Summary

Количественная оценка и анализ В-клеток миокарда на основе проточной цитометрии

Published: August 17, 2022
doi:

Summary

Здесь мы сообщаем протокол количественной оценки и дифференцировки В-лимфоцитов миокарда на основе их расположения во внутрисосудистом или эндотелиальном пространстве с помощью проточной цитометрии.

Abstract

Растущее количество доказательств показывает, что В-лимфоциты играют важную роль в контексте физиологии миокарда и адаптации миокарда к травмам. Однако в литературе приводятся контрастные данные о распространенности В-клеток миокарда. Сообщалось, что В-клетки являются одними из наиболее распространенных иммунных клеток в сердце грызунов или присутствуют, но с заметно более низкой распространенностью, чем миелоидные клетки, или довольно редки. Аналогичным образом, несколько групп описали, что количество В-клеток миокарда увеличивается после острого ишемического повреждения миокарда, но одна группа не сообщила об изменениях в количестве В-клеток поврежденного миокарда. Реализация общего, воспроизводимого метода оценки распространенности В-клеток миокарда имеет решающее значение для гармонизации наблюдений различных исследовательских групп и, таким образом, способствует продвижению изучения взаимодействий миокарда В-клеток. Основываясь на нашем опыте, кажущиеся контрастными наблюдения, о которых сообщается в литературе, вероятно, связаны с тем фактом, что мышиные В-клетки миокарда в основном внутрисосудистые и связаны с микрососудистым эндотелием. Поэтому количество В-клеток, извлеченных из мышиного сердца, чрезвычайно чувствительно к условиям перфузии, используемым для очистки органа, и к используемому методу пищеварения. Здесь мы сообщаем об оптимизированном протоколе, который учитывает эти две критические переменные определенным образом. Этот протокол обеспечивает воспроизводимый, основанный на проточной цитометрии анализ количества мышиных В-клеток миокарда и позволяет исследователям различать внесосудистые и внутрисосудистые В-клетки миокарда.

Introduction

В-лимфоциты являются узкоспециализированными иммунными клетками, которые играют важную роль как в адаптивных, так и во врожденных иммунных реакциях1. Существует две основные популяции В-клеток: меньшая популяция клеток В1, которые в основном вырабатываются во время эмбриональной жизни, и преобладающая популяция клеток В2, которые производятся во взрослой жизни в костном мозге1. После созревания в костном мозге В-клетки мигрируют в первичные и вторичные лимфоидные органы. Оттуда они непрерывно рециркулируют между лимфоидными органами, проходящими через кровеносные сосуды, и лимфатическими сосудами2. В-клетки экспрессируют специфические антитела на своей поверхности, которые функционируют как рецепторы. Когда В-клетки сталкиваются с антигеном, который связывается с их рецептором, может быть запущен активирующий сигнал. Активированные В-клетки либо мигрируют в ткань, где был обнаружен антиген, либо возвращаются в костный мозг, где они могут созревать в плазматические клетки, продуцирующие антитела 3,4.

В последнее время было признано, что сердце содержит значительную популяцию В-клеток. Исследования на грызунах показали, что В-клетки колонизируют сердце на ранних стадиях эмбрионального развития5, и что В-клетки, ассоциированные с миокардом, в основном являются внутрисосудистыми, наивными B2-клетками, прилипшими к эндотелию 6,7, с небольшим процентом клеток B17. Есть еще много областей неопределенности, но имеющиеся данные указывают на то, что В-клетки играют важную роль как в наивном сердце, так и в контексте адаптации миокарда к травме.

Исследования на наивного мышиного сердца показали, что на исходном уровне В-клетки миокарда в основном располагаются во внутрисосудистом пространстве, прилипают к эндотелию (>95% мышиных сердечных В-клеток оказались расположенными во внутрисосудистом пространстве). Было обнаружено, что эти В-клетки имеют паттерны экспрессии генов, отличные от паттернов циркулирующих В-клеток, выделенных из периферической крови. Анализ наивных сердец у животных с дефицитом В-клеток и сингенного контроля показал, что животные, лишенные В-клеток, имели меньшие сердца и более высокую фракциювыброса 6. Все эти данные свидетельствуют о том, что В-клетки могут модулировать рост миокарда и / или функцию миокарда, и что не только интерстициальные, но и внутрисосудистые В-клетки могут быть ответственны за такие наблюдения. Было также обнаружено, что В-клетки модулируют фенотип резидентных макрофагов миокарда8.

Несколько исследований показали, что В-клетки играют важную роль в контексте адаптации миокарда к травме 8,9,10,11,12,13. В-клетки временно накапливаются в поврежденном сердце, вероятно, через CXCL13-CXCR5 зависимый механизм 11,13. Оттуда В-клетки способствуют неблагоприятному ремоделированию сердца с помощью нескольких механизмов, которые включают цитокин-опосредованный моноцит, рекрутирующий 9,12. Кроме того, В-клетки могут вырабатывать антитела против сердечных белков, которые могут способствовать расширению сердечных повреждений и неблагоприятному ремоделированию сердца с помощью нескольких механизмов 14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25 . В-клетки также могут оказывать защитное воздействие на поврежденное сердце через секрецию IL-1010.

По мере роста числа групп, изучающих роль В-клеток в наивном и поврежденном сердце, становится все более и более важным определить общие протоколы для правильной количественной оценки и оценки В-клеток миокарда и, таким образом, избежать несоответствий, которые уже начали появляться в литературе. До сих пор сообщалось, что В-клетки являются одними из наиболее распространенных иммунных клеток в сердце грызунов7 и присутствуют с заметно более низкой распространенностью, чем миелоидные клетки26,27 или довольно редко28. Аналогичным образом, несколько групп описали, что количество В-клеток миокарда увеличивается после острого ишемического повреждения миокардана 7,9,13, но одна группа сообщила об отсутствии изменений в количестве В-клеток поврежденного миокарда29. Исследования сердечных иммунных клеток редко дают подробную информацию об условиях перфузии, и нет единого мнения об условиях пищеварения. Поскольку в сердце грызунов большая часть В-клеток является внутрисосудистой, а извлечение иммунных клеток из миокарда сильно зависит от используемого метода пищеварения, различия, о которых сообщается в литературе, могут быть результатом различий в перфузии органов и переваривании тканей.

Здесь представлен подробный метод количественной оценки В-клеток мышиного миокарда на основе проточной цитометрии, который максимизирует выход восстановления В-клеток за счет оптимизации условий перфузии и пищеварения и позволяет различать внутрисосудистые и внесосудистые В-клетки миокарда6. Этот протокол является адаптацией и оптимизацией других подобных протоколов, которые различают внутрисосудистые и интерстициальные иммунные клетки 28,30,31.

В этом протоколе мы стандартизируем перфузию миокарда для устранения В-клеток, плавающих во внутрисосудистом пространстве, без удаления биологически значимых В-клеток, прилипших к микрососудистому эндотелию. Более того, основываясь на предыдущих протоколах, которые описывали использование внутривенного введения антител для различения внутрисосудистых и интерстициальных иммунных клеток32, и используя тот факт, что В-клетки экспрессируют поверхностный маркер B22033, мы демонстрируем, как различать внутрисосудистые и внесосудистые В-клетки миокарда посредством внутрисосудистой инъекции B220-специфического антитела непосредственно перед жертвоприношением животных и сердечной перфузией. Этот протокол актуален для исследований любого ученого, заинтересованного во включении анализа В-клеток миокарда в наивное и травмированное сердце. Широкое внедрение этого протокола уменьшит несоответствия между исследовательскими группами, позволит анализировать изменения во внутрисосудистых и внесосудистых пулах В-клеток миокарда и, таким образом, будет способствовать продвижению открытий в области иммунологии сердца.

Таким образом, протокол представляет собой оптимизированный рабочий процесс для количественной оценки и анализа В-клеток миокарда с помощью проточной цитометрии и в то же время различения клеток, расположенных во внесосудистом пространстве и внутрисосудистом пространстве.

Protocol

Все эксперименты, описанные в этой рукописи, были выполнены с одобрения IACUC в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса. 1. Препараты Подготовьте буфер FACS, как описано в таблице 1. Убедитесь, что есть достаточно CO2 для усыпления животн…

Representative Results

После завершения сбора и сбора всех событий данные должны быть проанализированы в соответствии со стандартной практикой проточной цитометрии. Фокус анализа будет варьироваться в зависимости от индивидуальной цели каждого эксперимента. В этом случае проводилась количественная оценк…

Discussion

Растущее количество доказательств указывает на то, что В-клетки играют важную роль в контексте физиологии миокарда и ремоделирования миокарда / адаптации к травме 7,8,9,10,11,12,13,36.

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Это исследование финансировалось грантами NHLBI 5K08HLO145108-03 и 1R01HL160716-01, присужденными Луиджи Адамо.

Проточный цитометр Aurora, используемый для разработки этого исследования, финансировался грантом NIH S10OD026859. Мы признаем поддержку ядра проточной цитометрии JHU Ross.

Materials

Alexa Fluor 700 anti-mouse/human CD11b Antibody 101222 BioLegend 100 µg 200 µL
(CellTreat 29481) Cell Strainer, 40 µm, Blue QBIAP303 Southern Labware
0.5 mL Natural Microcentrifuge Tube 1605-0000 SealRite, USA Scientific
0.9% Sodium Chloride Injection, USP 114-055-101 Quality Biological 0.90%
1.5 mL Natural Microcentrifuge Tube 1615-5500 SealRite, USA Scientific
10 µL Graduated TipOne Filter Tips 11213810 USA Scientific
1000 µL Graduated TipOne Filter Tips 11267810 USA Scientific
15 mL Centrifuge Tube, Plug Seal Cap, Polypropylene, RNase-/DNase-free 430052 Corning
1-Way Stop Valve, Polycarbonate SVPT951 ECT Manufacturing
2,2,2-Tribromoethanol T48402 Sigma-Aldrich
200 µL Graduated TipOne Filter Tips 11208810 USA Scientific
3-Way Stop Valve, Polycarbonate SVPT953 ECT Manufacturing
5 mL Polystyrene Round-Bottom Tube, 12 x 75 mm style 352054 Falcon, a Corning Brand
50 mL Centrifuge Tube, Plug Seal Cap, Polypropylene, RNase-/DNase-free 430290 Corning
ACK (Ammonium-Chloride-Potassium) Lysing Buffer 118-156-101 Quality Biological Osmolality: 290 + or -5% mOsm/Kg H20
Adapter 4x50ml, for 250 mL rectangular bucket in Rotor A-4-63 5810759005 Eppendorf
Adapter for 15 mL Centrifuge Tubes, 9 Tubes per Adapter, Conical Bottom for use with Rotor Model A-4-62 22638289 Eppendorf
Adapter for 15 round-bottom tubes 2.6 – 7 mL, for 250 mL rectangular bucket in Rotor A-4-62 22638246 Eppendorf
Aluminum Foil 12 in x 75' Roll .0007 UPC 109153 Reynolds Wrap
Anesthesia Induction Chamber – Mouse RWD-AICMV-100 Conduct Science
BD Luer Slip Tip Syringe with attached needle 25 G x 5/8 in., sterile, single use, 1 mL 309626 BD Becton, Dickinson and Company
Brandzig Ultra-Fine Insulin Syringes 29G 1cc 1/2" 100-Pack CMD 2613 Brandzig
Brilliant Violet 421 anti-mouse CD19 Antibody 115537 BioLegend 50 µg/mL
CAPS for Flow Tubes w/strainer mesh 35 µm, Dual position for 12 x 75 mm tubes, sterile T9009 Southern Labware
Carbon Dioxide USP E CGA 940  CD USPE AirGas USA
Cole-Parmer Essentials Low-Form Beaker, Glass, 500 mL UX-34502-46 Cole-Parmer
Collagenase 2 LS004176 Sigma-Aldrich
Connector brass chrome plated 1/4" female NPT x 1/4" barb Y992611-AG AirGas USA
Cytek Aurora Flow Cytometer Cytek Biosciences
Diss 1080 Nipple 1/4 BARB CP M-08-12 AirGas USA
DNase I – 40,000 U D4527 Sigma-Aldrich
Easypet 3 – Electronic Pipette Controller 4430000018 Eppendorf
Electronic Balance, AX223/E 30100606 Ohaus Corp.
Eppendorf 5810R centrifuge 5810R Eppendorf
Eppendorf Research plus 1-channel variable pipettes Eppendorf
FlowJo 10.8.1 BD Becton, Dickinson and Company
GLACIERbrand, triple density Ice Pan (IPAN-3100) Z740287 Heathrow Scientific
HBSS (1x) – Ca2+ [+] Mg2+ [+] 14025076 gibco 1x
Hyaluronidase H3506 Sigma-Aldrich
Kelly Hemostats, Straight 13018-14 Fine Science Tools
Luer Slip Syringe sterile, single use, 20 mL 302831 BD Becton, Dickinson and Company
M1 Adj. Reg 0-100 PSI/CGA940 M1-940-PG AirGas USA
McKesson Underpads, Moderate 4033-CS150 McKesson
Navigator Multi-Purpose Portable Balance NV2201 Ohaus Corp.
PBS pH 7.4 (1X) Ca2+ [-] Mg2+ [-] 10010023 gibco 1x
PE anti-mouse/human CD45R/B220 Antibody 103208 BioLegend 200 µg/mL
PerCP/Cyanine5.5 anti-mouse CD45 Antibody 103132 BioLegend 100 µg 500 uL
Petri dish, Stackable 35 mm x 10 mm Sterile Polystyrene FB0875711YZ Fisher Scientific
Pkgd: Diss 1080 Nut/CO2/CO2-02 M08-1 AirGas USA
Powerful 6 Watt LED Dual Goose-Neck Illuminator LED-6W AmScope
PrecisionGlide Needle 25 G x 5/8 (0.5 mm x 16 mm) 305122 BD Becton, Dickinson and Company
Purified Rat Anti-Mouse CD16/CD32 (Mouse BD Fc Block) Clone 2.4G2 (RUO) 553141 BD Becton, Dickinson and Company Biosciences 0.5 mg/mL
R 4.1.1 The R Foundation
Razor Blades 9501250000 Accutec Blades Inc
Regulator analytical two stage 0-25 psi delivery CGA320 3500 psi inlet Y12244A320-AG AirGas USA
Rotor A-4-62, incl. 4 x 250 mL rectangular buckets Rotor A-4-62 Eppendorf
Serological pipette, plugged, 10 mL, sterile, non-pyrogenic/endotoxin-free, non-cytotoxic, 1 piece(s)/blister 86.1254.001 Sarstedt AG & Co KG
Sigma label tape L8394 Sigma-Aldrich
SpectroFlo 3.0.0 Cytek Biosciences
Spex VapLock Luer Fitting, PP, Straight, Male Luer Lock x 1/8" Hose Barb; 1/EA MTLL230-6005 Spex
Std Wall Lab Tubing, Size S2, Excelon, 1/8" ID x 3/16" OD x 1/32" Wall x 50' Long CG-730-003 Excelon Laboratory
Syringe PP/PE without needle, 3 mL Z683566 Millipore Sigma
Syringe pump 55-1199 (95-240) Harvard Apparatus
Thomas 3-Channel Alarm Timer TM10500 9371W13 Thomas Scientific
Tube Rack, 12 positions, 6 for 5.0 mL and 15 mL tubes and 6 for 25 mL and 50 mL tubes, polypropylene, numbered positions, autoclavable 30119835 Eppendorf
Tube Rack, 12 positions, for 5.0 mL and 15 mL tubes, polypropylene, numbered positions, autoclavable 30119827 Eppendorf
TYGON R-3603 Laboratory Tubing, I.D. × O.D. 1/4 in. × 3/8 in. T8913 (Millipore Sigma) Tygon, Saint-Gobain
Vortex-Genie 2 SI-0236 Scientific Industries, Inc.
VWR Dissecting Forceps with Guide Pin with Curved Tips 89259-946 Avantor, by VWR
VWR Dissecting Scissors, Sharp Tip, 4½" 82027-578 Avantor, by VWR
VWR Incubating Orbital Shaker, Model 3500I 12620-946 Avantor, by VWR
Zombie Aqua Fixable Viability Kit 423102 BioLegend

Referenzen

  1. Adamo, L., Rocha-Resende, C., Mann, D. L. The emerging role of B lymphocytes in cardiovascular disease. Annual Review of Immunology. 38, 99-121 (2020).
  2. Gowans, J. L., Knight, E. J. The route of re-circulation of lymphocytes in the rat. Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences. 159 (975), 257-282 (1964).
  3. Kunkel, E. J., Butcher, E. C. Chemokines and the tissue-specific migration of lymphocytes. Immunity. 16 (1), 1-4 (2002).
  4. Tanaka, T., et al. Molecular determinants controlling homeostatic recirculation and tissue-specific trafficking of lymphocytes. International Archives of Allergy and Immunology. 134 (2), 120-134 (2004).
  5. Rocha-Resende, C., et al. Developmental changes in myocardial B cells mirror changes in B cells associated with different organs. JCI Insight. 5 (16), (2020).
  6. Adamo, L., et al. Myocardial B cells are a subset of circulating lymphocytes with delayed transit through the heart. JCI Insight. 5 (3), 139377 (2020).
  7. Adamo, L., et al. Modulation of subsets of cardiac B lymphocytes improves cardiac function after acute injury. JCI Insight. 3 (11), (2018).
  8. Rocha-Resende, C., Pani, F., Adamo, L. B cells modulate the expression of MHC-II on cardiac CCR2(-) macrophages. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 157, 98-103 (2021).
  9. Zouggari, Y., et al. B lymphocytes trigger monocyte mobilization and impair heart function after acute myocardial infarction. Nature Medicine. 19 (10), 1273-1280 (2013).
  10. Wu, L., et al. IL-10-producing B cells are enriched in murine pericardial adipose tissues and ameliorate the outcome of acute myocardial infarction. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (43), 21673-21684 (2019).
  11. Heinrichs, M., et al. The healing myocardium mobilizes a distinct B-cell subset through a CXCL13-CXCR5-dependent mechanism. Cardiovascular Research. 117 (13), 2664-2676 (2021).
  12. Sun, Y., et al. Splenic marginal zone B lymphocytes regulate cardiac remodeling after acute myocardial infarction in mice. Journal of the American College of Cardiology. 79 (7), 632-647 (2022).
  13. Yan, X., et al. Temporal dynamics of cardiac immune cell accumulation following acute myocardial infarction. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 62, 24-35 (2013).
  14. Iwata, M., et al. Autoimmunity against the second extracellular loop of beta(1)-adrenergic receptors induces beta-adrenergic receptor desensitization and myocardial hypertrophy in vivo. Circulation Research. 88 (1), 578-586 (2001).
  15. Jahns, R., et al. Direct evidence for a beta 1-adrenergic receptor-directed autoimmune attack as a cause of idiopathic dilated cardiomyopathy. The Journal of Clinical Investigation. 113 (10), 1419-1429 (2004).
  16. Christ, T., et al. Autoantibodies against the beta1 adrenoceptor from patients with dilated cardiomyopathy prolong action potential duration and enhance contractility in isolated cardiomyocytes. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 33 (8), 1515-1525 (2001).
  17. Jane-wit, D., et al. Adrenergic receptor autoantibodies mediate dilated cardiomyopathy by agonistically inducing cardiomyocyte apoptosis. Circulation. 116 (4), 399-410 (2007).
  18. Ludwig, R. J., et al. Mechanisms of autoantibody-induced pathology. Frontiers in Immunology. 8, 603 (2017).
  19. Haudek, S. B., et al. Fc receptor engagement mediates differentiation of cardiac fibroblast precursor cells. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (29), 10179-10184 (2008).
  20. Staudt, A., Eichler, P., Trimpert, C., Felix, S. B., Greinacher, A. Fc(gamma) receptors IIa on cardiomyocytes and their potential functional relevance in dilated cardiomyopathy. Journal of the American College of Cardiology. 49 (16), 1684-1692 (2007).
  21. Zhang, M., et al. The role of natural IgM in myocardial ischemia-reperfusion injury. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 41 (1), 62-67 (2006).
  22. Zhang, M., et al. Identification of a specific self-reactive IgM antibody that initiates intestinal ischemia/reperfusion injury. Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (11), 3886-3891 (2004).
  23. Schulze, K., Becker, B. F., Schauer, R., Schultheiss, H. P. Antibodies to ADP-ATP carrier–an autoantigen in myocarditis and dilated cardiomyopathy–impair cardiac function. Circulation. 81 (3), 959-969 (1990).
  24. Matsumoto, Y., Park, I. K., Kohyama, K. B-cell epitope spreading is a critical step for the switch from C-protein-induced myocarditis to dilated cardiomyopathy. The American Journal of Pathology. 170 (1), 43-51 (2007).
  25. Caforio, A. L. P., et al. Current state of knowledge on aetiology, diagnosis, management, and therapy of myocarditis: a position statement of the European Society of Cardiology Working Group on Myocardial and Pericardial Diseases. European Heart Journal. 34 (33), 2636-2648 (2013).
  26. Pinto, A. R., et al. Revisiting cardiac cellular composition. Circulation Research. 118 (3), 400-409 (2016).
  27. Yu, Y. R., et al. A protocol for the comprehensive flow cytometric analysis of immune cells in normal and inflamed murine non-lymphoid tissues. PLoS One. 11 (3), 0150606 (2016).
  28. Epelman, S., et al. Embryonic and adult-derived resident cardiac macrophages are maintained through distinct mechanisms at steady state and during inflammation. Immunity. 40 (1), 91-104 (2014).
  29. Horckmans, M., et al. Pericardial adipose tissue regulates granulopoiesis, fibrosis and cardiac function after myocardial infarction. Circulation. 137 (9), 948-960 (2017).
  30. Lavine, K. J., et al. Distinct macrophage lineages contribute to disparate patterns of cardiac recovery and remodeling in the neonatal and adult heart. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (45), 16029-16034 (2014).
  31. Bajpai, G., Lavine, K. J. Isolation of macrophage subsets and stromal cells from human and mouse myocardial specimens. Journal of Visualized Experiments. (154), e60015 (2019).
  32. Anderson, K. G., et al. Intravascular staining for discrimination of vascular and tissue leukocytes. Nature Protocols. 9 (1), 209-222 (2014).
  33. Coffman, R. L., Weissman, I. L. B220: a B cell-specific member of th T200 glycoprotein family. Nature. 289 (5799), 681-683 (1981).
  34. Montecino-Rodriguez, E., Dorshkind, K. B-1 B cell development in the fetus and adult. Immunity. 36 (1), 13-21 (2012).
  35. Bermea, K., Bhalodia, A., Huff, A., Rousseau, S., Adamo, L. The role of B cells in cardiomyopathy and heart failure. Current Cardiology Reports. , 01722-01724 (2022).
  36. Zhao, T. X., et al. Rituximab in patients with acute ST-elevation myocardial infarction: an experimental medicine safety study. Cardiovascular Research. 118 (3), 872-882 (2022).
  37. Kushnir, N., et al. B2 but not B1 cells can contribute to CD4+ T-cell-mediated clearance of rotavirus in SCID mice. Journal of Virology. 75 (12), 5482-5490 (2001).

Play Video

Diesen Artikel zitieren
Bermea, K. C., Rousseau, S. T., Adamo, L. Flow Cytometry-Based Quantification and Analysis of Myocardial B-Cells. J. Vis. Exp. (186), e64344, doi:10.3791/64344 (2022).

View Video