Summary

El aislamiento, la identificación y purificación de células epiteliales del timo murino

Published: August 08, 2014
doi:

Summary

Aquí se describe un método eficiente para el aislamiento, identificación y purificación de ratón las células epiteliales del timo (TEC). El protocolo puede ser utilizado para estudios de la función del timo para el desarrollo normal de células T, la disfunción del timo, y la reconstitución de células T.

Abstract

El timo es un órgano vital para el desarrollo de linfocitos T. De las células del estroma tímico, células epiteliales del timo (TEC) son particularmente cruciales en múltiples etapas de desarrollo de células T: compromiso de las células T, la selección positiva y selección negativa. Sin embargo, la función de TEC en el timo sigue siendo incompleta entendido. En el artículo, se proporciona un método para aislar los subconjuntos TEC de timo de ratón fresco con una combinación de alteración mecánica y digestión enzimática. El método permite que las células del estroma tímico y timocitos a ser liberados de manera eficiente de célula-célula y célula-matriz conexiones extracelular y para formar una suspensión de una sola célula. Uso de las células aisladas, citometría de flujo multiparamétrica se puede aplicar a la identificación y caracterización de TEC y las células dendríticas. Debido TEC son una rara población de células en el timo, también se describe una forma eficaz para enriquecer y purificar TEC por el agotamiento de los timocitos, el tipo de célula más abundante en el timo. Folloala el enriquecimiento, el tiempo de clasificación de células se puede disminuir de modo que la pérdida de viabilidad celular puede reducirse al mínimo durante la purificación de TEC. Las células purificadas son adecuados para diversos análisis aguas abajo como el Real Time-PCR, Western blot y perfiles de expresión génica. El protocolo promoverá la investigación de la función de TEC y así como el desarrollo de la reconstitución in vitro de células T.

Introduction

Temprano en el desarrollo de células T, la médula ósea madre hematopoyéticas progenitoras multipotentes derivadas de células son reclutados a la corteza del timo, someterse compromiso de linaje T y se convierten en precursores de células T 1. En la corteza, precursores de células T CD4 y CD8 doble negativos (DN) timocitos se expanden y se diferencian en células CD8 doble positiva (DP) timocitos inmaduros CD4 y, formando un gran grupo de progenitores con receptores de células T altamente variable 1. Sólo un selecto subconjunto restringido por MHC de las células DP se convertirá en único positivos (SP) timocitos CD4 o CD8, migran a la médula del timo, y se diferencian en células T maduras funcionalmente competentes, un evento que se conoce como selección positiva 2 6. En contraste, los clones de los timocitos autorreactivos se someten a selección negativa y se eliminan a través de la apoptosis, convertido a las células T reguladoras para la auto-tolerancia, o desviado a los linfocitos intraepiteliales para los propósitos que aún no están claras 3,7-10.

En el timo, las células estromales tímicas forman un microambiente único que proporciona señales para estos diversos destinos de desarrollo de células T 5,11,12. Células del estroma tímico se componen de células epiteliales del timo (TEC) – incluyendo TEC corticales (CTEC) y TEC medulares (mTECs), células dendríticas, macrófagos, fibroblastos, células endoteliales, pericitos derivadas de la cresta neural y otras células mesenquimales 13-15. Entre estos, TEC son cruciales en las diversas etapas de desarrollo de células T 1,2,16,17. Sin embargo, la falta de una manera robusta para aislar TEC ha obstaculizado una comprensión global de sus funciones 16. En particular, CTEC, que forman una red tridimensional que rodea a los progenitores en la corteza, son esenciales para la selección positiva 13,18,19 por razones que aún no están claras. Estudios anteriores proporcionaron pistas sobre la heterogeneidad y el papel de los TEC, sobre todo contando con herramientas morfológicas e histológicas 13 </sup>. Recientemente las funciones únicas de subconjuntos TEC fueron abordados por enfoques genéticos en modelos de ratón 12,20. Una manera robusta y reproducible para aislar TEC es fundamental para lograr la caracterización objetiva de subconjuntos TEC, la evaluación cuantitativa y cualitativa de las funciones TEC, y la aclaración de los mecanismos de cómo CTEC apoyan la selección positiva.

Debido a la rareza de TEC en el timo y las interacciones apretados forman en el órgano intacto, el aislamiento de TEC ha sido desafiante. El protocolo descrito aquí se basa en descubrimientos anteriores, actualmente reactivos disponibles, las técnicas y el conocimiento de la estructura y composición del estroma del timo. Hace casi dos décadas, se reportaron varios procedimientos para desagregar los tejidos del timo 21-27, en el que se utilizaron diferentes enzimas durante la digestión, incluyendo tripsina, colagenasa y dispasa. Gray et al. comparado esas enzimas en su precedure 28, e informó de una mejora de la metanfetaminaod con la digestión de múltiples pasos de cócteles enzimáticos 29 que se hicieron ampliamente utilizado 20,30. Sin embargo, este método implica un largo tiempo de preparación y los pasos y los resultados de digestión complejos en el número de células y proporciones de TEC última variable, incluso en la misma cohorte murino 29,30. Hace varios años, Liberase enzima grado de investigación, con adición altamente purificada de colagenasa y proteasa neutra se empezó a utilizar en la disociación del tejido del timo 30. A continuación, describimos un protocolo basado en la digestión-Liberase, con procedimientos de separación mecánica optimizados, que produce un alto número de TEC viables a partir de tejidos de timo de ratón. .

Para enriquecer las células del estroma disociadas, estudios previos han utilizado tanto los gradientes de densidad o la separación de cuentas magnéticas 21,29. Sin embargo, ambos métodos causan severa perdida de ciertas poblaciones de células del estroma del timo, en particular la población de CTEC 29. Eliminación citotóxica y técnicas de paneo <shasta> 31,32 han sido ampliamente utilizados para el agotamiento o la separación de los linfocitos en el campo inmunológico 12,31. Después de la comparación de estas técnicas, hemos establecido el protocolo actual de panoramización para el enriquecimiento de TEC. La condición suave durante el procedimiento de enriquecimiento conduce a una menor muerte celular e imparcial y una mayor recuperación de TEC.

La suspensión de células aisladas del timo se describe en la Sección 3 se puede aplicar directamente a análisis citométrico de flujo para la identificación y caracterización de subconjuntos TEC y células dendríticas. Sección 4 describe una forma sencilla y útil para identificar subconjuntos TEC utilizando citómetro de flujo multiparamétrica. Para los experimentos que buscan obtener CTEC purificados o mTECs, enriquecimiento TEC y clasificación de células procedimientos se pueden encontrar en la sección 5 y 6.

Protocol

En este estudio, los adultos – se utilizaron (6 8 semanas) hembra C57BL / 6 ratones. Los ratones se adquirieron en el Instituto Nacional del Cáncer y mantuvieron en condiciones libres de patógenos específicos. La Universidad de Comité de Cuidado y Uso de Animales institucional Minnesota (IACUC) aprobó toda la experimentación animal. 1 Preparación de Instrumentos y búferes Preparar la solución de enzima (medio RPMI 1640 con 0,05% [w / v] de Liberase TH y 100 U / ml de DNas…

Representative Results

Usando este protocolo, un órgano timo fue retirado de un ratón adulto (Sección 2) y una suspensión de células del timo se preparó como se describe en la Sección 3. La suspensión celular obtenida constaba de timocitos, células estromales hematopoyéticas derivadas de las células del estroma y no hematopoyéticas. CD45 es un marcador pan-hematopoyético expresó en ambos timocitos y células estromales hematopoyéticas tales como macrófagos y células dendríticas. En contraste, los TEC no son de origen hematop…

Discussion

En el protocolo, los pasos críticos son la preparación de las células del estroma del timo (Sección 3) y el enriquecimiento de los TEC (Sección 4). Se recomienda firmemente que la solución de enzima fresca se prepara cada vez y el tejido se trata tan pronto como sea posible. Para timos agrupado, se requiere optimizar el volumen de solución de enzima en función del número de timos. Si cualquier residuo de tejido que queda después de la transformación, la adición de más solución de enzima y la extensión del…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Esta labor fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud de subvención R01 AI088209 (a KAH). También agradecemos a la Universidad de Minnesota Flujo de Recursos Citometría.

Materials

Anti-mouse EpCAM eBioscience XX-5791-YY* Clone G8.8
Anti-mouse MHC II eBioscience XX-5321-YY* Clone M5/114.15.2
Anti-mouse Ly51 eBioscience XX-5891-YY* Clone 6C3
UEA-1 Vector Laboratory FL-1061
Flow cytometer BD Biosciences  LSRFortessa
Flow cell sorter BD Biosciences  FACSAria
FACS tubes BD Biosciences 352052
Flow cytometry analysis software TreeStar – Flowjo FlowJo v7/9
*XX varies by fluorochrome and YY varies by vial size.

Referenzen

  1. Rothenberg, E. V., Moore, J. E., Yui, M. A. Launching the T-cell-lineage developmental programme. Nat. Rev. Immunol. 8, 9-21 (2008).
  2. Anderson, G., Takahama, Y. Thymic epithelial cells: working class heroes for T cell development and repertoire selection. Trends Immunol. 33, 256-263 (2012).
  3. Klein, L., Hinterberger, M., Wirnsberger, G., Kyewski, B. Antigen presentation in the thymus for positive selection and central tolerance induction. Nat. Rev. Immunol. 9, 833-844 (2009).
  4. Starr, T. K., Jameson, S. C., Hogquist, K. A. Positive and negative selection of T cells. Annu. Rev. Immunol. 21, 139-176 (2003).
  5. Takahama, Y., Takada, K., Murata, S., Tanaka, K. beta5t-containing thymoproteasome: specific expression in thymic cortical epithelial cells and role in positive selection of CD8. T cells. Curr. Opin. Immunol. 24, 92-98 (2012).
  6. Xing, Y., Wang, X., Igarashi, H., Kawamoto, H., Sakaguchi, N. Protein phosphatase subunit G5PR that regulates the JNK-mediated apoptosis signal is essential for the survival of CD4 and CD8 double-positive thymocytes. Mol. Immunol. 45, 2028-2037 (2008).
  7. Benoist, C., Mathis, D. Treg cells, life history, and diversity. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 4, a007021 (2012).
  8. Pobezinsky, L. A., et al. Clonal deletion and the fate of autoreactive thymocytes that survive negative selection. Nat. Immunol. 13, 569-578 (2012).
  9. Stritesky, G. L., Jameson, S. C., Hogquist, K. A. Selection of self-reactive T cells in the thymus. Annu. Rev. Immunol. 30, 95-114 (2012).
  10. Xing, Y., Hogquist, K. A. T-cell tolerance: central and peripheral. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 4, (2012).
  11. Anderson, G., Lane, P. J., Jenkinson, E. J. Generating intrathymic microenvironments to establish T-cell tolerance. Nat. Rev. Immunol. 7, 954-963 (2007).
  12. Xing, Y., Jameson, S. C., Hogquist, K. A. Thymoproteasome subunit-beta5T generates peptide-MHC complexes specialized for positive selection. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110, 6979-6984 (2013).
  13. Petrie, H. T., Zuniga-Pflucker, J. C. Zoned out: functional mapping of stromal signaling microenvironments in the thymus. Annu. Rev. Immunol. 25, 649-679 (2007).
  14. Rezzani, R., Bonomini, F., Rodella, L. F. Histochemical and molecular overview of the thymus as site for T-cells development. Prog. Histochem. Cytochem. 43, 73-120 (2008).
  15. Rodewald, H. R. Thymus organogenesis. Annu. Rev. Immunol. 26, 355-388 (2008).
  16. Griffith, A. V., et al. Spatial mapping of thymic stromal microenvironments reveals unique features influencing T lymphoid differentiation. Immunit. 31, 999-1009 (2009).
  17. Guerder, S., Viret, C., Luche, H., Ardouin, L., Malissen, B. Differential processing of self-antigens by subsets of thymic stromal cells. Curr. Opin. Immunol. 24, 99-104 (2012).
  18. Hogquist, K. A., Xing, Y. Why CD8+ T cells need diversity when growing up. Immunit. 32, 5-6 (2010).
  19. Jenkinson, E. J., Parnell, S., Shuttleworth, J., Owen, J. J., Anderson, G. Specialized ability of thymic epithelial cells to mediate positive selection does not require expression of the steroidogenic enzyme p450scc. J. Immunol. 163, 5781-5785 (1999).
  20. Murata, S., et al. Regulation of CD8+ T cell development by thymus-specific proteasomes. Science. 316, 1349-1353 (2007).
  21. Chidgey, A. P., Pircher, H., MacDonald, H. R., Boyd, R. L. An adult thymic stromal-cell suspension model for in vitro positive selection. Dev. Immunol. 6, 157-170 (1998).
  22. Izon, D. J., Nieland, J. D., Godfrey, D. I., Boyd, R. L., Kruisbeek, A. M. Flow cytometric analysis reveals unexpected shared antigens between histologically defined populations of thymic stromal cells. Int. Immunol. 6, 31-39 (1994).
  23. Jenkinson, E. J., Anderson, G., Owen, J. J. Studies on T cell maturation on defined thymic stromal cell populations in vitro. J. Exp. Med. 176, 845-853 (1992).
  24. Klein, L., Klugmann, M., Nave, K. A., Tuohy, V. K., Kyewski, B. Shaping of the autoreactive T-cell repertoire by a splice variant of self protein expressed in thymic epithelial cells. Nat. Med. 6, 56-61 (2000).
  25. Shortman, K., Vremec, D., D’Amico, A., Battye, F., Boyd, R. Nature of the thymocytes associated with dendritic cells and macrophages in thymic rosettes. Cell. Immunol. 119, 85-100 (1989).
  26. Volkmann, A., Zal, T., Stockinger, B. Antigen-presenting cells in the thymus that can negatively select MHC class II-restricted T cells recognizing a circulating self antigen. J. Immunol. 158, 693-706 (1997).
  27. Yang, S. J., Ahn, S., Park, C. S., Choi, S., Kim, M. G. Identifying subpopulations of thymic epithelial cells by flow cytometry using a new specific thymic epithelial marker, Ly110. J. Immunol. Method. 297, 265-270 (2005).
  28. Gray, D. H., Chidgey, A. P., Boyd, R. L. Analysis of thymic stromal cell populations using flow cytometry. J. Immunol. Method. 260, 15-28 (2002).
  29. Gray, D. H., et al. Unbiased analysis, enrichment and purification of thymic stromal cells. J. Immunol. Method. 329, 56-66 (2008).
  30. Williams, K. M., et al. Single cell analysis of complex thymus stromal cell populations: rapid thymic epithelia preparation characterizes radiation injury. Clin. Transl. Sci. 2, 279-285 (2009).
  31. Kanof, M. E. Purification of T cell subpopulations. Curr. Protoc. Immunol. 7 (Unit 7.3), (2001).
  32. Mage, M. G. Fractionation of T cells and B cells using panning techniques. Curr. Protoc. Immunol. 3 (Unit 3.5), (1991).
  33. Wekerle, H., Ketelsen, U. P., Ernst, M. Thymic nurse cells. Lymphoepithelial cell complexes in murine thymuses: morphological and serological characterization. The Journal of experimental medicin. 151, 925-944 (1980).
  34. Kyewski, B. A., Kaplan, H. S. Lymphoepithelial interactions in the mouse thymus: phenotypic and kinetic studies on thymic nurse cells. J Immuno. 128, 2287-2294 (1982).
  35. Nakagawa, Y., et al. Thymic nurse cells provide microenvironment for secondary T cell receptor alpha rearrangement in cortical thymocytes. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 109, 20572-20577 (2012).
  36. McLelland, B. T., Gravano, D., Castillo, J., Montoy, S., Manilay, J. O. Enhanced isolation of adult thymic epithelial cell subsets for multiparameter flow cytometry and gene expression analysis. J. Immunol. Method. 367, 85-94 (2011).
  37. Seach, N., Wong, K., Hammett, M., Boyd, R. L., Chidgey, A. P. Purified enzymes improve isolation and characterization of the adult thymic epithelium. Journal of immunological method. 385, 23-34 (2012).

Play Video

Diesen Artikel zitieren
Xing, Y., Hogquist, K. A. Isolation, Identification, and Purification of Murine Thymic Epithelial Cells. J. Vis. Exp. (90), e51780, doi:10.3791/51780 (2014).

View Video