High throughput FRET analysis of protein-protein interactions by slide-based imaging laser scanning cytometry.

Laser scanning cytometry (LSC) is a slide-based technique combining advantages of flow and image cytometry: automated, high-throughput detection of optical signals with subcellular resolution. Fluorescence resonance energy transfer (FRET) is a spectroscopic method often used for studying molecular interactions and molecular distances. FRET has been measured by various microscopic and flow cytometric techniques. We have developed a protocol for a commercial LSC instrument to measure FRET on a cell-by-cell or pixel-by-pixel basis on large cell populations, which adds a new modality to the use of LSC. As a reference sample for FRET, we used a fusion protein of a single donor and acceptor (ECFP-EYFP connected by a seven-amino acid linker) expressed in HeLa cells. The FRET efficiency of this sample was determined via acceptor photobleaching and used as a reference value for ratiometric FRET measurements. Using this standard allowed the precise determination of an important parameter (the alpha factor, characterizing the relative signal strengths from a single donor and acceptor molecule), which is indispensable for quantitative FRET calculations in real samples expressing donor and acceptor molecules at variable ratios. We worked out a protocol for the identification of adherent, healthy, double-positive cells based on light-loss and fluorescence parameters, and applied ratiometric FRET equations to calculate FRET efficiencies in a semi-automated fashion. To test our protocol, we measured the FRET efficiency between Fos-ECFP and Jun-EYFP transcription factors by LSC, as well as by confocal microscopy and flow cytometry, all yielding nearly identical results. Our procedure allows for accurate FRET measurements and can be applied to the fast screening of protein interactions. A pipeline exemplifying the gating and FRET analysis procedure using the CellProfiler software has been made accessible at our web site. (c) 2013 International Society for Advancement of Cytometry

Perrin and Förster unified: dual-laser triple-polarization FRET (3polFRET) for interactions at the Förster-distance and beyond

K

ErbB receptorok szerepe epitél eredetű tumorokban: receptor tirozinkinázok, mint a tumor ellenes terápiák lehetséges target molekulái. = Role of ErbB receptors in epithelial tumors: receptor tyrosine kinases as targets for anticancer therapy.

Az erbB2-erbB2 és erbB2-erbB1 molekulák homo- és heteroasszociációja - akárcsak más erbB hetero-oligomereké - fontos szerepet játszhatnak a jelátvitelben így az immunoterápiában is. Kísérleteket végeztünk annak felderítésére, hogyan modulálja ezt a folyamatot más kölcsönható molekulák, pl. integrinek, CD44 (hialuronsav receptor) sejtfelszíni jelenléte. Az ErbB2 ellenes immunterápia (trastuzumab kezelés) során kialakuló trastuzumab rezisztencia lehetséges okait is vizsgáltuk. FRET eredményeink alapján elkészítettük ErbB2 dimer molekuláris modelljét. A trastuzumab rezisztens JIMT-1 ill. MKN-7 valamint a szenzitív SKBR-3 és N87 tumor sejtvonalakon végzett összehasonlító kísérleteink alapján megállapítottuk, hogy a trastuzumab kezelés korai elkezdésével még a rezisztens sejtek esetén is részleges válasz érhető el. A xenograft kísérletek rámutattak arra, hogy az antitest által közvetített citotoxicitás (ADCC) a trastuzumab kezelés kedvező hatásának elsődleges oka. A geldanamycin ill. 17AAG sejtosztódást gátló hatása hatékonyabbnak bizonyult trastuzumab rezisztens sejtekben. Ugyanakkor a CD44 leszabályozása, valamint a hialuronsav szintézis gátlása növelte a trastuzumab kezelés hatékonyságát. Mindezek az eredmények arra utalnak, hogy célzott adjuváns kezelés nagymértékben fokozhatják a trastuzumab terápia hatékonyságát. | Homo- and heteroassociations of erbB2-erbB2 and erbB2-erbB1 molecules ? similarly to that of other ErbB hetero-oligomers ? play an important role in signal transduction and immunotherapy. Our experiments aimed to reveal whether the cell surface presence of interacting molecules such as integrin and CD44 (receptor for hyaluronic acid) molecules can modulate these processes. We have also studied the possible causes of trastuzumab resistance developing during the ErbB2 targeted immunotherapy. We have prepared a useful molecular model of ErbB2 dimer on he basis or our FRET results. By comparing the behavior of trastuzumab resistant (JIMT-1 and MKN-7) and sensitive (SKBR-3 and N87) tumor cell lines we found that early trastuzumab treatment can be partially beneficial even in resistant cell lines. It was also revealed that the primary reason of the efficacy of trastuzumab treatment in xenograft models is the antibody dependent cell citotoxicity (ADCC). The treatment using geldanamycin or its derivative 17AAG was more efficient in trastuzumab resistant cells than in sensitive cells. Downregulation of CD44 and inhibition of synthesis of hyaluronic acid increased the efficiency of the trastuzumab treatment. These results suggest that targeted adjuvant therapy can significantly enhance the efficacy of the trastuzumab therapy

Az MHC I. sejtfelszíni szerveződése = Cell surface organization of MHC I.

A pályázat keretében tanulmányoztuk a T limfociták sejtfelszíni fehérjéinek eloszlását. Megállapítottuk, hogy a Kv1.3 K+ csatornák és a T sejt receptor integráns részét képző CD3 molekulák átfedő membrán doménekben helyezkednek el. Konfokális mikroszkópos eredményeinket áramlási citometriás energia transzfer mérésekkel is megerősítettük. Felismertük, hogy a CTL-target sejt kölcsönhatás során a Kv1.3 K+ csatornák az immunológiai szinapszisban feldúsulnak. Megalkottuk az IL-2/IL-15R rendszer dinamikus heterotetramer modelljét: a citokin kötődése az alegységek konformációjának/közelségének megváltoztatásával kialakítja a megfelelő nagy affinitású αβγc heterotrimert. Fluoreszcenciás festékek és arany nanorészecskék közti energia transzferen alapuló távolságmérő módszert dolgoztunk ki. Energia transzfer mérések hatékony végzésére számítógépes programokat hoztunk létre, melyek működését számos rendszeren teszteltük. | In the frame of the project we studied the distribution of cell surface proteins of T lymphocytes. We proved that the Kv1.3 K+ channels are located in the same membrane domains as the CD3 molecules which are part of the T cell receptor. Confocal microscopic data were in good agreement with those of the flow cytometric energy transfer measurements. We showed that the Kv1.3 K+ channels are expressed at higher concentrations in the immunological synapse during CTL-target cell interaction. We described the dynamic heterotetramer model of the IL-2/IL-15R system: the binding of the appropriate cytokine results in the formation of high-affinity αβγc heterotrimeric receptors. We introduced a novel energy transfer method for measuring distances on the cell surfaces using fluorescent dyes and nanoparticles. We elaborated computer programs for determining energy transfer efficiencies and tested them on several biological systems

Ioncsatornák szerepe az immunrendszer sejtjeinek differenciálódásában és proliferációjában = The role of ion channels in differentiation and proliferation of immune cells.

Elektrofiziológiai és biokémiai módszerek kombinálásával számos új, potenciálisan immunszuppresszív hatású Kv1.3 ioncsatorna blokkoló toxint fedeztünk fel, melyeket a az Anurotonus phaiodactylus, a Centruroides elegans Thorell, a Centruroides suffusus suffusus és a Tityus stigmurus skorpiók mérgéből izoláltunk. Kimutattuk, hogy a Kv1.3 ioncsatorna inaktiváció lassulásában döntő szerepet játszik a 399-es pozícióban található hisztidin protonálódása, mely elektrosztatikus kölcsönhatáson keresztül fokozza az inaktiváció sebességét meghatározó K+ kötőhely betöltöttségét. Valószínűsítettük, hogy a Shaker K+ csatorna esetében az aktivációs és inaktivációs kapu közötti csatolás alapvető tényező a sejtmembránon átáramló ionfluxus szabályozásában. Kísérletes eredményeink szerint a Kv1.3 ioncsatornák eloszlása a plazmamembránban nem véletlenszerű, karakterisztikus mintázatot mutat. Citotoxikus és target sejt konjugátumok vizsgálatakor azt tapasztaltuk, hogy a Kv1.3 csatornák a két sejt által képzett immunológiai szinapszisba (IS) rendeződnek át, a csatornák polarizált expressziót mutatnak. A sejtfelszíni molekulák eloszlásának és távolságának kvantitatív jellemzésére új biofizikai és számítógépes eljárásokat dolgoztunk ki. Farmakológiai és biofizikai módszerekkel sikerült alátámasztanunk, hogy az éretlen dendritikus sejtek NaV1.7 nátrium, míg az érettek Kv1.3 kálium ioncsatornát fejeznek ki. | Combination of electrophysiological and biochemical approaches resulted in the identification and characterization of several new Kv1.3 blocker peptide toxins with potential immunesuppressive effect from the venoms of Anurotonus phaiodactylus, Centruroides elegans Thorell, Centruroides suffusus suffusus and Tityus stigmurus scorpions. It has been shown that protonation of His399 plays a dominant role in the regulation of the kinetics of slow inactivation of Kv1.3, suggesting a model in which the protonated histidines influence the occupancy of the K+ binding site determining the rate of inactivation. We suggest that coupling between the activation and inactivation gates of Shaker K+ channels is a fundamental factor in the regulation of the transmembrane ion flux. We showed that the surface distribution of Kv1.3 ion channels in the plasma membrane of T cells is nonrandom.. Kv1.3 channels were recruited into the immunological synapse formed between cytotoxic and target cells thereby showing a polarized channel expression. For the numerical characterization of membrane protein distributions and distances we developed new biophysical and computer methods. A combination of pharmacological, biophysical and molecular biological methods showed NaV1.7 sodium and Kv1.3 ion channel expression in the immature and mature dendritic cells, respectively

TCR-engineered T cells: a model of inducible TCR expression to dissect the interrelationship between two TCRs

TCR gene-modified T cells for adoptive therapy simultaneously express the transgenic (tg) TCR and the endogenous TCR which might lead to mispaired TCRs with harmful unknown specificity and to a reduced function of TCR-tg T cells. We generated dual TCR T cells in two settings in which either TCR was constitutively expressed by a retroviral promoter while the second TCR expression was regulable by a tet-on system. Constitutively expressed TCR molecules were reduced on the cell surface depending on the induced TCR expression leading to strongly hampered function. Besides that, using fluorescence resonance energy transfer (FRET) we detected mispaired TCR dimers and different pairing behaviors of individual TCR chains with a mutual influence on TCR chain expression. The loss of function and mispairing could not be avoided by changing the TCR expression level or by introduction of an additional cysteine bridge. However, in polyclonal T cells, optimized TCR formats (cysteineization, codon optimization) enhanced correct pairing and function. We conclude from our data that (i) the level of mispairing depends on the individual TCRs and is not reduced by increasing the level of one TCR, and (ii) modifications (cysteineization, codon optimization) improve correct pairing but do not completely exclude mispairing (cysteineization)