Summary

Transplantatie van Tail Skin aan allogene CD4 T-cel responsen bij muizen

Published: July 25, 2014
doi:

Summary

Tail-skin transplantation is a powerful model for studying T cell-dependent rejection and tolerance induction during allogeneic immune responses in mice. The advantages of this protocol are minor invasive surgery, and ease of monitoring with no need to sacrifice the recipient mouse.

Abstract

The study of T cell responses and their consequences during allo-antigen recognition requires a model that enables one to distinguish between donor and host T cells, to easily monitor the graft, and to adapt the system in order to answer different immunological questions. Medawar and colleagues established allogeneic tail-skin transplantation in mice in 1955. Since then, the skin transplantation model has been continuously modified and adapted to answer specific questions. The use of tail-skin renders this model easy to score for graft rejection, requires neither extensive preparation nor deep anesthesia, is applicable to animals of all genetic background, discourages ischemic necrosis, and permits chemical and biological intervention.

In general, both CD4+ and CD8+ allogeneic T cells are responsible for the rejection of allografts since they recognize mismatched major histocompatibility antigens from different mouse strains. Several models have been described for activating allogeneic T cells in skin-transplanted mice. The identification of major histocompatibility complex (MHC) class I and II molecules in different mouse strains including C57BL/6 mice was an important step toward understanding and studying T cell-mediated alloresponses. In the tail-skin transplantation model described here, a three-point mutation (I-Abm12) in the antigen-presenting groove of the MHC-class II (I-Ab) molecule is sufficient to induce strong allogeneic CD4+ T cell activation in C57BL/6 mice. Skin grafts from I-Abm12 mice on C57BL/6 mice are rejected within 12-15 days, while syngeneic grafts are accepted for up to 100 days. The absence of T cells (CD3-/- and Rag2-/- mice) allows skin graft acceptance up to 100 days, which can be overcome by transferring 2 x 104 wild type or transgenic T cells. Adoptively transferred T cells proliferate and produce IFN-γ in I-Abm12-transplanted Rag2-/- mice.

Introduction

Transplantatie van solide organen zoals huid, hart en nieren is nu een standaard procedure in de medische praktijk wereldwijd 1. Succesvol getransplanteerde organen kan door activering van de ontvanger immuunsysteem, die de major histocompatibility antigenen van de donor herkent worden afgewezen. Daarom getransplanteerde patiënten moeten de behandeling met immunosuppressieve geneesmiddelen 2. Allogene huidtransplantatie bij muizen werd vastgesteld Medawar en collega's in 1955 en is nuttig voor het identificeren van gerichte moleculen later beschreven major histocompatibility complex (MHC) klasse I en II. Sindsdien heeft de huidtransplantatie model voortdurend gemodificeerd en aangepast aan de rol van T-cel subsets en de relevantie van chemische en biologische interventie bij het ​​onderdrukken van transplantaatafstoting 2-4 bestuderen. Huid van het oor en de romp zijn moeilijker te bereiden en zijn meer vatbaar voor hypoxie en necrose dan staartstuk 5; echter,transplantatie procedure gelijk. Naast het toezicht op de staart-huidtransplantaties is eenvoudig te wijten aan de karakteristieke haar textuur van de huid.

Dit artikel geeft een gedetailleerde procedure voor MHC klasse II mismatch staart-huidtransplantatie dat zorgt voor de studie van de verschillende aspecten van CD4 + T-cel gemedieerde allograft afstoting en tolerantie bij muizen. De natuurlijke drie-puntmutatie in de MHC klasse II molecuul IA b (de zogenaamde IA BM12) 6-9 is voldoende om afstoting van de huid allotransplantaten induceren in C57BL / 6 muizen 8. De IA BM12 molecuul activeert CD4 + T-cellen met verschillende αβ-T-celreceptor (TCR) ketens van C57BL / 6 muizen, waaronder Vα2Vβ8 TCR-specifieke T-cellen werden geïdentificeerd om een TcR-transgene muizen 10 genereren. De adoptieve overdracht van Vα2Vβ8-TcR T-cellen is gebruikt om afstoting model vast te stellen bij immunodeficiënte C57BL / 6 RAG2 – / – muizen getransplanteerd met IA BM12 huid.

Genetische verschillen tussen donor en ontvanger beïnvloeden het resultaat van transplantaat-acceptatie en afwijzing. Er zijn verschillende soorten transplantaties: autografts zijn transplantaties van het ontvangende individu zelf; syngrafts en allotransplantaten respectievelijk transplantatie van genetisch identiek en genetisch niet verwante individuen. Aanvaarding van verschillende allogene orgaantransplantaties is aangetoond door chemische en biologische interventie bij patiënten en muismodellen 11,3,4. In een fundamentele aanpak, anti-CD3-antilichaam behandelde C57BL / 6 muizen bleek langdurige overleving van IA BM12 staart-huid (ongepubliceerde gegevens). Depletie van CD4 + en CD8 + T-cellen voor transplantatie in ontvangende muizen resulteerde in aanvaarding van MHC klasse I en II mismatched transplantaten (rev. in 12). Interessant afwijzing van huidtransplantaties afhankelijk van de aanwezigheid van CD4 + </sup> T-cellen (rev. in 12). In dit model, gericht op specifieke interacties tussen verschillende immune cellen door het blokkeren costimulatoire moleculen met antilichamen of onderdrukking van regulatoire T-cellen kan tolerantie (ongepubliceerde gegevens) induceren. Inderdaad, het blokkeren van zowel CD40 en CD28 leidde tot lange termijn huid allotransplantaat tolerantie 13,14.

Staart-huidtransplantatie is eenvoudig uit te voeren en gemakkelijk te controleren in vergelijking met transplantatie van andere organen. Bovendien staart-huidtransplantaten gemakkelijk te bereiden en zijn minder gevoelig voor ischemie dan andere huidweefsels. In tegenstelling tot geïnjecteerde anesthetica, het gebruik van anestheticum gas (isofluorane) tijdens transplantatie verkort zowel de procedure en ontvanger hersteltijd. Krullen van de staart-huidtransplantatie, wat kan leiden tot onvolledige wondgenezing en transplantaatafstoting, wordt voorkomen door toepassing van weefsellijm. Bovendien is de IA BM12 staart-huidtransplantatie model activeert CD4 uitsluitend <sup> + T-cellen in zowel immunocompetente en immunodeficiënte muizen (van dezelfde genetische achtergrond) de interpretatie van de resultaten te vergemakkelijken.

Dit protocol beschrijft een betrouwbaar, reproduceerbaar en gemakkelijk gevolgd muismodel waarmee chemische en biologische interventie. Het model is bedoeld voor het onderzoeken van afwijzing en tolerantie inductie van staart-huidtransplantaties.

Protocol

In deze video publicatie en protocol, werden alle dierlijke procedures uitgevoerd in overeenstemming met het dier protocol door de kantonrechter Autoriteit Basel-Stadt, Zwitserland goedgekeurd. Voer alle procedures in steriele omstandigheden waar. 1. Voorbereiding van de Chirurgie Autoclaaf alle chirurgische instrumenten en gaas voor gebruik. Verwarm de warme pad en organiseren chirurgische instrumenten op de tafel (tabel of Materials / Methoden). <…

Representative Results

In een eerste benadering werden C57BL / 6 muizen getransplanteerd met IA BM12 allografts en IA b syngrafts. Na bandage verwijdering, ent manifeste tekenen van wondgenezing zonder sluiting van het contact zone in C57BL / 6 muizen (figuur 1A). Na verwijdering bandage, CD4 + T-cellen gemedieerde ontsteking leidde tot het ontstaan ​​van necrotische gebieden (rode stippen) en afstoting van allografts IA BM12 in C57BL / 6 muizen binnen 13 dagen na transplantatie…

Discussion

Huidtransplantatie is een veel gebruikte werkwijze voor het bestuderen afstoting en tolerantie afhankelijk van T-cellen. Aangezien de huid transplantatie model werd opgericht, hebben diverse aanpassingen en wijzigingen zijn toegepast. In de beschreven procedure, is IA BM12 staart-huidtransplantatie uitgevoerd met behulp van narcosegas (isofluorane). Het gebruik van gas verdoving vermindert de tijd van uitvoering en muizen herstel, dat de stress vermindert op getransplanteerde muizen. De procedure maakt gebrui…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by SNF grants PPOOA-_119204 and PPOOP3_144918 to S.W.R. We thank E. Palmer and B.T.H. Hausmann for mice and technical expertise.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
Betadine Standard solution Mundipharma
Cotton swab Carl Roth GmbH 31025060
Dafalgan , UPSA Bristol Myers Squibb SA
Hansaplast Finger Strips Beierdorf AG REF.76861
Histoacryl Tissue adhesive Braun REF.1050052
Leukotape classic , 2cm x 10 m BSN Medical SAS REF.02204-00
PBS, Phosphate-Buffered Saline, pH 7.4 Invitrogen 10010015 GIBCO
Sterile gauze, 5 x 5cm, 8ply MaiMed GmbH 21010
Surgical instruments  FST 11003-12 Narrow pattern forceps, 
14095-11 Fine iris scissor curved,
14094-11 Fine iris scissor 
14010-15 Mayo scissors,
14080-11 Artery scissors ball tip 11.5 cm 
11021-14 Tissue forceps
Surgical Blade No.20 Swann-Morton LTD 3006 Carbon Steel
Surgical blade Handles Swann-Morton LTD
Syringe, 1ml ARTSANA disposable
Temgesic , Buprenorphine ESSEX Chemie AG 0.3mg/ml
Tissue Culture dishes 10 cm, 60.1 cm2 TPP
Vaseline Vifor SA
Warm pad Solis Type 223

References

  1. Mahillo, B., Carmona, M., Álvarez, M., White, S., Noel, L., Matesanz, R. Global Data in Organ Donation and Transplantation. transplantation. 92 (10), 1069-1074 (2011).
  2. Halleck, F., et al. New perspectives of immunosuppression. Transplantation proceedings. 45 (3), 1224-1231 (2013).
  3. Wood, K. J., Bushell, A., Jones, N. D. Immunologic unresponsiveness to alloantigen in vivo. a role for regulatory T cells. Immunological reviews. 241 (1), 119-132 (2011).
  4. Sykes, M. Immune tolerance: mechanisms and application in clinical transplantation. Journal of Internal Medicine. 262 (3), 288-310 (2007).
  5. McFarland, H. I., Rosenberg, A. S. Skin allograft rejection.. Current protocols in immunology. , (2009).
  6. McKenzie, I. F., Morgan, G. M., Sandrin, M. S., Michaelides, M. M., Melvold, R. W., Kohn, H. I. B6.C-H-2bm12. A new H-2 mutation in the I region in the mouse. The Journal of experimental medicine. 150 (6), 1323-1338 (1979).
  7. McIntyre, K. R., Seidman, J. G. Nucleotide sequence of mutant I-A beta bm12 gene is evidence for genetic exchange between mouse immune response genes. Nature. 308 (5959), 551-553 (1984).
  8. Stuart, P. M., Beck-Maier, B., Melvold, R. W. Provocation of skin graft rejection across murine class II differences by non–bone-marrow-derived cells. Transplantation. 37 (4), 393-396 (1984).
  9. Hausmann, B., Palmer, E. Positive selection through a motif in the alphabeta T cell receptor. Science. 281 (5378), 835-838 (1998).
  10. Bill, J., Ronchese, F., Germain, R. N., Palmer, E. The contribution of mutant amino acids to alloantigenicity. The Journal of experimental medicine. 170 (3), (1989).
  11. Monaco, A. P. Immunosuppression and tolerance for clinical organ allografts. Current Opinion in Immunology. 1 (6), 1174-1177 (1989).
  12. Rosenberg, A. S., Singer, A. Cellular basis of skin allograft rejection: an in vivo model of immune-mediated tissue destruction. Annual Review of Immunology. 10, 333-358 (1992).
  13. Kingsley, C. I., Nadig, S. N., Wood, K. J. Transplantation tolerance: lessons from experimental rodent models. Transplant international : official journal of the European Society for Organ Transplantation. 20 (10), 828-841 (2007).
  14. Larsen, C. P., et al. Long-term acceptance of skin and cardiac allografts after blocking CD40 and CD28 pathways. Nature. 381 (6581), 434-438 (1996).
  15. Tomura, M., Nakatani, I., Murachi, M., Tai, X. G., Toyo-oka, K., Fujiwara, H. Suppression of allograft responses induced by interleukin-6, which selectively modulates interferon-gamma but not interleukin-2 production. Transplantation. 64 (5), 757-763 (1997).
  16. Ring, G. H., et al. Interferon-gamma is necessary for initiating the acute rejection of major histocompatibility complex class II-disparate skin allografts. Transplantation. 67 (10), 1362-1365 (1999).
  17. Rosenberg, A. S., Finbloom, D. S., Maniero, T. G., Vander Meide, P. H., Singer, A. Specific prolongation of MHC class II disparate skin allografts by in vivo administration of anti-IFN-gamma monoclonal antibody. Journal of immunology. 144 (12), 4648-4650 (1950).
  18. Goes, N., Sims, T., Urmson, J., Vincent, D., Ramassar, V., Halloran, P. F. Disturbed MHC regulation in the IFN-gamma knockout mouse. Evidence for three states of MHC expression with distinct roles for IFN-gamma. Journal of immunology. 155 (10), 4559-4566 (1995).
  19. Surquin, M., et al. IL-4 deficiency prevents eosinophilic rejection and uncovers a role for neutrophils in the rejection of MHC class II disparate skin grafts. Transplantation. 80 (10), 1485-1492 (2005).
  20. Gaylo, A. E., Laux, K. S., Batzel, E. J., Berg, M. E., Field, K. A. Delayed rejection of MHC class II-disparate skin allografts in mice treated with farnesyltransferase inhibitors. Transplant immunology. 20 (3), 163-170 (2009).
  21. Bose, A., Inoue, Y., Kokko, K. E., Lakkis, F. G. Cutting edge: perforin down-regulates CD4 and CD8 T cell-mediated immune responses to a transplanted organ. Journal of immunology. 170 (4), 1611-1614 (2003).
check_url/cn/51724?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Schmaler, M., Broggi, M. A. S., Rossi, S. W. Transplantation of Tail Skin to Study Allogeneic CD4 T Cell Responses in Mice. J. Vis. Exp. (89), e51724, doi:10.3791/51724 (2014).

View Video