Este protocolo descreve como induzir a diferenciação de pilhas de M em monocamadas ileal derivado da pilha de haste humana e em métodos para avaliar seu desenvolvimento.
As pilhas de M (microfold) da função do intestino para transportar o antígeno do lúmen apical aos remendos de Peyer e ao própria subjacentes do lamina onde as pilhas imunes residem e contribuem conseqüentemente à imunidade Mucosal no intestino. Uma compreensão completa de como as pilhas de M diferenciam no intestine assim como os mecanismos moleculars da tomada do antígeno por pilhas de M faltam. Isto é porque as pilhas de M são uma população rara das pilhas no intestino e porque in vitro os modelos para pilhas de M não são robustos. A descoberta de um sistema self-renovando da cultura de pilha de haste do intestino, denominado enteroids, forneceu possibilidades novas para cultivar pilhas de M. Os enteroids são vantajosos sobre linhas de pilha cultivadas padrão porque podem ser diferenciados em diversos tipos principais da pilha encontrados no intestine, incluindo pilhas do cálice, pilhas de Paneth, pilhas enteroendócrinas e enterocytes. O citocinas RANKL é essencial no desenvolvimento da pilha de m, e a adição de RANKL e de TNF-α aos meios de cultura promove um subconjunto das pilhas dos enteroids ileal para diferenciar-se em pilhas de m. O seguinte protocolo descreve um método para a diferenciação de pilhas de M em um sistema polarizado epithelial do monoolayer do transwell do intestino usando enteroids ileal humanos. Este método pode ser aplicado ao estudo do desenvolvimento e da função da pilha de M.
As pilhas de M (microfold) são as pilhas epithelial intestinais especializadas encontradas primeiramente no epitélio associado do folículo (FAE) do intestino que sobrejacente as regiões lymphoid pequenas denominadas remendos de Peyer1. As pilhas de M têm microvilosidades apical irregular curto e são invaginated profundamente em seu lado basolateral, que permite que as pilhas imunes residam pròxima a seu corpo de pilha2. Esta morfologia original permite que as pilhas de M amostrem o antígeno do lúmen apical do intestine e entregam-na diretamente às pilhas imunes subjacentes2. Desta forma, as células M são importantes para a vigilância imunológica no intestino, mas também podem ser exploradas por patógenos para a entrada na lâmina própria1,2,3,4,5, 6,7.
O estudo das células M tem sido dificultado por vários fatores. Primeiramente, as pilhas de M são encontradas em uma baixa freqüência no rato e no intestino humano8. Em sistemas de células cultivadas, células M semelhantes à célula foram induzidas a diferenciar-se por coculturar uma linha celular de adenocarcinoma polarizado, Caco-2, com linfócitos b de patches do mouse Peyer ou a linha celular linfoma de células b, rios b9,10 . Isso resulta em um subconjunto de células caco-2 que expressam os marcadores de célula M sialyl Lewis um antígeno e UEA-1 no epitélio polarizado9,10. (Esses marcadores também são expressos em células de cálice em tecidos intestinais, portanto, hoje em dia são menos freqüentemente usados como marcadoresdecélulas M definitivos11,12.) Este sistema de células caco-2-M tem sido utilizado para estudar a captação de partículas e a translocação de bactérias13,14. No entanto, as células caco-2 são uma linha celular estabelecida a partir de um grande adenocarcinoma intestinal com o fator de confundimento que diferentes fontes de células caco-2 exibem diferentes fenótipos entre os laboratórios15. Além disso, eles não podem recapitular totalmente os níveis de transcrição das verdadeiras células M, pois não possuem expressão de marcadores de células M atualmente conhecidos GP2 e SpiB16. Conseqüentemente, os modelos adicionais e mais fisiologicamente relevantes da cultura são necessários para poder estudar o desenvolvimento e as funções da pilha de M.
Dentro dos dez anos passados, o campo de sistemas modelo enteroid-derivados do intestino tem progredido ràpida para a frente da descoberta inicial que as pilhas de haste intestinais derivadas da biópsia intestinal humana poderiam Self-propagar e self-Renew na cultura 17 anos de , 18. importante, a remoção da pilha de haste que promove fatores dos meios do crescimento permite que estas culturas da pilha de haste diferenciem nos muitos tipos da pilha encontrados no intestine18. Além disso, o trabalho recente sugere a importância do RANKL-Rank que sinaliza no desenvolvimento da pilha do M no intestine19,20. O receptor RANK é um membro da família de receptores TNF que é expresso em células precursoras epiteliais no intestino19 enquanto RANKL (o ligand do receptor Rank) é liberado por células estromais dos patches de Peyer20. Uma vez que os tipos de células epiteliais presentes nos enteroides ileal não produzem RANKL, a diferenciação das células M em culturas de enteroides ileal pode ser induzida pela adição de RANKL aos meios de cultura21,22. A inclusão de TNFα nos meios de cultura ajuda a apoiar o desenvolvimento de células M em enteroids ileal23. Aqui, nós descrevemos os métodos para induzir a diferenciação de pilhas de M em monocamadas intestinais derivados dos enteroids ileal humanos. Nossos métodos são baseados em parte em modificações dos seguintes protocolos21,22,23.
Para desenvolver monocamadas que diferenciam-se corretamente nos tipos principais da pilha intestinal e nas pilhas de M, é crítico estar ciente de diversos fatores. Os enteroids ileal devem ser colhidos das culturas do ECM que são indiferenciadas e têm uma proporção elevada de Lgr5 + pilhas de haste. Visualmente, a maioria dos enteroids ileal nas culturas do ECM não deve ser escurecida e multilobular, e a expressão LGR5 deve ser detectada nestas culturas pela análise do qRT-PCR. O controle de qualidade dos meios condicionados é essencial para a propagação de culturas indiferenciadas ao longo do tempo e deve ser preenchido para cada lote de mídia condicionada que é produzida. O controle da qualidade pode ser terminado testando um grupo novo de meios em algumas culturas do ECM e comparando a morfologia dos enteroids ileal a um grupo precedente de meios sobre o curso de uma semana. LGR5 expressão deve permanecer relativamente semelhante nas culturas de enteroides ileal cultivadas no novo lote de mídia em comparação com o lote anterior.
Durante a preparação dos enteroids ileal para semear como monolayers, é importante para pipeta vigorosa a solução da pilha após a incubação com tripsina para quebrar acima os enteroids ileal em únicas pilhas. Os aglomerados de células podem levar à formação de várias camadas quando semeadas para monocamada. Além disso, é essencial determinar empiricamente o número de células necessárias para formar uma monocamada para cada linha enteroide ileal individual que é obtida. Tipicamente, este valor pode variar de 2,5 x 105 – 5,0 x 105 células/bem, mas depende do grau de cístico para enteroids ileal não-císticos em culturas e varia para cada linha enteroide ileal individual. Da experiência, os enteroids ileal crescidos no ECM que parecem menos císticos exigem uma densidade mais elevada da propagação da pilha para conseguir monolayers. É aconselhável lavar a câmara superior após 1 dia de crescimento, introduzindo suavemente a mídia para cima e para baixo 2-3 vezes e substituindo com a mídia de crescimento fresco. Este processo desaloja as células que desembarcaram em cima de outras células, reduzindo a probabilidade de formação multi-camada. Comutando os meios na câmara superior dos meios do crescimento aos meios da pilha de m quando os monocamadas são ~ 80% confluente, que ocorre geralmente no borne-semeadura do dia 2, ajudas conseguem a boa diferenciação da pilha de m. A adição de RANKL/TNFα à câmara superior durante a indução da célula M não leva ao desenvolvimento de um maior número de células M por monocamada e, portanto, pode ser deixada de fora da mídia de câmara superior. As transpoços de tamanhos de poro de variação podem ser usadas neste protocolo sem afetar o desenvolvimento da pilha de M; no entanto, a densidade de semeadura de células deve ser otimizada para aqueles com tamanhos maiores de poros. O colagénio IV pode ser substituído para o ECM como um revestimento da proteína da membrana do porão para transpoços ou placas do poço que podem ser seridos melhor para determinadas aplicações.
Os monocamadas enteroid-derivadas ileal em transwells fornecem um sistema da dois-câmara que permita a criação de superfícies apicais e basolateral definidas tais que os 4-5 tipos diferentes de pilhas intestinais epithelial possam polarizar para expressar marcadores de superfície em cada lado em relação àquele encontrado no intestino. Fatores adicionais podem ser adicionados a ambos os lados, como partículas, agentes infecciosos ou outros tipos de células. No entanto, até à data algumas limitações permanecem. Como descrito, este sistema é um sistema estático que carece de fluxo fisiológico, contrações intestinais e conteúdo intestinal. Além, a arquitetura do villus-Crypt é perdida pela formação de um monolayer liso. Estes sistemas faltam regiões de remendo de Peyer, pilhas imunes, e pilhas stromal. Se a falta de pilhas imunes e stromal que residem pròxima abaixo das pilhas de M afeta as invaginações que não são observadas neste sistema e o outro funcionamento fisiológico é uma área futura importante da investigação. Este protocolo pode ser adaptado a uma placa 96-well ou a um formato da placa do multi-poço. O procedimento para o revestimento da placa 96-well com ECM e semeando com únicas pilhas dos enteroids ileal remanesce o mesmos que para transwells. A titulação da densidade de semeadura de células necessária para a obtenção de monocamadas deve ser feita, mas normalmente varia de 1,0 x 105 – 3,0 x 105 células/poço em um formato de placa de 96 poços. As pilhas de m são induzidas substituindo os meios do crescimento com meios da pilha de m quando os monocamadas são 80% confluentes tipicamente por dias 1-3 dependendo da densidade de propagação da pilha inicial.
Este método de diferenciar as pilhas de M dos enteroids ileal in vitro fornece melhorias significativas sobre o método caco-2. Os enteroids ileal são pilhas preliminares e pelo menos 4-5 tipos epithelial das pilhas estão atuais no sistema. Além disso, as linhagens de enteroides ileal derivadas de diferentes pessoas podem ser estudadas para investigar como a genética ou o estado da doença influenciam o desenvolvimento e o comportamento das células M. A manipulação adicional dos enteroids ileal durante a diferenciação da pilha de M permitirá uma compreensão melhor do desenvolvimento da pilha de M que caracteriza pilhas do precursor da pilha de M. Finalmente, uma vez que os mecanismos moleculares da fagocitose e da transcitose da célula m ainda não são completamente compreendidos3,29, este modelo fornece a oportunidade de estudar e visualizar o antígeno e a captação de partículas por células m.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi apoiado pelo NIAID U19AI131126 ao Dr. Isberg (Tufts University School of Medicine) e Dr. Kaplan (Tufts University); (JM é líder do projeto 2) e NIAID R21AI128093 para JM. O ACF foi apoiado em parte pela NIAID T32AI007077. O SEB e o MKE foram apoiados pelo NIAID U19AI116497-05. Agradecemos aos membros do laboratório Mecsas, ao laboratório de NG e ao Dr. Isberg na escola de medicina da Universidade Tufts para discussões úteis. A imagem latente confocal foi executada no centro de Tufts para a pesquisa do Neuroscience, p30 NS047243.
[Leu15]-Gastrin I | Sigma-Aldrich | G9145 | MCMGF+ and DM ingredient Solvent: PBS Stock Concentration: 10 µM Final Concentration: 10 nM |
0.5M EDTA | Invitrogen | 15575020 | For breaking up ECM Solvent: PBS Stock Concentration: 0.5 M Final Concentration: 0.5 mM |
40 µm cell strainer | Corning | 352340 | For excluding clumps from single cells Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
A-8301 | Sigma-Aldrich | SML0788-5MG | MCMGF+ and DM ingredient Solvent: DMSO Stock Concentration: 500 µM Final Concentration: 500 nM |
Advanced DMEM/F12 | Invitrogen | 12634-028 | MCMGF+ and DM Basal medium Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
Alexa Fluor 594 goat anti-mouse IgG | Thermo Fisher | A-11005 | For secondary stain Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: 1:200 |
Alexa Fluor 647 Phalloidin | Invitrogen | A22287 | Optional secondary stain for F-actin Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: 1:100 |
B27 Supplement | Invitrogen | 17504-044 | MCMGF+ and DM ingredient Solvent: Stock Concentration: 50x Final Concentration: 1x |
Bovine Serum Albumin | Chem-Impex | 00535 | 5% for blocking solution Solvent: PBS Stock Concentration: Final Concentration: 0.01 |
Chloroform | Fisher Scientific | C298-500 | For RNA isolation Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
Circle coverslips | Thomas Scientific | 1157B50 | For mounting membrane on glass slide Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
DAPI (4′,6-diamidino-2-phenylindole) | Thermo Fisher | 62247 | For secondary stain Solvent: PBS Stock Concentration: 100x Final Concentration: 1x |
DEPC Treated RNAse free H2O | Fisher Scientific | BP561-1 | For RNA isolation Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
DNA Removal Kit | Invitrogen | AM1906 | For RNA isolation Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
Ethyl Alcohol, 200 proof | Sigma Aldrich | EX0276-4 | For RNA isolation Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
Feather Scalpels | VWR | 100499-580 | For cutting membrane from transwells Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | 26140079 | For inactivating trypsin Solvent: Advanced DMEM/F12 Stock Concentration: 1 Final Concentration: 0.1 |
Glass slides | Mercedes Scientific | MER 7200/90/WH | For mounting membrane on glass slide Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
GlutaMAX | Invitrogen | 35050-061 | MCMGF+ and DM ingredient Solvent: Stock Concentration: 200 mM Final Concentration: 2 mM |
GP2 Antibody | MBL International | D277-3 | Surface stain for M cells Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: 1:100 |
HEPES | Invitrogen | 15630-080 | MCMGF+ and DM ingredient Solvent: Stock Concentration: 1 M Final Concentration: 10 mM |
Human Serum IgA | Lee BioSolutions | 340-12-1 | For functional analysis of M cells Solvent: PBS Stock Concentration: 1 mg/mL Final Concentration: 10 µg |
L-Wnt3a conditioned media | Cell line from ATCC | CRL-2647 | Refer to ATCC Product Sheet for L Wnt3A (ATCC CRL2647) for conditioned media protocol; MCMGF+ ingredient Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: 75% in MCMGF+ 0% in DM |
Matrigel, GFR, phenol free | Corning | 356231 | Extracellular Matrix (ECM) Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
Mouse recombinant EGF | Invitrogen | PMG8043 | MCMGF+ and DM ingredient Solvent: PBS Stock Concentration: 50 µg/mL Final Concentration: 50 ng/mL |
N2 Supplement | Invitrogen | 17502-048 | MCMGF+ and DM ingredient Solvent: Stock Concentration: 100x Final Concentration: 1x |
N-acetylcysteine | Sigma-Aldrich | A9165-5G | MCMGF+ and DM ingredient Solvent: H2O Stock Concentration: 500 mM Final Concentration: 1 mM |
Noggin conditioned media | Cell line gift from Dr. Gijs van den Brink (University of Amsterdam) | Ref 30 for conditioned media protocol; MCMGF+ and DM Ingredient Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: 5% in MCMGF+ 5% in DM |
|
Paraformaldehyde (PFA) | MP Biomedicals | 2199983 | For fixing monolayers Solvent: PBS Stock Concentration: 0.16 Final Concentration: 0.04 |
PBS, -Mg, -Ca | Corning | MT21040CV | Solvent for 0.5 mM EDTA Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
Penicillin/Streptomycin | Invitrogen | 15140-122 | Optional ingredient of MCMGF+ and DM Solvent: Stock Concentration: 100x Final Concentration: 1x |
Prolong Gold | Invitrogen | P36930 | Antifade mounting solution Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
Qiagen RNeasy Kit | Qiagen | 74106 | For RNA isolation Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
Recombinant human RANKL | Peprotech | 310-01 | Used to induce M cells Solvent: H2O Stock Concentration: 0.1 mg/mL Final Concentration: 200 ng/mL |
Recombinant murine TNFa | Peprotech | 315-01A | Used to induce M cells Solvent: H2O Stock Concentration: 5 mg/mL Final Concentration: 50 ng/mL |
R-spondin conditioned media | Cell line from Trevigen | 3710-001-01 | Refer to Trevigen Cultrex Rspo1 Cells product manual (HA-R-Spondin1 293T cell line) for conditioned media protocol; MCMGF+ Ingredient Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: 10% in MCMGF+ 0% in DM |
Secondary anti-human IgA antibody | Jackson Immuno Research | 109-545-011 | For secondary stain Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: 1:200 |
Super Script IV Reverse Transcriptase | Thermo Fisher | 18091200 | For conversion of RNA to DNA Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
Transwell inserts, 24 well-sized | Greiner Bio-One | 662641 | 0.4 µm pore size Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
TritonX-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | Not required during GP2 primary stain Solvent: 1% BSA Stock Concentration: Final Concentration: 0.001 |
TRIzol | Invitrogen | 15596018 | For RNA isolation Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
TrypLE Express | Invitrogen | 12605010 | Trypsin for breaking up enteroids into single cells Solvent: Stock Concentration: Final Concentration: |
Y-27632 | Sigma-Aldrich | Y-0503 | MCMGF+ ingredient on day 0 Solvent: H2O Stock Concentration: 5 mM Final Concentration: 10 µM |
GAPDH forward primer | CATGAGAAGTATGACAACAGCCT | ||
GAPDH reverse primer | CGTTTCCCGCAAGACGTAAC | ||
GP2 forward primer | CAATGTGCCTACCCACTGGA | ||
GP2 reverse primer | ATGGCACCCACATACAGCAC | ||
LYZ forward primer | CGCTACTGGTGTAATGATGG | ||
LYZ reverse primer | TTTGCACAAGCTACAGCATC | ||
MUC2 forward primer | ATGCCCTTGCGTCCATAACA | ||
MUC2 reverse primer | AGGAGCAGTGTCCGTCAAAG | ||
SI forward primer | TCCAGCTACTACTCGTGTGAC | ||
SI reverse primer | CCCTCTGTTGGGAATTGTTCTG | ||
SPIB forward primer | CAGCAGCCGCTTTTAGCCAC | ||
SPIB reverse primer | GCATATGCCGGGGGAACC |