Summary

השתלה של עור זנב לחקר תגובות תא Allogeneic T מסוג CD4 בעכברים

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

השתלה של איברים מוצקים כגון עור, לב וכליות היא כעת הליך סטנדרטי בפרקטיקה רפואית ברחבי העולם 1. ניתן לדחות איברים מושתלים בהצלחה על ידי הפעלה של מערכת חיסון הנמען, אשר מזהה את האנטיגנים histocompatibility העיקריים של התורם. חולים מושתלים ולכן זקוקים לטיפול בתרופות לדיכוי המערכת החיסונית 2. השתלה אלוגנאית עור בעכברים הוקמה על ידי מךוואר ועמיתיו בשנת 1955 והייתה מועיל לזיהוי המולקולות הממוקדות תיארו מאוחר יותר כמורכב histocompatibility מרכזי (MHC) אני בכיתה ו-II. מאז, מודל השתלת עור כבר שונה באופן רציף ומותאם לללמוד את התפקיד של תת תא T ואת הרלוונטיות של חומר כימי וביולוגית התערבות בדיכוי דחיית שתל 2-4. עור מהאוזן ותא המטען קשה יותר להכין ורגישים יותר לחוסר חמצן ונימק מאשר זנב עור-5; עם זאת,הליך ההשתלה הוא דומה. בנוסף הניטור של השתלות עור הזנב הוא קל בשל מרקם השיער האופייני לעור.

מאמר זה מספק נוהל מפורט לכיתת MHC II השתלת עור זנב חוסר התאמה המאפשרת לחקר היבטים שונים של דחייה מסוג CD4 + T תא בתיווך של שתל וסובלנות בעכברים. המוטציה הטבעית שלוש הנקודות בMHC הכיתה השנייה ב IA מולקולה (הנקראת IA bm12) 6-9 די בכך כדי לגרום לדחייה של allografts עור בעכברי C57BL / 6 8. מולקולת bm12 IA מפעילה CD4 + T תאים עם קולטן תא αβ-T שונים (TCR) שרשרות מעכברי C57BL / 6, ביניהם תאי T Vα2Vβ8-TCR ספציפיים זוהו על מנת ליצור עכבר TCR-מהונדס 10. העברת המאמצת של תאי T Vα2Vβ8-TCR ספציפיים נעשתה שימוש כדי לבסס מודל דחייה בC57B עם מערכת החיסון החלשL / 6 RAG2 – / – העכברים מושתלים עם עור IA bm12.

הבדלים גנטיים בין תורם למקבל להשפיע על התוצאה של קבלת השתלה ודחייה. ישנם סוגים שונים של השתלות: השתלות autografts הם מן הפרט הנמען עצמו; syngrafts וallografts הם השתלות מאנשים זהים מבחינה גנטית וגנטי שאינם קשורים בהתאמה. קבלה של השתלות איברים אלוגנאית שונות הוכח על ידי התערבות כימית וביולוגית בחולים ומודלי עכבר 11,3,4. בגישה בסיסית, עכברים שטופלו בנוגדן אנטי CD3 C57BL / 6 הראו הישרדות ממושכת של עור זנב-IA bm12 (נתונים שלא פורסמו). דלדול של CD4 + ו CD8 + T תאים לפני ההשתלה בעכברי נמען הביא לקבלה שלי בכיתה MHC והשני שתלי תואמים (חזון ב12). מעניין לציין, כי דחייה של שתלי עור תלוי בנוכחות של CD4 + </sup> תאי T (חזון ב12). במודל זה, מיקוד אינטראקציות ספציפיות בין תאי מערכת החיסון שונים על ידי חסימת מולקולות costimulatory עם נוגדנים או דיכוי עם תאי T רגולטוריים עלול לגרום סובלנות (נתונים שלא פורסמו). ואכן, החסימה גם CD40 CD28 והובילה לסובלנות של שתל עור לטווח ארוך 13,14.

השתלת עור הזנב היא קלה לביצוע וקל לניטור בהשוואה להשתלה של איברים אחרים. בנוסף, השתלות עור הזנב הן קלים להכנה והם פחות רגישים לאיסכמיה מאשר רקמות עור אחרות. בניגוד להרדמה מוזרקת, השימוש בגז הרדמה (isofluorane) במהלך השתלה מקצר גם את ההליך והתאוששות נמען זמן. קרלינג של השתלת עור הזנב, דבר שעלול להוביל לריפוי פצע שלם ודחיית שתל, נמנע על ידי יישום של דבק רקמות. יתר על כן, מודל השתלת עור זנב IA bm12 בלעדי מפעיל CD4 <sup> + תאי T בשתי מערכת חיסון ומערכת חיסון חלש עכברים (של אותו רקע גנטי) להקל על הפרשנות של התוצאות.

פרוטוקול זה מתאר מודל עכבר אמין, לשחזור ומעקב בקלות, המאפשר להתערבות כימית וביולוגית. המודל מיועד לחקירת אינדוקציה דחייה וסובלנות של השתלות עור הזנב.

Protocol

בפרסום הסרטון הזה ופרוטוקול, כל ההליכים בבעלי החיים נערכו בהתאם לפרוטוקול שאושר על ידי בעלי החיים Cantonal הרשות באזל, שוויץ. לבצע את כל ההליכים בתנאים שבם ניתן סטרילי. 1. הכנת הניתוח ה…

Representative Results

בגישה ראשונה C57BL / 6 עכברים הושתלו עם allografts bm12 IA וsyngrafts ב IA. לאחר הסרת תחבושת, שתל סימנים גלויים של ריפוי פצע בלי סגירה של הקשר באזור C57BL / 6 עכברים (איור 1 א). לאחר הסרת תחבושת, דלקת בתיווך תאי CD4 + T הובילה להופעתו של אזורי נמקים (כתמים אדומים) והדחי?…

Discussion

השתלת עור היא שיטה בשימוש נרחבת ללימוד דחייה וסובלנות תלויה בתאי T. מאז מודל השתלת העור הוקם, כמה התאמות ושינויים כבר מיושמים. בהליך המתואר, השתלת עור זנב IA bm12 מתבצעת באמצעות גז הרדמה (isofluorane). השימוש בגז ההרדמה מקטין את הזמן של ביצוע והתאוששות עכברים, אשר מפחית את…

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