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Method Article
* 이 저자들은 동등하게 기여했습니다
여기에서는 두 개의 상보적 질량 세포 분석(CyTOF) 패널을 설계하고 바이러스 감염 환경에서 자연 살해 세포 수용체 및 리간드 레퍼토리를 프로파일링하기 위해 CyTOF 염색 프로토콜을 최적화합니다.
자연살해(NK) 세포는 바이러스 감염에 대한 첫 번째 반응 세포 중 하나입니다. 바이러스에 감염된 세포를 빠르게 인식하고 죽이는 NK 세포의 능력은 생식세포로 인코딩된 억제 수용체 및 활성화 수용체의 발현에 의해 조절됩니다. 동족 리간드가 표적 세포에 대한 이러한 수용체의 참여는 세포 간 상호 작용이 NK 세포 사멸로 이어질지 여부를 결정합니다. 이 프로토콜은 두 개의 상보적 질량 세포분석(CyTOF) 패널의 설계 및 최적화에 대해 자세히 설명합니다. 한 패널은 수용체 발현을 기반으로 NK 세포를 표현형화하도록 설계되었습니다. 다른 패널은 여러 면역 세포 subset에서 NK 세포 수용체에 대해 알려진 리간드의 발현을 조사하도록 설계되었습니다. 이 두 패널을 함께 사용하면 인간 NK 세포 수용체-리간드 레퍼토리를 프로파일링할 수 있습니다. 또한 이 프로토콜은 CyTOF용 샘플을 염색하는 프로세스도 자세히 설명합니다. 이 프로세스는 재현성 및 표준화 향상을 위해 최적화되었습니다. CyTOF의 장점은 신호 중복을 최소화하면서 각 패널에서 40개 이상의 마커를 측정할 수 있어 연구자들이 NK 세포 수용체-리간드 레퍼토리의 폭을 포착할 수 있다는 것입니다. 팔라듐 바코드는 또한 시료 간 변동과 시약 소비를 줄여 각 패널을 병렬로 시료를 쉽게 염색할 수 있도록 합니다. 이 프로토콜의 한계는 CyTOF의 처리량이 상대적으로 낮고 분석 후 세포를 복구할 수 없다는 것입니다. 이 패널은 뎅기열 바이러스, 인간 면역결핍 바이러스(HIV) 및 인플루엔자를 포함한 급성 및 만성 바이러스 감염을 앓고 있는 환자의 임상 샘플을 분석하기 위해 설계되었습니다. 그러나 인간 NK 세포 수용체-리간드 레퍼토리를 조사하기 위해 모든 환경에서 활용할 수 있습니다. 중요한 것은 이러한 방법이 향후 CyTOF 패널의 설계 및 실행에 광범위하게 적용될 수 있다는 것입니다.
자연살해(NK) 세포는 악성 세포, 감염 세포 또는 기타 스트레스를 받은 세포를 표적으로 삼아 죽이는 것이 주요 역할인 선천성 면역 세포입니다. NK 세포는 IFNγ 및 TNFα와 같은 사이토카인의 분비와 세포독성 활성을 통해 병원체 및 악성 종양에 대한 적응 면역 반응을 형성할 수도 있습니다. NK 반응은 잠재적인 표적 세포에 발현된 수많은 리간드와 결합하는 생식세포로 인코딩된 억제 수용체 및 활성화 수용체의 조합 신호전달에 의해 부분적으로 매개됩니다. 여러 NK 세포 수용체에는 새로운 수용체-리간드 쌍이 정기적으로 확인되는 하나 이상의 리간드가 있습니다.
NK 세포는 스트레스를 받은 세포에 신속하게 반응하는 능력이 바이러스 확산을 제한하거나 NK 세포 회피 전략의 개발을 촉진할 수 있는 바이러스 감염의 맥락에서 연구하는 데 특히 관심이 있습니다. NK 세포 생물학에 대한 관심은 암 면역 요법 분야로 확장되어 연구자들은 종양 면역 감시 및 종양 미세환경에서 NK 세포의 역할을 조사하고 있습니다1. 그러나 인간 NK 세포는 30개 이상의 수용체를 발현할 수 있고, 수용체는 다시 30개 이상의 알려진 리간드와 상호 작용할 수 있기 때문에 NK 세포-표적 세포 상호 작용을 프로파일링하는 능력은 복잡합니다2. 따라서 여러 NK 세포 수용체와 동족 리간드를 동시에 검출하는 것은 NK 기능을 제어하는 수용체-리간드 상호 작용의 복잡성을 포착하는 데 필요합니다. 그 결과, 우리는 단일 세포 수준에서 40개 이상의 마커를 동시에 검출할 수 있는 질량 세포 분석(CyTOF)으로 눈을 돌렸습니다. 우리의 목표는 NK 세포 수용체-리간드 레퍼토리를 프로파일링하기 위해 두 개의 CyTOF 패널을 만드는 것이었습니다. 또한 임상 샘플의 효과적인 처리 및 염색을 위한 프로토콜을 설계하고 싶었습니다. 인체 임상 샘플은 신체가 바이러스 감염에 어떻게 반응하는지에 대한 풍부한 정보를 제공합니다. 따라서 우리는 NK 세포 수용체와 동족 리간드의 발현을 병렬로 조사하여 더 나은 표준화, 회수율 향상, 시약 소비 감소 및 배치 효과 제한을 조사하기 위해 이 프로토콜을 개발했습니다.
인간 NK 세포의 표현형을 특성화하기 위해 고안된 여러 유세포 분석 패널이 이전에 발표되었습니다 3,4,5,6,7,8. 이러한 패널의 대부분은 수용체-리간드 레퍼토리의 폭을 포착하는 능력이 제한되어 있어 제한된 마커 선택만 검출할 수 있습니다. 더욱이, 이러한 패널은 형광 색소 간의 신호 중첩에 의해 제한됩니다. CyTOF는 금속 동위원소에 접합된 항체를 사용하며, 이 항체는 비행 시간 질량 분석법으로 판독되므로 채널 간 스필오버를 크게 줄일 수 있습니다.
우리와 마찬가지로 다른 연구자들은 NK 세포 9,10,11,12,13,14를 연구하기 위해 CyTOF를 사용했지만, 일반적으로 NK 세포 마커가 적어 표현형의 깊이가 줄어듭니다. 이러한 그룹에서 사용하는 일반적인 염색 프로토콜은 당사와 유사하지만 몇 가지 중요한 차이점이 있습니다. 다른 프로토콜은 염색 전에 NK 세포를 분리하는 것을 포함하지 않지만 연구자들은 해당 하위 집합13,14에만 관심이 있습니다. NK 세포가 말초혈액 단핵세포(PBMC)의 5-20%만을 차지한다는 점을 감안할 때, 분리된 NK 세포가 아닌 전체 PBMC를 염색한다는 것은 수집된 사건의 대부분이 NK 세포가 아니라는 것을 의미합니다. 이렇게 하면 관심 있는 하위 집합에서 생성되는 데이터의 양이 줄어들고 기계 시간이 비효율적으로 사용됩니다. 또한, 이러한 패널 중 다수는 killer Ig-like receptor(KIR), NKG2A/C/D 및 자연 세포독성 수용체(NKp30, NKp44 및 NKp46)와 같은 NK 세포 수용체의 발현을 조사하지만, 이러한 marker의 발현은 해당 ligand의 발현에 대한 데이터가 없기 때문에 더 넓은 맥락에 포함되지 않습니다. 결과적으로, CyTOF를 통해 NK 세포를 조사하기 위해 이전에 발표된 이러한 방법은 단독으로 사용되는 광범위한 NK 세포 표현형에 충분하지만 NK 세포 활성에 대한 포괄적인 그림을 제공할 수는 없습니다. 이는 여기에 설명된 방법의 주요 장점을 가져다 주는데, 이는 현재까지 NK 세포 수용체에 대한 리간드의 발현을 탐색하는 데 초점을 맞춘 발표된 유세포 분석 또는 CyTOF 패널이 없다는 것입니다. 중요한 것은 당사의 리간드 패널에는 각 실험의 고유한 요구 사항에 맞게 마커를 추가할 수 있는 여러 개방형 채널이 있다는 것입니다.
CyTOF의 주요 한계 중 하나가 분석 후 샘플을 회수할 수 없다는 점을 고려할 때 이 방법은 추가 실험을 수행하는 데 관심이 있는 샘플이 제한된 연구자에게 적합하지 않을 수 있습니다. 또한 CyTOF의 낮은 처리량 특성은 시작 셀 수가 낮을 경우 생성된 데이터의 품질이 떨어진다는 것을 의미합니다. 이러한 두 가지 한계를 제외하고, 이 방법은 NK 세포와 표적 세포 간의 수용체-리간드 상호 작용을 조사하기 위한 모든 환경에서 잘 수행됩니다.
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익명화된 건강한 성인 PBMC는 Stanford Blood Center에서 구입한 백혈구 감소 시스템 챔버에서 얻었습니다. 파나마 파나마 시티에 있는 고르가스 메모리얼 보건 연구소(Gorgas Memorial Institute of Health Studies)와 보건부, 파나마 시티의 사회 보장 시스템 및 교외 지역에 속한 병원에서 신원이 제거된 건강한 소아 기증자와 소아 급성 뎅기열 환자의 PBMC를 획득했습니다. 뎅기열 연구 프로토콜은 델니뇨 병원(Hospital del Niño)의 IRB(CBIHN-M-0634)에 의해 승인되었으며, 이후 ICGES, CSS, 산토 토마스 병원 및 스탠포드 대학의 위원회에 의해 승인되었습니다. 항레트로바이러스 치료를 받고 있는 HIV 감염 환자의 PBMC는 ACTG 연구 A5321에서 얻었다.
1. 항체 라벨링, 패널 준비 및 보관
2. 염색 프로토콜
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항체는 제조업체의 지침에 따라 상업적으로 이용 가능한 라벨링 키트를 사용하여 금속 동위원소에 접합되었습니다. 항체 클론은 이 패널에서 사용하기 전에 유세포 분석과 질량 세포 분석으로 검증되었습니다. 클론의 초기 목록은 문헌 및 항체 가용성에 대한 검토를 기반으로 선택되었습니다. NK 세포 수용체에 대한 일부 리간드의 발현 수준은 ?...
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여기에서는 NK 세포 수용체-리간드 레퍼토리를 프로파일링하기 위한 두 개의 무료 CyTOF 패널의 설계 및 적용에 대해 설명합니다. 이 프로토콜에는 고품질 데이터를 얻는 데 중요한 몇 가지 단계가 포함되어 있습니다. CyTOF는 형광 색소가 아닌 중금속 이온을 항체에 대한 표지 프로브로 사용합니다19. 따라서 이 기술은 환경 금속20의 잠재?...
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저자는 공개할 내용이 없습니다.
저자는 이 패널에 기여한 Blish Laboratory의 모든 현직 및 전직 구성원에게 감사의 뜻을 전합니다. AIDS 임상시험 그룹(AIDS Clinical Trials Group)과 ACTG A5321 팀, 고르가스 메모리얼 보건 연구소(Gorgas Memorial Institute for Health Studies)의 산드라 로페즈-베르제스(Sandra López-Vergès) 박사와 데이비스 벨트란(Davis Beltrán) 박사에게 시료 큐레이션에 감사드립니다. 마지막으로, Helios 기계를 사용해 주신 Michael Leipold, Holden Maecker 및 Stanford Human Immune Monitoring Center에 감사드립니다. 이 작업은 NIH U19AI057229, NIH R21 AI135287, NIH R21 AI130532, NIH DP1 DA046089 및 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 및 NIH/NIAID K08 AI138640 to EV, National Science Foundation Graduate Research Fellowship DGE-1656518 to JM 및 NIH 교육 보조금 T32-AI-007290(PI Olivia Martinez)의 지원을 받았습니다. ACTG 연구는 AI-68634(통계 및 데이터 관리 센터), UM1-A1-26617, AI-131798 및 AI-68636(ACTG)으로부터 보조금 지원을 받았습니다. CB는 Stanford Maternal Child Health Research Institute의 소아 중개 의학 분야의 Tashia and John Morgridge 교수이자 Chan Zuckerberg Biohub의 연구원입니다.
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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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