Summary

Ensaio de migração in vitro em tempo real para células T CD8+ murinas primárias

Published: May 24, 2024
doi:

Summary

Este protocolo fornece um método de isolamento primário de células T murinas e microscopia de lapso de tempo da migração de células T sob condições ambientais específicas com análise quantitativa.

Abstract

A resposta imune adaptativa depende da capacidade de uma célula T de migrar através do sangue, linfa e tecido em resposta a patógenos e corpos estranhos. A migração de células T é um processo complexo que requer a coordenação de muitas entradas de sinal do ambiente e das células imunes locais, incluindo quimiocinas, receptores de quimiocinas e moléculas de adesão. Além disso, a motilidade das células T é influenciada por pistas ambientais dinâmicas circundantes, que podem alterar o estado de ativação, a paisagem transcricional, a expressão da molécula de adesão e muito mais. In vivo, a complexidade desses fatores aparentemente entrelaçados torna difícil distinguir sinais individuais que contribuem para a migração de células T. Este protocolo fornece uma série de métodos, desde o isolamento de células T até a análise auxiliada por computador para avaliar a migração de células T em tempo real sob condições ambientais altamente específicas. Essas condições podem ajudar a elucidar os mecanismos que regulam a migração, melhorando nossa compreensão da cinética das células T e fornecendo fortes evidências mecanicistas que são difíceis de obter por meio de experimentos com animais. Uma compreensão mais profunda das interações moleculares que afetam a migração celular é importante para desenvolver uma terapêutica aprimorada.

Introduction

As células T são os principais efetores da resposta imune adaptativa e específica do antígeno. Em nível populacional, as células T são heterogêneas, compostas por subconjuntos celulares com funções especializadas distintas. É importante ressaltar que as células T CD8+ são os principais efetores citolíticos do sistema imunológico, que eliminam diretamente as células infectadas ou disfuncionais1.

As células T CD8+ maduras residem no tecido e circulam pelo sangue e linfáticos em busca de antígenos. Durante a infecção, as células T são apresentadas a antígenos no sangue ou tecido e drenam rapidamente para o baço ou linfonodo de drenagem mais próximo para iniciar uma resposta imune produtiva. Em ambos os casos, as células T são ativadas, sofrem expansão clonal e deixam o sistema linfático para entrar no sangue, se ainda não estiverem lá. Durante esse processo, a sinalização intracelular confere a regulação negativa dos receptores linfáticos e a regulação positiva de vários receptores de integrina e quimiocina essenciais para a migração específica do tecido2. Em última análise, a migração direcionada de células T para locais de infecção é impulsionada por sinais ambientais convergentes que incluem sinalização de integrina e quimiocina.

As quimiocinas podem ser amplamente categorizadas em duas classes principais: (1) sinais homeostáticos, que são essenciais para diferenciação, sobrevivência e função basal, e (2) sinais inflamatórios, como CXCL9, CXCL10 e CCL3, que são necessários para a quimiotaxia. Geralmente, as quimiocinas criam um gradiente de sinal que impulsiona a migração direcional, conhecida como quimiotaxia, além de ativar a expressão da integrina1. A quimiotaxia é finamente regulada e altamente sensível, com células T capazes de responder a pequenas mudanças no gradiente que podem levá-las a uma direção ou local específico.

Além desses fatores relacionados às células T, a migração também é afetada pela composição e densidade da matriz extracelular (MEC). A ECM é composta por uma densa rede de proteínas, incluindo colágeno e proteoglicanos, que fornecem a estrutura para receptores de integrina adesiva nas células T. As integrinas são uma família diversificada de proteínas transmembranares, cada uma com domínios de ligação altamente especializados e efeitos de sinalização a jusante. A expressão dinâmica dos receptores de integrina na superfície de uma célula T permite uma rápida adaptação aos seus ambientes em mudança3. É importante ressaltar que as integrinas conectam as redes de ACTINA do citoesqueleto intracelular e do citoesqueleto intracelular que trabalham juntas para gerar a força propulsora necessária para o movimento das células T.

Em resumo, os padrões de migração variam de acordo com o fenótipo da célula imune ou sinais ambientais. Esses processos biológicos complexos são rigidamente regulados pela expressão de citocinas, quimiocinas e integrinas na superfície da célula T, nas células circundantes e no tecido infectado local. In vivo, esses mecanismos migratórios podem ser complexos e podem resultar de vários sinais aditivos4. Devido a essa complexidade, pode ser impossível estabelecer uma relação causal entre variáveis aparentemente interligadas. Para superar isso, existem várias abordagens in vitro para estudar aspectos específicos da migração de células T, como resposta a sinais específicos de quimiocinas e a interação entre integrinas de células T e proteínas de ligação à MEC. Este protocolo aborda métodos para isolar e ativar células T CD8+ murinas, com ensaios de migração in vitro no espaço bidimensional e ferramentas de análise computacional para análise da migração de células T especificadas. Esses métodos são vantajosos para o usuário porque não requerem materiais ou dispositivos sofisticados, como acontece com alguns outros ensaios de migração celular descritos na literatura. Os dados de migração celular gerados com esses métodos podem fornecer evidências de respostas imunes de maneira simplista que permite uma investigação mais aprofundada e informada in vivo.

Protocol

Os protocolos animais foram aprovados pelo Comitê Universitário de Recursos Animais da Universidade de Rochester. Os camundongos neste estudo foram mantidos no espaço livre de patógenos do biotério da Universidade de Rochester. Camundongos C57BL/6 machos/fêmeas, com idade entre 6 e 12 semanas (15-30 g), foram usados para o presente estudo. O isolamento do tecido do camundongo pode ser realizado em uma bancada com luvas para cobrir as mãos e uma máscara facial para cobrir o nariz e a boca, ou dentro de um gabinete…

Representative Results

A confirmação da ativação das células T pode ser obtida por citometria de fluxo, buscando aumento da expressão de CD69 e CD44, que são marcadores canônicos de ativação em células T murinas6. Além disso, a pureza da população de células T pode ser determinada por citometria de fluxo para células T CD3+ CD8+ . Este método produz >90% de população de células T CD8+ . A migração de células T pode ser avaliada com progr…

Discussion

Compreender o impacto biológico dos sinais convergentes in vivo é desafiador e não é fácil de interpretar. Os protocolos aqui apresentados fornecem um método razoável para entender a migração de células T em condições altamente definidas e biologicamente relevantes. Essas condições podem ser especificadas com base no critério do investigador, e os protocolos podem ser modificados para atender às necessidades de várias populações de células T, status de ativação e fenótipo celular. Além di…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Agradecemos aos membros anteriores e atuais do Kim Lab que contribuíram para o desenvolvimento desses protocolos ao longo do tempo. Dados representativos foram possibilitados por P01 AI102851/AI/NIAID NIH HHS/Estados Unidos e P01 HL018208/HL/NHLBI NIH HHS/Estados Unidos. Esta publicação foi possível em parte pelo número de concessão T32 GM135134 do Prêmio Institucional Ruth L. Kirschstein National Research Service.

Materials

10 cm dish Corning 353003 or equivalent
15 mL conical tube ThermoFisher 339650 or equivalent
1x DPBS Gibco 14190144 without calcium and without magnesium
6 well plate non-TC treated Corning 3736 or equivalent
70 µm cell strainer FisherScientific 352350 or equivalent
ACK lysing buffer ThermoFisher A1049201 or equivalent
Allegra 6KR centrifuge ThermoScientific sorvall 16R with tx400 3655 rotor and bucket or equivalent
Beta mercaptoethanol Sigma M3148 or equivalent
CellTrace Violet ThermoFisher C34571 Or equivalent
Centrifuge ThermoScientific Sorvall ST 16R or equivalent
Collagen (IV) Corning 354233 or equivalent
DeltaT culture dish .17 mm thick glass clear Bioptechs 04200417C
Dynabeads Sheep anti-Rat IgG Invitrogen 11035
DynaMag 15 Magnet ThermoFisher Scientific 12301D or equivalent
Easy sep mouse T cell isolation kit Stem Cell 19851
FBS SigmaAldrich F2442-500ML or equivalent
Fibronectin SigmaAldrich 10838039001 or equivalent
Fiji http://fiji.sc/ weblink
Filter cubes Nikon or Olympus
GK1.5 ATCC TIB-207
HEPES ThermoFisher 15630080 or equivalent
HQ CCD camera CoolSNAP or equivalent
ImageJ http://imagej.nih.gov/ij/h weblink
ImageJ automatic tracking plug in http://imagej.net/TrackMate weblink
ImageJ manual tracking plug in https://imagej.nih.gov/ij/plugins/track/track.html weblink
L-15 Various See Materials Medium Recipe: Leibovitz’s L-15 medium without phenol red (Gibco) supplemented with 1-5 g/L glucose
Liebovitz's L-15 medium, no phenol red ThermoFisher 21083027
Luer Lok disposable syringe Fisher Scientific 14-955-459 or equivalent
Lymphocyte separation medium Corning 25-072-CI or equivalent
M5/114 ATCC TIB-120
MEM Non-Essential Amino Acids ThermoFisher 11140050 or equivalent
Microscope heating system Okolab okolab.com Custom designs available
Millicell EZ slide Millipore C86024
Mojosort mouse CD8+ Naïve T cell isolation kit Biolegend 480043
Mouse E-cadherin R&D systems 8875-EC-050 or equivalent
Mouse surgical dissection kit Fisher Scientific 13-820-096 or equivalent
NIS elements Nikon Software
non-TC 24wp Corning 353047 or equivalent
Penicillin-streptomycin ThermoFisher 15140122 or equivalent
Protein A ThermoFisher Scientific or equivalent
R9 Various See Materials Medium Recipe: RPMI 1640x supplemented with 10 % FBS, 1 % antibiotic-antimycotic (Gibco), 20 mM HEPES buffer (Gibco), 1 % MEM Non-Essential Amino Acids (Gibco), 50 μM β-mercaptoethanol (Sigma-Aldrich)
Recombinant mouse ICAM-1 Fc chimera R&D systems 796-IC-050 or equivalent
Recombinant Mouse IL2 Biolegend 575410 or equivalent
RPMI 1640x ThermoFisher 11875093 or equivalent
T pins Fisher Scientific S99385 or equivalent
TE2000-U microscope Nikon or equivalent
Various recombinant mouse chemokine R&D systems or equivalent
VCAM-1 Fc chimera R&D systems 643-VM-050 or equivalent
Volocity PerkinElmer Software

References

  1. Sun, L., Su, Y., Jiao, A., Wang, X., Zhang, B. T cells in health and disease. Signal Transduct Target Ther. 8 (1), 235 (2023).
  2. Fowell, D. J., Kim, M. The spatio-temporal control of effector T cell migration. Nat Rev Immunol. 21 (9), 582-596 (2021).
  3. Tabdanov, E. D., et al. Engineering t cells to enhance 3d migration through structurally and mechanically complex tumor microenvironments. Nat Commun. 12 (1), 2815 (2021).
  4. Kameritsch, P., Renkawitz, J. Principles of leukocyte migration strategies. Trends Cell Biol. 30 (10), 818-832 (2020).
  5. Flaherty, S., Reynolds, J. M. Mouse naive CD4+ T cell isolation and in vitro differentiation into t cell subsets. J Vis Exp. (98), e52739 (2015).
  6. Sailer, C. J., et al. Pd-1(hi) CAR-T cells provide superior protection against solid tumors. Front Immunol. 14, 1187850 (2023).
  7. Lim, K., Hyun, Y. M., Lambert-Emo, K., Topham, D. J., Kim, M. Visualization of integrin mac-1 in vivo. J Immunol Methods. 426, 120-127 (2015).
  8. Lim, K., et al. Neutrophil trails guide influenza-specific CD8+ T cells in the airways. Science. 349, 4352 (2015).
  9. Lim, K., et al. In situ neutrophil efferocytosis shapes T cell immunity to influenza infection. Nat Immunol. 21 (9), 1046-1057 (2020).
  10. Reilly, E. C., et al. T(rm) integrins CD103 and CD49a differentially support adherence and motility after resolution of influenza virus infection. Proc Natl Acad Sci U S A. 117 (22), 12306-12314 (2020).
  11. Amitrano, A. M., et al. Optical control of CD8(+) T cell metabolism and effector functions. Front Immunol. 12, 666231 (2021).
  12. Xu, Y., et al. Optogenetic control of chemokine receptor signal and t-cell migration. Proc Natl Acad Sci U S A. 111 (17), 6371-6376 (2014).
  13. Capece, T., et al. A novel intracellular pool of IFA-1 is critical for asymmetric CD8(+) T cell activation and differentiation. J Cell Biol. 216 (11), 3817-3829 (2017).
  14. Hirai, T., Whitley, S. K., Kaplan, D. H. Migration and function of memory CD8(+) T cells in skin. J Invest Dermatol. 140 (4), 748-755 (2020).
  15. Mouchacca, P., Schmitt-Verhulst, A. M., Boyer, C. Visualization of cytolytic T cell differentiation and granule exocytosis with T cells from mice expressing active fluorescent granzyme B. PLoS One. 8 (6), e67239 (2013).
  16. Nuzzi, P. A., Lokuta, M. A., Huttenlocher, A. Analysis of neutrophil chemotaxis. Methods Mol Biol. 370, 23-36 (2007).
  17. Heit, B., Tavener, S., Raharjo, E., Kubes, P. An intracellular signaling hierarchy determines direction of migration in opposing chemotactic gradients. J Cell Biol. 159 (1), 91-102 (2002).
  18. Zigmond, S. H. Ability of polymorphonuclear leukocytes to orient in gradients of chemotactic factors. J Cell Biol. 75 (2), 606-616 (1977).
  19. Jowhar, D., Wright, G., Samson, P. C., Wikswo, J. P., Janetopoulos, C. Open access microfluidic device for the study of cell migration during chemotaxis. Integr Biol (Camb). 2 (11-12), 648-658 (2010).
  20. Sai, J., Walker, G., Wikswo, J., Richmond, A. The IL sequence in the LLKIL motif in CXCR2 is required for full ligand-induced activation of Erk, Akt, and chemotaxis in HL60 cells. J Biol Chem. 281 (47), 35931-35941 (2006).
  21. Choi, Y., Sunkara, V., Lee, Y., Cho, Y. K. Exhausted mature dendritic cells exhibit a slower and less persistent random motility but retain chemotaxis against ccl19. Lab Chip. 22 (2), 377-386 (2022).
  22. Harding, M. G., Zhang, K., Conly, J., Kubes, P. Neutrophil crawling in capillaries: A novel immune response to staphylococcus aureus. PLoS Pathog. 10 (10), e1004379 (2014).
  23. Rommerswinkel, N., Niggemann, B., Keil, S., Zanker, K. S., Dittmar, T. Analysis of cell migration within a three-dimensional collagen matrix. J Vis Exp. (92), e51963 (2014).
  24. Wu, P. H., Giri, A., Sun, S. X., Wirtz, D. Three-dimensional cell migration does not follow a random walk. Proc Natl Acad Sci U S A. 111 (11), 3949-3954 (2014).
  25. Lammermann, T., et al. Rapid leukocyte migration by integrin-independent flowing and squeezing. Nature. 453 (7191), 51-55 (2008).
  26. Overstreet, M. G., et al. Inflammation-induced interstitial migration of effector CD4(+) T cells is dependent on integrin αv. Nat Immunol. 14 (9), 949-958 (2013).

Play Video

Cite This Article
Ryan, A. T., Dahal, A., Mir, S., Kim, M., Lim, K. Real-Time In Vitro Migration Assay for Primary Murine CD8+ T Cells. J. Vis. Exp. (207), e66580, doi:10.3791/66580 (2024).

View Video