Summary

Quantitative Bildgebung von Lineage-spezifischen Toll-like Rezeptor-vermittelten Signaltransduktion in Monozyten und dendritischen Zellen aus kleinen Proben des menschlichen Blutes

Published: April 16, 2012
doi:

Summary

Wir beschreiben den Einsatz von ImageStream Technologie (<a href="http://www.amnis.com/" target="_blank"> Www.amnis.com</a>), Verbindet die quantitative Durchflusszytometrie bei gleichzeitiger hoher Auflösung digital imaging, um zelluläre Mechanismen der primären Immunzellen aus gut definierten Patientengruppen zu quantifizieren. Unsere Studien liefern eine Blaupause für translationale Untersuchungen zur Abstammung spezifische zelluläre Reaktionen in kleinen Proben von Kohorten Thema zu quantifizieren.

Abstract

Individuelle Abweichungen in Immunstatus bestimmen Reaktionen auf Infektionen und zur Schwere der Erkrankung und das Ergebnis. Das Altern ist mit einer erhöhten Anfälligkeit für virale und bakterielle Infektionen assoziiert und verringerte Ansprechbarkeit auf Impfstoffe mit einer gut dokumentierten Rückgang in humorale als auch zellvermittelte Immunreaktionen 1,2. Wir haben vor kurzem die Auswirkungen der Alterung auf die Toll-like Rezeptoren (TLR), wichtige Bestandteile des angeborenen Immunsystems, die mikrobielle Infektion und Trigger mikrobiellen Abwehr Antworten 3 erkennen beurteilt. In einer großen Kohorte von gesunden menschlichen Spendern, haben wir gezeigt, dass die Monozyten im peripheren Blut von älteren Menschen haben die Expression und Funktion bestimmter TLR 4 und ähnlich reduzierte TLR Ebenen und Signalantwort in dendritische Zellen (DCs) verringerte, Antigen-präsentierende Zellen, die entscheidend sind in die Verknüpfung zwischen angeborenen und erworbenen Immunität 5. Wir haben eine Fehlregulation von TLR3 in Makrophagen gezeigt, eind niedrigere Produktion von IFN durch DCs von älteren Spendern in Reaktion auf eine Infektion mit West-Nil-Virus 6,7.

Paramount zu unserem Verständnis der Immunoseneszenz und therapeutische Intervention ist ein detailliertes Verständnis der spezifischen Zelltypen reagieren und der Mechanismus (s) der Signaltransduktion. Traditionelle Studien von Immunantworten durch bildgebende von primären Zellen und Vermessung Zellmarker durch FACS oder Immunoblot haben unser Verständnis deutlich, rückte aber diese Studien in der Regel mit technischen Mitteln durch die kleine Stichprobe zur Verfügung stehende Volumen von Patienten und die Unfähigkeit, komplexe Laborverfahren auf mehreren befragen begrenzt humanen Proben. ImageStream kombiniert quantitative Durchflusszytometrie bei gleichzeitiger hoher Auflösung digital imaging und erleichtert somit die Untersuchung in mehreren Zellpopulationen gleichzeitig für eine effiziente Erfassung von Patienten-Anfälligkeit. Hier zeigen wir die Verwendung von ImageStream in DCs zu beurteilen, TLR7 / 8Aktivierung-vermittelten Anstieg der Phosphorylierung und die nukleäre Translokation von einem Schlüssel Transkriptionsfaktors NF-kB, die die Transkription zahlreicher Gene, die für Immunantworten 8 initiiert. Mit dieser Technologie haben wir vor kurzem auch eine bisher unbekannte Veränderung TLR5 Signalisierung und der NF-kappaB Signalweg in Monozyten von älteren Spendern, die zu einer veränderten Immunantwort in alternden 9 beitragen können, unter Beweis gestellt.

Protocol

1. Isolierung und Stimulation von Immunzellen Erhalten 10-50 ml heparinisierten Blut von gesunden Freiwilligen nach schriftlicher Einwilligung unter den Richtlinien der lokalen Institutional Review Board. Bei Studien von Alterung oder Pathogenese der Erkrankung, Exklusion und Inklusion Kriterien für jeden Freiwilligen oder Patienten müssen explizit bestimmt werden. Isolieren menschlichen peripheren mononukleären Blutzellen (PBMCs) mit CPT-Röhrchen oder Ficoll-Paque Plus nach den Anweisungen des …

Discussion

Die entscheidenden Schritte bei der Verwendung von ImageStream für translationale Studien sind die Auswahl der relevanten Vergleichsgruppen und Optimierung und Validierung von Antikörper-Spezifität. Unterschiede zwischen Fächergruppen in dem markierten Ziel wird leicht ersichtlich sein durch Histogramme und Zellen geben. In Kombination mit einer gründlichen Analyse der Veränderungen in relevanten Rezeptoren und Signalwege, werden diese Daten wertvolle Einblicke in die Mechanismen, die in spezialisierten Immundysre…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Arbeit wurde zum Teil durch die NIH (N01 HHSN272201100019C, U19 AI 089992, und die NCRR / GCRC Programm M01-RR00125) unterstützt. Die Autoren erklären, keine konkurrierenden finanziellen Interessen und danken Herrn Dr. Mark Shlomchik, Direktor des Yale Cell Sorter Core Facility.

Materials

Name of the reagent Company Catalogue number
Ficoll-Paque Plus GE Healthcare 17-1440-03
R848 Invivogen tlrl-r848
Paraformaldehyde (16%) Electron Microscopy Sciences 15710
BD Perm/Wash BD Biosciences 554723
CD14-PE eBioscience 12-0149-41
CD4-PacBlue BD Pharmingen 68436
Lineage cocktail 1 (lin 1)-FITC BD Biosciences 340546
CD11c-PE BD Biosciences 347637
CD123-PE BD Biosciences 340545
rabbit anti-NF-κB (p65) SantaCruz SC-372
Alexa647 F(ab’)2 goat anti-rabbit IgG Invitrogen A21246
DAPI Invitrogen D21490
ImageStream X Amnis  

Table 1. Specific reagents and equipment.

Cell type FITC PE Alexa 647 PacBlue
Monocyte   CD14 NF-κB (p65)  
mDC Lin1 CD11c NF-κB (p65) CD4
pDC Lin1 CD123 NF-κB (p65) CD4

Table 2. Antibody panel for cell lineage staining of signaling pathways

Monocyte: CD14+
mDC: Lin1-, CD4dim, CD11c+
pDC: Lin1-, CD4dim, CD123+
Lin1 (lineage) marker includes CD3, CD14, CD19, CD20, CD56 markers for monocytes, NK cells, T & B cells.

References

  1. Linton, P. J., Dorshkind, K. Age-related changes in lymphocyte development and function. Nat. Immunol. 5, 133-139 (2004).
  2. Shaw, A. C. Dysregulation of Human Toll-like Receptor Function in Aging. Ageing Research Reviews. 10, 346-353 (2011).
  3. Medzhitov, R. Toll-like receptors and innate immunity. Nature Rev. Immunol. 1, 135-145 (2001).
  4. van Duin, D. Age-associated Defect in Human TLR1 Function and Expression. J. Immunol. 178, 970-975 (2007).
  5. Panda, A. Age-associated decrease in TLR function in primary human dendritic cells predicts influenza vaccine response. J. Immunol. 184, 2518-2527 (2010).
  6. Kong, K. -. F. Dysregulation of TLR3 impairs the innate immune response to West Nile virus in the elderly. J. Virol. 82, 7613-7623 (2008).
  7. Qian, F. Impaired interferon signaling in dendritic cells from older donors infected in vitro with West Nile virus. J. Infect. Dis. 203, 1415-1424 (2011).
  8. Hayden, M. S., Ghosh, S. NF-kappaB in immunobiology. Cell research. 21, 223-244 (2011).
  9. Qian, F. Age-associated elevation in TLR5 leads to increased inflammatory responses in the elderly. Aging Cell. 11, 104-110 (2011).
  10. George, T. C. Quantitative measurement of nuclear translocation events using similarity analysis of multispectral cellular images obtained in flow. Journal of immunological. 311, 117-129 (2006).

Play Video

Cite This Article
Qian, F., Montgomery, R. R. Quantitative Imaging of Lineage-specific Toll-like Receptor-mediated Signaling in Monocytes and Dendritic Cells from Small Samples of Human Blood. J. Vis. Exp. (62), e3741, doi:10.3791/3741 (2012).

View Video