活性化されたT細胞の一部は、長寿命のメモリーT細胞6に変化する。これらのメモリーT細胞は、免疫系に長期間持続し、再曝露時に同じ病原体に迅速に反応します。その結果、それらはより強力で効率的な免疫応答を生成し、宿主に長期的な免疫保護を提供します7。このプロセス全体は、ワクチンの有効性と耐久性の向上に役立つため、T細胞ワクチンの設計にとって重要です8。
このような状況では、抗原特異的T細胞をin vitroで培養することが不可欠になります。このプロトコールは、ヒトT細胞のin vitro培養のための確立された方法に基づいて開発され、鳥の免疫系9に必要な適応を伴います。これらの細胞を体外で増殖させることにより、研究者は、活性化、増殖、分化、記憶形成などのさまざまな免疫状態下でのT細胞応答を研究することができる10。このin vitroアプローチは、免疫応答においてT細胞が果たす役割を理解するために非常に貴重です。さらに、in vitro培養条件下では、T細胞によるサイトカイン(IFN-γなど)の分泌をモニターすることができる11,12。このモニタリングは、免疫応答の質、強度、持続性を評価するため、またT細胞と他の免疫細胞との間の相互作用を研究するために重要です。さらに、抗原特異的T細胞のin vitroでの増殖により、大規模な濃縮が可能になり、検出感度が向上し、T細胞応答レベルの評価が向上します13。したがって、抗原特異的T細胞のin vitro培養は、免疫応答における家禽T細胞の役割をよりよく理解するための強力なツールとして機能し、検出感度を高め、T細胞応答レベルの評価を強化します。哺乳類のシステムでは、同様のin vitro法が十分に確立されていますが、鳥類種でのそのような技術の適用は依然として限られています。これは、T細胞応答を解析するためのツールが未発達な家禽免疫学に特に関係があります。特にアヒルは、いくつかの鳥インフルエンザウイルスの天然の貯蔵庫として機能していますが、その抗原特異的T細胞免疫についてはほとんど知られていません。したがって、鳥類システムに合わせた標準化されたin vitro T細胞培養プロトコルを開発することは、家禽の基礎研究と応用免疫学の両方を進めるために不可欠です。
これらのプロセスに関与する主要なサイトカインは、主にCD8+ T細胞、1型CD4+ T細胞、およびNK細胞14によって産生されるII型インターフェロンであるIFN-γである。IFN-γは、ウイルスの複製を阻害し、免疫応答を調節する上で重要な役割を果たします15。IFN-γの発現レベルは免疫状態を反映し、T細胞活性化のマーカーとして機能し、研究者はその発現を通じてT細胞の応答レベルを評価することができます16,17。免疫細胞におけるサイトカイン発現を検出するための一般的な方法の一つは、細胞内サイトカイン染色(ICS)18,19である。しかし、実験材料や技術の制約から、アヒルの研究は哺乳類の研究に遅れをとっています5。現在、多くの研究者がIFN-γの発現レベルを測定するためにqPCRに依存していますが、この方法には一定の制限があります11。当研究室では、フローサイトメトリーに対応したduck IFN-γ抗体の開発に成功しました。この成功を基に、本研究では、アヒルT細胞におけるIFN-γタンパク質発現を検出するICS法を確立し、アヒルT細胞の応答に関するさらなる研究のための信頼性の高いツールを提供しました。
利用可能なすべての鳥インフルエンザA(H5N1)ウイルスを用いたすべての実験は、華南農業大学のプロトコル(CNAS BL0011)に従って、動物バイオセーフティレベル3の実験室および動物施設で実施されました。すべての動物研究プロジェクトは、華南農業大学の動物管理および使用委員会(識別コード2021f154、2021年7月29日)によって承認されました。すべての動物の手順は、この委員会によって確立された規制とガイドライン、および動物福祉の国際基準に従って行われました。この研究で使用された動物は、生後4週間の家畜マガモ(Anas platyrhynchos domestica)で、オスとメスの両方を含み、体重は500〜600gの範囲でした。
1. ダックPBMCの単離と単一細胞懸濁液の調製
2. H5N1 AIV特異的T細胞のin vitro 培養
3. カルボキシフルオレセインジアセテートスクシンイミジルエステル(CFSE)によるT細胞増殖のモニタリング
4. CD8+ T細胞およびCD4+ T細胞の増殖のためのフローサイトメトリー解析
5. qPCRを用いたシグネチャー遺伝子発現アッセイによるT細胞応答
6. 細胞内サイトカイン染色(ICS)
注:このプロトコルは、アヒルの細胞内IFN-γ分泌を検出することにより、H5N1特異的CD8+ T細胞のエフェクター応答を評価するために開発されました。
このプロトコルは、アヒル20における抗原特異的T細胞エフェクター応答の検出に関する以前の研究に基づいて開発されました。実験の最初のステップは、その後のエフェクター応答研究の基礎となるウイルス特異的T細胞の in vitro 培養です。最初に、APCをインキュベートし、エフェクター細胞と共培養しました。形態学的観察により、増殖後、細胞はクラスター増殖を示すことが明らかになりました(図2A)。CFSE標識は、細胞分裂の複数のピークを示すことにより、増殖の成功をさらに確認しました(図2B)。最後に、アヒル特異的細胞マーカーCD8/CD4を用いて細胞20の割合と絶対数を評価し、抗原特異的T細胞の in vitro 培養が成功したことを確認しました(図2C)。
培養7日目に、細胞を採取し、免疫関連遺伝子の発現を評価しました。増殖するT細胞は、グランザイムAやIFN-γなどの細胞傷害性関連遺伝子を主に発現していることを発見しました11,20(図3)ことから、これらの細胞が主に細胞傷害性応答に関与していることが示唆されました。このエフェクター応答をさらに調べるために、アヒルT細胞によるIFN-γ分泌を定量的に検出するためのアヒル特異的染色プロトコルを確立しました。フローサイトメトリーを使用して、増殖した集団のCD8 T細胞を固定、透過処理、および抗IFN-γ抗体で標識しました。その結果、抗原刺激後、CD8high+T集団とCD8low+T集団の両方でIFN-γ+細胞の割合が有意にアップレギュレーションされることが示され(図4)、増殖によって生成されたCD8+ T細胞の強力なエフェクター応答が示されました。
図1:CD4+/CD8+T細胞のゲーティング戦略 (A)H5N1刺激細胞と非刺激細胞の間のCD4+ T細胞の割合と表現型のゲーティングと分析 培養後14日後。(B)H5N1刺激細胞と非刺激細胞の間のCD8+ T細胞の割合と表現型のゲーティングと分析 14日間の培養後。この数値は平成20年から修正されています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図2:H5N1 AIV特異的アヒルT細胞の in vitro 培養。 (A)H5N1 AIVによる刺激の有無にかかわらず、メモリーPBMCの形態学的解析。2つの異なるアヒルメモリPBMCドナーを使用して、2つの独立した実験が行われました。(B)H5N1に感染したアヒルのH5N1刺激細胞におけるCFSE希釈により、CFSE標識PBMCの増殖を2週間後の培養で評価した。赤色のサンプルは、刺激なしのCFSE標識メモリーPBMCを表し、黄色、緑、黒のサンプルは、それぞれ7日、8日、14日の培養後にH5N1で刺激されたCFSE標識メモリーPBMCを示しています。(C)14日間の培養後に、H5N1刺激細胞と非刺激細胞の間でCD4+ およびCD8+ T細胞の割合を分析した。統計的有意性は、対応のないt検定を使用して決定されました。(D)14日間の培養後に、H5N1刺激細胞と非刺激細胞の間でCD4+ とCD8+ T細胞の数を比較した。T細胞の割合と数に関するデータは、それぞれ2回の反復による2つの独立した実験から得られた。統計解析は、対応のない t 検定 ns p > 0.05、*p < 0.05、**p < 0.01 を使用して実行しました。この数値は平成20年から修正されています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図3:qRT-PCRによるH5N1 AIV特異的ダックT細胞応答の検出。 データは、H5N1刺激群と非刺激群のそれぞれ3回の反復から収集されました。結果はSEM±平均として提示され、対応のあるt検定を統計的比較に使用しました。*p < 0.05、**p < 0.01.この数値は平成20年から修正されています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図4:刺激を受けたアヒルPBMC由来のCD8+ T細胞におけるIFN-γ発現のフローサイトメトリー解析 (A)刺激群と対照群のICSゲーティング戦略。(B)刺激後のアヒルPBMCからのCD8low+ およびCD8high+ 細胞におけるIFN-γ発現の統計解析。グループ間のIFN-γ発現の差はt検定によって評価され、 比較はp≤0.05で有意であると考えられました。この数値は平成20年から修正されています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
補足図1:CD4+およびCD8+ T細胞に用いられるゲーティング戦略。このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。
このプロトコールは、アヒル抗原特異的T細胞の in vitro 培養に効率的な方法を提供するとともに、T細胞のエフェクター応答を評価するために使用できるアヒルの細胞内サイトカイン染色プロトコールも確立します。現在、アヒルT細胞の in vitro 培養プロトコルに関する報告は発表されていません。主にヒト抗原特異的T細胞のプロトコルを参照しましたが、APCのインキュベーション条件の最適化に取り組んでいます。私たちは、差別化プロトコルのさらなる最適化を検討しています。
このプロトコルには、その成功に不可欠な2つの重要なステップがあります。まず、アヒルT細胞のin vitro培養では、十分なT細胞の増殖と機能保存を確保するために、抗原用量、APC活性化、培養期間などの刺激条件を慎重に最適化する必要があります。これらのパラメータが逸脱すると、最適でない活性化や細胞死につながる可能性があります。第二に、ICSアッセイは、IFN-γ発現を機能的に評価するための重要な技術です。ICSを成功させるには、刺激時間、固定/透過化ステップ、および抗体特異性を正確に制御する必要があります。どちらのステップも感度が高いため、抗原特異的T細胞応答の信頼性と再現性のある検出を達成するためには、慎重に実行する必要があります。
ここでは、フローサイトメトリーを使用して細胞増殖を検出し、qPCRを使用して特徴的なサイトカインの産生を調べました。最も重要なことは、マウス抗ダックIFN-γ抗体を作製するハイブリドーマ細胞株の発現と精製に成功し、IFN-γ発現を検出するために使用することで、T細胞のエフェクター応答レベルを評価したことです。いくつかのわずかな変更を加えるだけで、このアプローチは、ニワトリなどの他の種での細胞増殖アッセイにも適応できます。
末梢血単核細胞(PBMC)分離キットを使用して、ダックPBMCを分離しました。これは、このキットが効果的で時間を節約するためです。Precoll分離法などの他の分離方法も、 異なるステップを通じてアヒルPBMCを単離するという目標を達成することができます。ただし、キットと比較すると、これらの方法は時間がかかります。
このプロトコルの実行中にいくつかの問題が発生する可能性があります。第一に、ウイルス刺激によるT細胞の増殖は、主にメモリーT細胞の応答である22,23,24。適切なT細胞増殖を確保するために、感染後4〜10週間のアヒルを使用することをお勧めします。現在、アヒルPBMCの単離にはさまざまな方法があり、PBMC単離の効率は使用する分離媒体によって異なる場合があります。広く認定された分離培地を使用し、できるだけ多くのリンパ球を抽出することをお勧めします25。
第二に、フローサイトメトリーは、増殖中のCD8+ T細胞およびCD4+ T細胞の割合が両方とも15%未満であることを検出しましたが、これは、このプロトコルで培養されるT細胞が主にPBMCに由来し、CD8+ TおよびCD4+ T細胞の割合が本質的に低いためである可能性があります。脾臓組織を用いた将来の実験は、より有意な結果をもたらす可能性があります。
第三に、培養プロセス中に、多くのT細胞クラスターが形成されない可能性があり、一部の細胞はT細胞の分化中に死ぬ可能性があります。この現象は、刺激を受けていない対照群でより顕著です。この問題は、T細胞を培養すると、刺激を受けていないグループが活性化シグナルと共刺激シグナルを受け取らず、プログラムされた細胞死に直接つながるという事実が原因である可能性があります。
第四に、ハイブリドーマ細胞株を作製し、マウス抗アヒルIFN-γ抗体を大量に発現・精製することに成功しました。これらの抗体を用いて、アヒルIFN-γを検出するための細胞内サイトカイン染色プロトコルを開発しました。次に、ELISAを用いて抗体の感度を試験し、フローサイトメトリーの染色濃度を最適化し、最終的に最適な濃度を1:10と決定し、PE-Goat Anti-Mouse IgG3を二次抗体として1:250の希釈率で組み合わせました。実験結果から、刺激群におけるIFN-γの発現は2%-3%であった。IFN-γ産生細胞の割合が比較的低いのは、T細胞が一度だけ刺激されたという事実に起因する可能性があります。1ラウンドの抗原刺激では、抗原特異的T細胞の集団を検出可能なレベルまで拡大するには不十分な場合があります。抗原刺激を繰り返すことで、抗原特異的T細胞を濃縮し、その活性化を促進することで、IFN-γ陽性細胞の割合を高めることができます。さらに、たった1回の刺激の後でも、応答するT細胞集団はまだポリクローナルである可能性が高いです。刺激と選択を繰り返すことにより、よりクローン性に富んだT細胞集団を得ることができ、これはより高いレベルのIFN-γ産生を示す傾向がある26,27。
結論として、現在のプロトコルは、 インビトロ でアヒル抗原特異的T細胞の増殖を誘導する方法を記載し、アヒルIFN−γを検出するための細胞内染色プロトコルを確立する。このアプローチは、アヒルT細胞の免疫応答の理解を深め、T細胞応答を評価するための信頼性の高いツールを提供し、鳥ウイルス免疫学の研究の進歩に貢献します。
著者は何も開示していません。
この研究は、中国国立自然科学基金会(32473060および32461120064)(MDおよびMLに)の支援を受けました。広州基礎および応用基礎研究プロジェクト(2025A04J5445)(MDへ);長江奨学生教授プログラムの若手奨学生(2024年、マンマン・ダイ)。「広東特別支援計画」のヤングピール川奨学生(2024年、マンマンダイ)。資金提供者は、研究デザイン、データ収集と分析、出版の決定、または原稿の準備に関与していませんでした。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5 mL MICRO-Centrifuge tubes | Biosharp | Cat#BS-15-M | |
15 mL Centrifuge tubes | Labselect | Cat#CT-002-15A | |
2-mercaptoethanol (55 mM) | Sigma-Aldrich | Cat#M6250-100ML | |
48-Well tissue culture plate (No treated, flat bottom) | Biofil | Cat#TCP000048 | |
50 mL Centrifuge tubes | Labselect | Cat#CT-002-50A | |
96-well Unskirted qPCR Plates | Labselect | Cat#PP-96-NS-0100 | |
BD Cytofix/Cytoperm kit | BD Bioscience | Cat#BD 554714 | |
Brefeldin A (BFA) | BD Bioscience | Cat#347688 | |
Cell culture CO2 incubator | Thermo Fisher | Heracell 150i GP | |
Centrifuge | Eppendorf | 5810R | |
CFSE-labeling kit | Abcam | Cat#ab113853 | |
ChamQ SYBR qPCR Master Mix | Vazyme | Cat#Q341-02 | |
Duck peripheral blood lymphocyte isolation kit | Tbdscience | Cat#LTS1090D | |
Evo M-MLV RT Premix | Accurate Biotechnology | Cat#AG11706 | |
FastPure Cell/Tissue Total RNA Isolation Kit V2 | Vazyme | Cat#RC112-01 | |
Fetal Bovine Serum | Gibco | Cat#10437-028 | |
Flow cytometer | Beckman Coulter | BA43347 | |
Flow Tube | Beyotime | Cat#FFC005 | |
FlowJo v10.8.1 | Tree Star | https://www.flowjo.com | |
Goat Anti-Mouse 488, 1:50 dilution | Abbkine | Cat#A23210 | |
Goat Anti-Mouse IgG2b, FITC, 1:50 dilution | Southern Biotech | Cat#1091-31 | |
Goat Anti-Mouse IgG3, PE, 1:250 dilution | Southern Biotech | Cat#1100-09S | |
GraphPad prism 8.0.2 | GraphPad Software | https://www.graphpad-prism.cn | |
H5N1 AIV strain DK383 | National and Regional Joint Engineering Laboratory for Medicamen of Zoonosis Prevention and Control | A/Duck/Guangdong/383/2008 | |
L-glutamine (200 mM) | Gibco | Cat#25030081 | |
Microscope | Motic | AE2000 | |
Mouse Anti-Duck CD4, 1:50 dilution | Bio-Rad | Cat#MCA2478 | |
Mouse Anti-Duck CD8α, 1:50 dilution | GeneTex | Cat#GTX41834 | |
Mouse Anti-Duck IFN-γ mAb, 1:10 dilution | Prepared in our laboratory | NA | |
NanoDrop One Spectrophotometer | Thermo Fisher | AZY1603209 | |
NEAA (non-essential | Gibco | Cat#11140-050 | |
PBS | Gibco | Cat#10010023 | |
PCR Thermal Cycler | Biometra | Biometra Tone 96G | |
Penicillin-streptomycin solution | Gibco | Cat#15070063 | |
Real-Time PCR system | Applied Biosystems | ABI7500 | |
recombinant human IL-2 (10 μg) | USCNK | Cat#RPA111Ga01 | |
Red Blood Cell Lysis Buffer | Tbdscience | Cat#NH4CL2009 | |
RPMI 1640 | Gibco | Cat#11875-119 | |
Sodium pyruvate (100 mM) | Gibco | Cat#11360-070 | |
Trypan Blue | Sigma-Aldrich | Cat#93595 | |
Two-week-old mallard ducks (Sheldrake) | a duck farm in Guangzhou | NA |
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