Summary

Screening tests karakteriseren roman Endothelial toezichthouders die betrokken zijn bij de ontstekingsreactie

Published: September 15, 2017
doi:

Summary

Vasculaire endotheel bepaalt strak leukocyte werving. Onvoldoende leukocyte extravasation draagt bij tot de inflammatoire ziekten bij de mens. Daarom is zoeken naar nieuwe regelgevende elementen van endothelial activering om te ontwerpen van verbeterde therapieën voor inflammatoire aandoeningen. Hier beschrijven we een uitgebreide methodologie om te karakteriseren roman endothelial regelgevers die leukocyte handel tijdens ontsteking kunnen wijzigen.

Abstract

De endothelial laag is essentieel voor het behoud van de homeostase in het lichaam door het beheersen van veel verschillende functies. Regulering van de ontstekingsreactie door de endothelial laag is cruciaal voor het efficiënt bestrijden van schadelijke ingangen en hulp bij het herstel van beschadigde gebieden. Wanneer de endotheliale cellen worden blootgesteld aan een inflammatoire omgeving, zoals de buitenste component van gram-negatieve bacteriën membraan, lipopolysaccharide (LPS), ze uiten van oplosbare pro-inflammatoire cytokines, zoals Ccl5, Cxcl1 en Cxcl10, en leiden tot de activering van de circulerende leukocyten. Bovendien is de uitdrukking van celadhesie-moleculen E-selectine, VCAM-1 en ICAM-1 op het endotheel oppervlak kan de interactie en de hechting van de geactiveerde leukocyten aan het endotheel laag en uiteindelijk de extravasation naar het ontstoken weefsel. In dit scenario moet de endothelial functie strak geregeld omdat buitensporige of defecte activering in de aanwerving van leukocyten tot inflammatoire-gerelateerde aandoeningen leiden kan. Aangezien veel van deze aandoeningen niet over een effectieve behandeling beschikt, moeten nieuwe strategieën met een focus op de vasculaire laag worden onderzocht. Wij stellen voor uitgebreide tests die nuttig zijn voor het zoeken van nieuwe endothelial regelgevers die leukocyte functie wijzigen. We endotheel activering analyseren met behulp van de doelen van de specifieke expressie die betrokken zijn bij de aanwervingsprocedures van de leukocyten (bijvoorbeeld cytokines, chemokines en celadhesie-moleculen) met verschillende technieken, waaronder: real-time kwantitatieve polymerase kettingreactie () RT-qPCR), de western-blot, stroom cytometry en hechting testen. Deze benaderingen endothelial functie in de inflammatoire context bepalen en zijn zeer nuttig voor het uitvoeren van screening tests karakteriseren roman endothelial inflammatoire regelgevers die potentieel waardevolle voor het ontwerpen van nieuwe therapeutische strategieën.

Introduction

Ontsteking is een gunstig biologische reactie tegen infectieuze agentia, met het grote doel te elimineren van het pathogene agens en het herstellen van beschadigd weefsel. Onder bepaalde voorwaarden, zoals chronische infecties of auto-immune ziekten, ontsteking niet is opgelost. In plaats daarvan is er een afwijkende reactie met continue infiltratie van leukocyten, resulterend in een langdurige immuunrespons die leidt tot weefselbeschadiging, fibrose, verlies van functie, en de algehele, handicap en in sommige gevallen dood van de patiënt. Deze menselijke aandoeningen, gecatalogiseerd als ontstekingsziekten, alle betrekking hebben op de bloedvaten voor de controle van leukocyten extravasation1,2.

De endotheliale cellen spelen een fundamentele rol in de regulatie van de ontstekingsreactie door het beheersen van de leukocyten mensenhandel. Wanneer het endotheel laag is blootgesteld aan inflammatoire mediatoren zoals LPS, de rust endotheel activeert en spreekt van pro-inflammatoire cytokines (Cxcl10, Cxcl5, Cxcl1, enz.) en celadhesie-moleculen (E-selectine, VCAM-1 en ICAM-1) die gunst werving van circulerende leukocyten op de site van de infectie. De leukocyten primer door de vrijgegeven cytokines dan bemiddelen rollen en interactie met de endothelial laag door de correspondent zelfklevende tegenhangers: PSGL-1 selectine, α4β1 integrine aan VCAM-1 en αLβ2 integrine aan ICAM-1. Tot slot migreren de leukocyten over de therapieën richting de focus ontsteking3.

De essentiële rol van het endotheel bij het reguleren van de inflammatoire respons is aangetoond op muizen die werden genetisch gewijzigd om uit te drukken de LPS receptor, toll-like receptor 4 (TLR4), alleen op de endotheliale cellen. Deze endotheel-TLR4 dieren konden reageren op een ontsteking LPS-gemedieerde en detecteren de infectie gegenereerd na inoculatie van de bacteriën, en bijgevolg bereiken infectie resolutie en overleven op een vergelijkbaar niveau als de muizen wild type4 , 5.

Voor het endotheel-gereglementeerde ontstekingsreactie traject, heeft het is gepostuleerd dat de remming in bepaalde stadia van de leukocyten-endotheel interactie zou resulteren in de vermindering van de trans-endothelial migratie en een betere prognose voor inflammatoire-gerelateerde ziekten. In feite, zijn verschillende strategieën gericht op de endotheliale activering en leukocyten-endotheel interactie te hinderen extravasation van immune cellen als een behandeling voor inflammatoire aandoeningen6,7ontworpen.

In dit verslag beschrijven we een grondige groep van in vitro technieken om de endothelial activiteit in reactie op de inflammatoire stimulans LPS en haar rol bij activering van de leukocyten en hechting aan de vasculaire laag volledig te karakteriseren. De endothelial cell model gebruikt in dit manuscript was de muis Long endothelial cellijn (MLEC-04), zoals beschreven door Hortelano et al. 8. de MLEC-04 cellijn is gevalideerd in de literatuur als een passend systeem om te studeren endothelial activering9,10. Op basis van het onderzoeksinteresses, deze benaderingen kunnen worden gemakkelijk geëxtrapoleerd naar ieder endothelial of leukocyten systemen en inflammatoire profiel. Zodra de endothelial parameters in de geselecteerde voorwaarden zijn gedefinieerd, kan het systeem nieuwe medicijnen op de voorgestelde experimenten te evalueren van de vasculaire activering testen. In deze inflammatoire context, de cellen van de endotheel getest met de stof van belang kunnen worden vergeleken met de controlevoorwaarden van de cellen en eventuele resulterende verschillen kunnen in kennis stellen van de drug prognostische resultaat op de ontwikkeling en de vooruitgang van ontsteking. Tot slot stellen wij voor een relevante systeem karakteriseren nieuwe drug targets op de endotheliale cellen, die invloed op het ontwerp van nieuwe vasculaire-specifieke therapieën tegen inflammatoire-gerelateerde ziekten uitoefenen kunnen.

Protocol

1. endothelial celcultuur Weefselkweek behandeld platen jas 100 mm weefselkweek platen met gelatine van 2.5 mL oplossing (gesteriliseerde met autoclaaf, 0,1% gelatine in gedestilleerd water) gedurende 30 minuten bij 37 ° C; dit kunnen worden geëxtrapoleerd naar de vereist goed formaat. De gelatine oplossing gecombineerd en laat platen te drogen in de weefselkweek kap. Weefsel kweekomstandigheden de MLEC-04-cellen binnen een biologische in…

Representative Results

Evaluatie van LPS-veroorzaakte endothelial cel activatie door RT-qPCR De cellen van de MLEC-04 serum uitgehongerd werden gestimuleerd door 100 ng/mL LPS voor 6 h en de endothelial genexpressie werd beoordeeld met behulp van RT-qPCR door het vergelijken van de expressie van activering markers tot de rust toestand. Zoals blijkt uit figuur 1A, veroorzaakte de LPS-bebroede MLEC-04-cellen de uitdrukking van…

Discussion

Dit endotheel protocol beschrijft een stapsgewijze technologie die de basis leggen voor verkennen nieuwe mechanismen die betrokken zijn bij de regulering van de ontstekingsreactie vaststelt. Deze benaderingen zijn gebaseerd op de studie van het endotheel activiteit gestimuleerd door LPS en evalueren van de kritische stappen betrokken bij de aanwervingsprocedures van de leukocyten tijdens de ontstekingsreactie, specifiek: endothelial cytokines release, endotheel hechting moleculen expressie en leukocyten hechting aan de v…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd gesteund door de Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) en het Instituto de Salud Carlos III (ISCIII) (subsidie getal IERPY 1149/16 A.L.; MPY 1410/09 naar S. Hortelano); door de MINECO via het Fondo de Investigación en Salud (FIS) (S. Hortelano verleent nummers PI11.0036 en PI14.0055). S. Herranz werd gesteund door IERPY 1149/16 van ISCIII.

Materials

Gelatin Sigma G9391
DMEM-F12 Lonza BE12-719F
Fetal Bovine Serum Sigma A4503
Penicillin streptomycin Lonza DE17-602E
Trypsine Lonza BE17-160E
EDTA Sigma ED2SS
LPS Sigma L2880
Trizol Sigma T9424 RNA extraction buffer
Isopropanol Sigma 33539
Ethanol absoluto Panreac 1,310,861,612
Pure H2O Qiagen 1017979 RNAse free
Agarose Pronadisa 8020
Stain for agarose gels Invitrogen s33102
SuperScript III First-Strand Synth Invitrogen 18080051 Reagents for RT-PCR
Fast SYBR Green Master Mix Applied Biosystems 4385610 Fluorescent stain for qPCR
MicroAmp Fast Optical 96-Well Applied Biosystems 4346906 Plates for qPCR
U-bottom 96 well plates Falcon 353072
Cytometry tubes Falcon 352054
TX100 Panreac 212314 Non-ionic surfactant
Tris-HCl Panreac 1,319,401,211
Sodium chloride Merck 1,064,041,000
Sodium pyrophosphate Sigma 221368
Sodium fluoride Sigma S7920
Sodium orthovanadate sigma 13721-39-6
Protease inhibitor cocktail sigma P8340
Pierce BCA Protein Assay Kit Pierce 23225 Reagents for bicinchoninic acid assay
β-mercaptoethanol merck 805,740
PVDF Transfer Membrane, 0.45 µm Thermo Scientific 88518
Tween-20 Panreac 1,623,121,611 Polysorbate 20
PBS Lonza BE17-515Q
ECL Millipore WBKLS0500
Fibronectin Sigma F1141
Laminin Sigma L2020
Collagen type I Sigma c8919
Acetic acid Panreac 1,310,081,611
Trypan blue Sigma T8154
Paraformaldehyde Sigma P6148
Methanol Panreac 1,310,911,612
Crystal violet Sigma HT90132
Sodium citrate Sigma C7254
Ethanol 96% Panreac 1,410,851,212
CFSE Sigma 21888
RPMI Lonza BE12-115F
SDS Bio-Rad 161-0418
Infinite M200 Tecan M200 Multi mode microplate reader
Gel Doc 2000 Bio-Rad 2000 Gel documentation system
StepOnePlus Applied Biosystems StepOnePlus qPCR system
MACSQuant Analyzer 10 Miltenyi Biotec Analyzer 10 Cytometry equipment
ChemiDoc MP Bio-Rad MP Chemiluminescence detection system
Name Company Catalog Number Comments
Antibodies
PECAM-1 BD Biosciences 553370 Use at 10 µg/ml
ICAM-2 Biolegend 1054602 Use at 10 µg/ml
E-selectin BD Biosciences 553749 Use at 10 µg/ml
VCAM-1 BD Biosciences 553330 Use at 10 µg/ml
ICAM-1 Becton Dickinson 553250 Use at 10 µg/ml
anti-rat IgG-FITC Jackson Immuno Research 112-095-006 Use at 10 µg/ml
anti armenian hamster-FITC Jackson Immuno Research 127-095-160 Use at 10 µg/ml
Rat IgG isotyope control Invitrogen 10700 Use at 10 µg/ml
Armenian hamster IgG isotype control Invitrogen PA5-33220 Use at 10 µg/ml
P-IκΒ-α Cell Signaling 2859 Use at 10 µg/ml
β-Actin Sigma A5441 Use at 10 µg/ml
P-ERK Cell Signaling 9101 Use at 10 µg/ml
anti-mouse HRP GE Healthcare LNXA931/AE Use at 1:10000
anti-rabbit HRP GE Healthcare LNA934V/AG Use at 1:10000
anti-rat HRP Santa Cruz Sc-3823 Use at 1:10000

References

  1. Baumgart, D. C., Sandborn, W. J. Crohn’s disease. Lancet. 380 (9853), 1590-1605 (2012).
  2. Skeoch, S., Bruce, I. N. Atherosclerosis in rheumatoid arthritis: is it all about inflammation?. Nat Rev Rheumatol. 11 (7), 390-400 (2015).
  3. Gerhardt, T., Ley, K. Monocyte trafficking across the vessel wall. Cardiovasc Res. 107 (3), 321-330 (2015).
  4. Andonegui, G., et al. Mice that exclusively express TLR4 on endothelial cells can efficiently clear a lethal systemic Gram-negative bacterial infection. J Clin Invest. 119 (7), 1921-1930 (2009).
  5. McDonald, B., Jenne, C. N., Zhuo, L., Kimata, K., Kubes, P. Kupffer cells and activation of endothelial TLR4 coordinate neutrophil adhesion within liver sinusoids during endotoxemia. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 305 (11), G797-G806 (2013).
  6. Pober, J. S., Sessa, W. C. Evolving functions of endothelial cells in inflammation. Nat Rev Immunol. 7 (10), 803-815 (2007).
  7. Chamorro, &. #. 1. 9. 3. ;., Dirnagl, U., Urra, X., Planas, A. M. Neuroprotection in acute stroke: targeting excitotoxicity, oxidative and nitrosative stress, and inflammation. Lancet Neurol. 15 (8), 869-881 (2016).
  8. Hortelano, S. ILK mediates LPS-induced vascular adhesion receptor expression and subsequent leucocyte trans-endothelial migration. Cardiovasc Res. 86 (2), 283-292 (2010).
  9. Palazón, A. Agonist anti-CD137 mAb act on tumor endothelial cells to enhance recruitment of activated T lymphocytes. Cancer Res. 71 (3), 801-811 (2011).
  10. Jiménez-García, L. 8,9-Dehydrohispanolone-15,16-lactol diterpene prevents LPS-triggered inflammatory responses by inhibiting endothelial activation. Biochem J. 473 (14), 2061-2071 (2016).
  11. . SuperScript® III First-Strand Synthesis System for RT-PCR Available from: https://tools.thermofisher.com/content/sfs/manuals/superscriptIIIfirststrand_pps.pdf (2013)
  12. Livak, K. J., Schmittge, T. D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) Method. Methods. 25 (4), 402-408 (2001).
  13. . Pierce BCA Protein Assay Kit Available from: https://tools.thermofisher.com/content/sfs/manuals/MAN0011430_Pierce_BCA_Protein_Asy_UG.pdf (2017)
  14. He, F. Laemmli-SDS-PAGE. BIO-PROTOCOL. 1 (11), (2011).
  15. . ImageJ User Guide Available from: https://imagej.nih.gov/ij/docs/guide/user-guide-USbooklet.pdf (2017)
  16. Hohsfield, L. A., Humpel, C. Intravenous infusion of monocytes isolated from 2-week-old mice enhances clearance of Beta-amyloid plaques in an Alzheimer mouse model. PloS One. 10 (4), e0121930 (2015).
  17. Hofland, R. W., Thijsen, S. F. T., Verhagen, M. A. M. T., Schenk, Y., Bossink, A. W. J. Tuberculosis during TNF-α inhibitor therapy, despite screening. Thorax. 68 (11), 1079-1080 (2013).
  18. Ley, K., Laudanna, C., Cybulsky, M. I., Nourshargh, S. Getting to the site of inflammation: the leukocyte adhesion cascade updated. Nat Rev Immunol. 7 (9), 678-689 (2007).
  19. Tedgui, A., Mallat, Z. Anti-inflammatory mechanisms in the vascular wall. Circ Res. 88 (9), 877-887 (2001).
  20. Zheng, Y., Humphry, M., Maguire, J. J., Bennett, M. R., Clarke, M. C. H. Intracellular interleukin-1 receptor 2 binding prevents cleavage and activity of interleukin-1α, controlling necrosis-induced sterile inflammation. Immunity. 38 (2), 285-295 (2013).
  21. Pripp, A. H., Stanišić, M. The correlation between pro- and anti-inflammatory cytokines in chronic subdural hematoma patients assessed with factor analysis. PloS One. 9 (2), e90149 (2014).
  22. Guha, M., Mackman, N. LPS induction of gene expression in human monocytes. Cell Signal. 13 (2), 85-94 (2001).
  23. Tabas, I., Glass, C. K. Anti-inflammatory therapy in chronic disease: challenges and opportunities. Science. 339 (6116), 166-172 (2013).

Play Video

Cite This Article
Higueras, M. Á., Jiménez-García, L., Herranz, S., Hortelano, S., Luque, A. Screening Assays to Characterize Novel Endothelial Regulators Involved in the Inflammatory Response. J. Vis. Exp. (127), e55824, doi:10.3791/55824 (2017).

View Video