环状RNA作为癌症疫苗新抗原的来源

Circular RNA as a source of neoantigens for cancer vaccines

作者信息Yi Ren, Thamizhanban Manoharan, Beijia Liu, Cyrus Zai Ming Cheng, Bei En Siew, Wai-Kit Cheong, Kai Yin Lee, Ian Jse-Wei Tan, Bettina Lieske, Ker-Kan Tan, Gloryn Chia
PMID38508656
发布时间2024-03-19
DOI10.1136/jitc-2023-008402

实验完整度

高

包含体外T细胞免疫验证(ELISpot、ICS、GZMB报告基因)、患者来源类器官杀伤实验、临床样本表达分析及生信预测,证据层级丰富。

主要模型

结直肠癌细胞系(HCT116、HT29、LS513、SW480) HLA-A*11:01健康供者PBMC来源的初始CD8+ T细胞 患者来源的结直肠癌肿瘤类器官和正常类器官 配对临床CRC肿瘤及癌旁组织样本

重点核对

circRNA新抗原肽(RAPGEF5_2、MYH9_2等)的HLA-A*11:01结合亲和力(IC50) T细胞训练方案:DC与初始CD8+ T细胞共培养比例1:4,细胞因子(IL-21、IL-7、IL-15)及扩增时间14天 类器官杀伤实验中效应细胞与靶细胞比例(5:1和10:1)及共培养时间(72小时) GZMB报告基因实验中报告细胞与T细胞比例(1:4)及共培养时间(6小时) HLA阻断抗体验证MHC-I依赖性识别

摘要

背景:体细胞新抗原免疫治疗的有效性常常受到低至中等突变负荷肿瘤中有限突变数量的阻碍。本研究聚焦于微卫星稳定型结直肠癌(CRC),探讨肿瘤相关环状RNA(circRNA)作为CRC新表位替代来源的潜力。方法:使用MiOncoCirc数据库和配对临床正常与肿瘤样本的核糖体RNA去除RNA测序鉴定CRC中的肿瘤相关circRNA。使用发散引物通过定量实时PCR(RT-qPCR)验证候选circRNA表达。使用TransCirc数据库进行翻译预测。使用pVACtools预测潜在可翻译circRNA开放阅读框的人白细胞抗原结合亲和力。使用BlastP排除来自信使RNA编码蛋白的强结合物。通过刺激初始CD8+ T细胞针对预测新表位,并随后通过酶联免疫斑点实验(ELISpot)、细胞内细胞因子染色(ICS)和颗粒酶B(GZMB)报告基因分析T细胞,功能性验证候选抗原的免疫原性。进一步使用患者来源类器官测试经抗原肽训练的T细胞的细胞毒性。结果:我们从MiOncoCirc数据库中CRC肿瘤样本上调的circRAPGEF5中鉴定出一个新表位,并从我们匹配的临床样本中上调的circMYH9中鉴定出两个新表位。使用PepQuery通过临床蛋白质组肿瘤分析联盟数据库支持候选肽的翻译潜力。候选肽引发抗原特异性T细胞反应和扩增,通过ELISpot、ICS和GZMB报告基因等多种实验证实。此外,经circMYH9肽训练的T细胞能够特异性靶向并消除肿瘤来源类器官,但不影响匹配的正常类器官。这一观察强调了circRNA作为免疫原性新抗原来源的潜力。最后,circMYH9在CRC患者液体活检中富集,从而为CRC患者实现从检测到疫苗接种的治疗策略。结论:我们的研究结果强调了肿瘤相关circRNA作为针对中等突变水平肿瘤的癌症疫苗新抗原替代来源的可行性。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
在微卫星稳定型结直肠癌(MSS CRC)中,肿瘤相关环状RNA(circRNA)能否作为新抗原的替代来源,用于激发CD8+ T细胞免疫应答并用于癌症疫苗开发。
核心机制
肿瘤相关circRNA通过反向剪接形成新开放阅读框(circORF),可翻译产生不同于线性mRNA编码蛋白的新肽段,这些肽段以HLA-A*11:01限制性方式被呈递,从而激活抗原特异性CD8+ T细胞,诱导针对肿瘤细胞的杀伤。
主要证据
通过MiOncoCirc数据库和患者样本RNA-seq鉴定了上调的circRAPGEF5和circMYH9,预测并验证了其编码肽段的HLA结合;体外用肽段脉冲的DC训练初始CD8+ T细胞,通过ELISpot、ICS、GZMB报告基因、四聚体染色证实了抗原特异性和免疫原性;患者来源类器官杀伤实验证明MYH9_2肽训练的T细胞能特异性杀伤肿瘤类器官,而HLA阻断抗体部分阻断杀伤。
研究意义
该研究证实了肿瘤相关circRNA可作为中等突变负荷肿瘤(如MSS CRC)的替代新抗原来源,有望扩大可靶向肿瘤抗原库,并支持基于液体活检circRNA检测的癌症疫苗开发策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

circRNA新抗原预测

鉴定在结直肠癌中上调且具有翻译潜力的circRNA,并预测其编码肽段与HLA-A*11:01的结合能力。

利用MiOncoCirc数据库和自身患者样本RNA-seq数据,分析差异表达circRNA,通过TransCirc、netMHCpan4.1或pVACbind预测HLA结合肽,经BlastP过滤后获得候选新抗原。

2

circRNA表达验证

验证候选circRNA在结直肠癌细胞系和临床样本中的真实表达及反向剪接位点。

使用发散引物进行RT-qPCR检测候选circRNA在CRC细胞系和配对肿瘤/正常组织中的表达;对PCR产物进行Sanger测序确认反向剪接位点。

3

新抗原免疫原性体外验证

评估候选circRNA新抗原肽能否激活初始CD8+ T细胞并诱导特异性免疫应答。

用肽段脉冲的自体DC训练HLA-A*11:01健康供者来源的初始CD8+ T细胞,通过ELISpot、ICS、GZMB报告基因和四聚体染色检测T细胞激活和抗原特异性。

4

患者来源类器官杀伤实验

验证circRNA新抗原特异性T细胞能否识别并杀伤患者来源的肿瘤类器官,同时不影响正常类器官。

将MYH9_2肽训练的T细胞与患者来源的肿瘤和正常类器官共培养,通过caspase-3/7活性、PI染色和流式细胞术评估细胞死亡。

5

血液样本中circMYH9检测

评估circMYH9是否可在CRC患者液体活检(血浆)中检测到,以支持检测-疫苗策略。

从2例患者血浆中提取细胞外RNA进行RNA-seq,检测circMYH9表达;并利用exoRBase V.2.0数据库分析circMYH9在CRC患者和健康供者血液EV中的表达差异。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
杜氏改良Eagle培养基CytivaSH30243.01
RPMI 1640培养基CytivaSH30027.01
胎牛血清Thermo Fisher Scientific10437028
青霉素/链霉素Thermo Fisher Scientific15140122
Ficoll-PaqueCytiva17144003
胶原酶PSigma11249002001
透明质酸酶STEMCELL07461
Y-27632SigmaY0503
Hanks平衡盐溶液Thermo Fisher Scientific14025092
Cultrex UltiMatrix 低生长因子基底膜提取物R&D SystemsBME001-05
CHIR99021SigmaSML1046
Ribo-off rRNA去除试剂盒VazymeN406
AllPrep DNA/RNA微型试剂盒Qiagen80204
Wizard基因组DNA纯化试剂盒PromegaA1125
E.Z.N.A. 总RNA试剂盒IOmega Bio-TekR6834
QIAamp循环核酸试剂盒Qiagen55114
Maxima第一链cDNA合成试剂盒Thermo Fisher ScientificK164
SYBR Select 预混液Thermo Fisher Scientific4472919
E.Z.N.A. 凝胶提取试剂盒Omega Bio-TekD2500
EcoRI内切酶New England BiolabsR3101L
BamHI内切酶New England BiolabsR3136L
SalI内切酶New England BiolabsR3138S
EcoRV内切酶New England BiolabsR3198S
GoTaq G2 Green 预混液PromegaM7822
Lipofectamine 3000转染试剂Thermo Fisher ScientificL3000015
Lipofectamine CRISPRMAX Cas9转染试剂Thermo Fisher ScientificCMAX00003
CRISPR-Cas9 tracrRNAIDT1072532
Cas9核酸酶IDT1081060
OptiMEM培养基Thermo Fisher Scientific31985070
抗人HLA-A/B/C抗体BioLegend311413
CD80慢病毒载体OrigeneRC206540L1V
CD86慢病毒载体OrigeneRC217341L1V
聚凝胺MerckTR-1003-G
嘌呤霉素Thermo Fisher ScientificA1113803
EasySep人单核细胞分离试剂盒STEMCELL19359
ImmunoCult树突状细胞培养试剂盒STEMCELL10985
人血清SigmaH3667
EasySep人初始CD8+ T细胞分离试剂盒STEMCELL19258
IL-21Miltenyi130-095-768
IL-7Miltenyi130-095-361
IL-15Miltenyi130-095-762
IL-2Miltenyi130-097-744
新抗原肽GenScript--
DAPIAbcamab228549
人IFN-γ ELISpot PLUS试剂盒Mabtech3420-4APT-10
CTL ImmunoSpot S6 Entry M2分析仪CTL--
Flex-T HLA-A*11:01单体UVXBioLegend280007
抗CD8抗体BioLegend344718
碘化丙啶Sigma-AldrichP4170
CD107a抗体BD Biosciences641581
GolgiStopBD Biosciences554715
GolgiPlugBD Biosciences555029
LIVE/DEAD可固定近红外染料Thermo Fisher Scientific10119
Cytofix/Cytoperm试剂盒BD Biosciences554714
抗TNF-α抗体BioLegend502930
抗IFN-γ抗体BioLegend506504
抗CD137抗体BioLegend309810
Cultrex类器官收获液R&D Systems2700-100-01
IFN-γSTEMCELL78141.1
CellTracker深红染料Thermo Fisher ScientificC34565
CellTracker蓝CMAC染料Thermo Fisher Scientific--
CellEvent Caspase-3/7绿色试剂Thermo Fisher Scientific--
抗人HLA-A/B/C单克隆阻断抗体BioLegend311428

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
circRNA新抗原预测
HLA结合预测算法及阈值:netMHCpan4.1(IC50<500 nM)或pVACbind(四种算法中位数<500 nM);TransCirc证据评分阈值(MiOncoCirc:2.5,自身样本:3.0);差异表达阈值(FC>2或<-2,adjusted p<0.05)。
阅读提示:详见Methods中“CircRNA antigen prediction”部分
circRNA表达验证
RT-qPCR条件:使用发散引物,50ng cDNA/反应,内参ACTB;Sanger测序确认反向剪接位点;细胞系和临床样本的样本量、处理及阈值循环数。
阅读提示:详见Methods中“RT-qPCR and Sanger sequencing”部分
T细胞免疫原性验证
DC与T细胞共培养比例(1:4)、细胞因子浓度(IL-21, IL-7, IL-15)、扩增时间(14天)、肽段浓度(100μg/mL);ELISpot中T细胞与aAPC比例(20,000 T细胞与2000 aAPC)、刺激时间(24小时);GZMB报告基因实验比例(1:4)及时间(6小时)。
阅读提示:详见Methods中“DCs-naïve CD8+ T cells co-culture”、“ELISpot assay”、“GZMB reporter assay”
类器官杀伤实验
类器官培养时间(约2周);IFN-γ预处理浓度和时间;T细胞与类器官比例(5:1和10:1);共培养时间(72小时);HLA阻断抗体浓度;细胞死亡检测方法(caspase-3/7活性及PI染色)。
阅读提示:详见Methods中“Organoid killing assay”
血液样本检测
血浆样本RNA提取方法(QIAamp Circulating Nucleic Acid Kit);RNA-seq流程;circMYH9在exoRBase V.2.0中的表达水平比较。
阅读提示:详见Methods中“DNA and RNA extraction”及Results中“circMYH9 is enriched in patient with CRC blood samples”