Dieses Protokoll beschreibt die Generation der gemischten murinen Knochenmark Chimären mit spontanen autoimmune germinal Zentren, in denen, die autoreaktive Lymphozyten Photoactivatable grün fluoreszierendes Protein (PA-GFP) Reporter tragen. Dies bietet die Möglichkeit, zelluläre Lage in Geweben mit nachgeschalteten molekulare und funktionelle Analysen zu verknüpfen.
Autoimmune-Erkrankungen stellen eine erhebliche gesundheitliche Belastung. Grundlegende Fragen über die Entstehung und Progression von Autoimmun-Krankheit bleiben unbeantwortet. Eine Voraussetzung für Fortschritte im Verständnis der zugrundeliegenden Krankheitsmechanismen und zelluläre Dynamik ist die präzise Kopplung der microanatomical Position der Zelle Teilmengen mit nachgeschalteten molekulare oder funktionelle Analysen; ein Ziel, das seit jeher schwer zu erreichen. Die Entwicklung von stabilen Photoactivatable biologische Fluorophore und deren Integration in Reporter Stämme hat vor kurzem präzise microanatomical Kennzeichnung und Nachverfolgung von zellulären Teilmengen in murinen Modellen ermöglicht. Hier beschreiben wir wie autoreaktive Lymphozyten aus einzelnen germinal Center analysieren kann helfen, neuartige Einblicke in Autoimmunität, mit der Kombination von einem Roman chimärer Modell von Autoimmunität mit einem Photoactivatable-Reporter als Vorbild . Wir zeigen, dass ein Verfahren zur Erzeugung von Chimären mit spontanen autoreaktiven germinal Center bevölkert von Lymphozyten tragen einen Photoactivatable grün fluoreszierendes Protein Reporter gemischt. Mit in-vivo-Kennzeichnung-Strategien, können einzelne germinal Center in explantierten lymphatischen Geweben und ihre zellulären Bestandteile photoaktiviert durch zwei-Photonen-Mikroskopie visualisiert werden. Photoaktiviert Lymphozyten aus einzelnen germinal Zentren können dann analysiert werden oder Fluss Cytometrically, sortiert, als Einzelzellen oder in loser Schüttung und zusätzliche nachgeschaltete molekulare und funktionelle Analyse unterworfen werden können. Dieser Ansatz kann direkt angewendet werden, um neue Erkenntnisse auf dem Gebiet der Autoimmunität zu bieten, aber das Verfahren zur Erzeugung von Knochenmark Chimären und das Photoaktivierungen-Verfahren kann zusätzlich finden breite Anwendung in den Studien von Infektionskrankheiten und Tumor Metastasen.
Die Inzidenz von Autoimmun-Krankheit ist in den letzten Jahrzehnten, besonders in den westlichen Gesellschaften schnell gestiegen. Heute, Autoimmunerkrankung Reihen Dritter auf der Liste der häufigsten Ursachen für Morbidität und Mortalität in der westlichen Welt1. Grundlegende Fragen über die Entstehung und Progression von Autoimmun-Krankheit bleiben unbeantwortet. Eine Voraussetzung für Fortschritte im Verständnis der zugrundeliegenden Krankheitsmechanismen und zelluläre Dynamik ist die präzise Kopplung der microanatomical Position der Zelle Teilmengen mit nachgeschalteten molekulare oder funktionelle Analysen. In den letzten zehn Jahren hat die Entwicklung einer Reihe von stabilen Photoconvertible, Photoactivatable oder photoschaltbare biologische Fluorophore und deren Integration in Reporter Stämme die präzise microanatomical Kennzeichnung und Nachverfolgung von Mobilfunk ermöglicht. Teilmengen in murinen Modellen.
Kaede, eine Photoconvertible fluoreszierendes Protein aus einem Stony Coral erfährt irreversible Ladungszustand aus grün fluoreszieren, rote Fluoreszenz bei Kontakt mit violetten oder ultraviolettes Licht2. Zunächst eingesetzt, um das dynamische Verhalten der einzelnen Zellen bei der Entwicklung von organotypischen Gehirn Scheiben3folgen, war Generation eine Kaede Knock-in Maus anschließend erlaubte in-vivo-zelluläre Bewegung verfolgen und das System auf Analysen von angewendet. Immunzelle Migration nach und von Lymphknoten4. Dieser Ansatz wurde anschließend verfeinert mit einer zweiten Generation Reporter-5. Ein ähnlicher Reporter ist Dendra6, die vor kurzem verwendet wurde, um die Lymphknoten-Metastasen in Vivo7zu verfolgen.
Das erste Photoactivatable Protein entwickelt wurde ein grün fluoreszierendes Protein (GFP) entwickelt, mit einer einzigen Punktmutation (T203H), was zu einer sehr niedrigen Absorption in den Wellenlängenbereich von 450 bis 550 nm8. Nach Photoaktivierungen durch UV-Licht, schaltet diese Photoactivatable grün fluoreszierendes Protein (PA-GFP) die maximale Absorption von ~ 400 bis ~ 500 nm, was eine ungefähre 100-fold Intensität zu erhöhen, wenn Sie gereizt mit einer Wellenlänge von 488 nm. Die Generierung von transgenen Mäusen in denen alle blutbildende Zellen PA-GFP Ausdrücken zulässig zum ersten Mal, fundierte Analysen von B-Zell-Auswahl in anatomisch definierten hellen und dunklen Zonen der germinal Center9.
Während Photoaktivierungen eine irreversible Umwandlung von einem nicht-fluoreszierenden Zustand in einen fluoreszierenden Zustand ist und Ladungszustand ein One-Way-Übergang von einer Wellenlänge zur anderen ist, sind photoschaltbare Proteine in der Lage, shuttle zwischen beide Bedingungen10 . Dieser letztere Eigenschaft wurde vor kurzem genutzt, um optische Kontrolle des Protein Aktivität11Ingenieur.
Mit Hilfe der PA-GFP-Reporters, gekennzeichnet wir vor kurzem die B-Zell-Repertoires an einzelne germinal Center in einem neuartigen Modell der spontanen Lupus-ähnlichen Autoimmunität12. Dieses Modell basiert auf gemischten Chimären mit 1 Teil Knochenmark beherbergen ein autoreaktiven B-Zell-Rezeptor Knock-in mit Spezifität für Ribonuclear-Protein-komplexe (564Igi13,14) kombiniert mit 2 Teile des Knochenmarks von jedem gewünschten Spender. Bei ca. 6 Wochen Post Rekonstitution sind homöostatische Bedingungen erreicht in welche spontanen, die autoreaktiven germinal Zentren in der Milz und der kutanen Lymphknoten vorhanden sind. Vor allem die germinal Center B-Zell-Population ist fast ausschließlich (~ 95 %) bestehend aus Zellen abgeleitet aus dem nicht-564Igi-Fach, und diese Wild-Typ abgeleitet B-Zellen sind autoreaktive geworden. Daher kann das Modell ein “Plug & Play”-Konzept für Analysen der autoreaktiven germinal Center B-Zellen mit verschiedenen transgene, Durchbrüche und Reporter. Hier beschreiben wir das Verfahren für die Erzeugung von gemischten Chimären mit spontanen autoreaktiven germinal Zentren von Lymphozyten mit der PA-GFP-Reporter bevölkert. Mit in-vivo-Kennzeichnung-Strategien, können einzelne germinal Zentren in explantierten lymphatischen Geweben und ihre zellulären Bestandteile photoaktiviert mit einem zwei-Photonen-Mikroskop visualisiert werden. Photoaktiviert Lymphozyten aus einzelnen germinal Zentren können anschließend durch Durchflusszytometrie analysiert oder Fluorochrom-aktivierte Zelle sortieren (FACS) sortiert und zusätzliche nachgeschaltete molekulare und funktionelle Analysen unterzogen. Autoreaktive Lymphozyten aus einzelnen germinal Center analysieren kann direkt angewendet werden, um neue Erkenntnisse auf dem Gebiet der Autoimmunität zu bieten, aber die Techniken und Ansätze beschrieben können zusätzlich relevante Anwendungen in Studien finden Infektionskrankheiten und Tumor Metastasen.
Gibt es eine große Anzahl von murinen Modellen von Autoimmunität, von denen viele mit spontanen germinal Center16präsentieren. Allerdings hegen viele der verfügbaren Modelle komplexe genetische Hintergründe oder Mutationen in den zentralen Aufsichtsbehörden Lymphozytenproliferation oder Aktivierung, wodurch sie schlecht geeignet, um Kreutzung mit Reporter Linien und Studium der normalen Lymphozyten Verhalten bei Autoimmunität beziehungsweise. Das vorliegende Modell ermöglicht dagegen einen “Plug & Play”-Ansatz für fundierte Analysen von autoreaktiven Wild-Typ abgeleitet germinal Center B Zellen mit jeder gewünschten Kombination von transgene, Durchbrüche und Reporter, im vorliegenden Fall vertreten durch Photoactivatable GFP. Mit in-vivo-Kennzeichnung-Strategien, können einzelne germinal Zentren in explantierten lymphatischen Geweben und ihre zellulären Bestandteile photoaktiviert mit einem zwei-Photonen-Mikroskop visualisiert werden. Photoaktiviert Lymphozyten aus einzelnen germinal Zentren kann dann analysiert oder sortierte Fluß Cytometrically, als Einzelzellen oder in loser Schüttung. Diese Zellen können nachträglich zusätzliche nachgeschaltete molekulare und funktionelle Analysen sollen neue Erkenntnisse auf dem Gebiet der Autoimmunität unterzogen werden.
Es gibt einige wichtige Schritte für eine erfolgreiche Leistung dieses Verfahrens. Wie die repräsentativen Ergebnisse der Bestrahlung (1.100 Rad) und Spender Knochenmark Rekonstitution erfolgreich ersetzen die Empfänger des Knochenmarks Fach nachgeben nahezu vollständigen Chimärismus in der B-Zell-Fach. Dies ist ein wichtiger Punkt, da verbleibende Empfänger abgeleitet B-Zellen eine Teilmenge der Bevölkerung germinal Center “dunkel” machen würde. Unabhängig von der Quelle zur Bestrahlung verwendet hat die Dosis/Timing der Bestrahlung optimiert, um maximale Bolusinjektion Effekt mit minimaler Sicherheiten Gewebeschädigung die Tiere weichen. Für Rekonstitution des Knochen-Crush-Protokolls und der Rekonstitution mit 20 Millionen insgesamt Spenderzellen robust liefern hohe Rekonstitution Grad gefunden. Steril und kalt/auf Eis für die Entnahme von Knochenmark sichert hohe Rentabilität des Spenders Knochenmark. Zur Erreichung der gewünschten Spender Knochenmark Verhältnisse unbedingt großen Sorgfalt walten lassen, wenn Aliquote der Zellen, für die Zählung selbst und beim Herausnehmen der Teilstichprobe des Knochenmarks für die Zählung zu zählen. Mischen und Co Pelletierung der Spender Zucchini statt Zentrifugieren und resuspending separat und dann mischen, dient dazu, jede Neigung im Spender-Verhältnisse nach der Zellzählung zu verhindern.
Die gemischte Knochenmark Chimäre Generation des Protokolls kann alleine stehen, und Generation von Chimären mit autoreaktiven germinal Zentren mit gewünschten Reporter, Transgen oder Knock-out-ermöglicht. Allerdings ist dies eine Einschränkung gewebeverträglichen Spender verwendet werden müssen. Der 564Igi Stamm ist auf C57Bl/6J Congenic Hintergrund, und infolgedessen der anderen Donor(s) und der Empfänger muss einen H-2 b Congenic Hintergrund (oder alternativ die 564Igi Belastung sollte die gewünschte Belastung und der autoimmunen Phänotyp backcrossed werden auf den neuen Hintergrund überprüft). Die Bestrahlung Verfahren neigt zu tolerogene Umwelt17begünstigen und Fehlanpassungen in einige kleinere Histocompatibility Antigene toleriert werden. Dieser Aspekt sollte jedoch gründlich berücksichtigt werden, insbesondere dann, wenn männliche und weibliche Spender oder Empfänger wegen des Potentials für weibliche Reaktivität mit männlich-eingeschränkten Y-Antigene zu mischen.
In ähnlicher Weise der Photoaktivierungen Aspekt des Protokolls kann alleine stehen, und in vielen verschiedenen Zusammenhängen verwendet werden. Die PA-GFP-Reporter ist jedoch derzeit nur verfügbar mit der UBC-Promotor, die in allen Zellen des hämatopoetischen Linie, aber nicht in Stromazellen Zellen aktiv ist. Wie in der Einleitung erwähnt, andere Photoactivatable, photoschaltbare oder Photoconvertible Reporter Stämme stehen zur Verfügung und können für PA-GFP, durch entsprechende Anpassung der experimentellen Bedingungen ersetzt werden.
Es ist wichtig, unbeabsichtigte Photoaktivierungen unerwünschte Bereiche zu vermeiden, durch die Aufrechterhaltung des Lasers deutlich über 900 nm beim abbilden, da dies Wellenlänge nicht Photoactivate PA-GFP. Für die Photoaktivierungen selbst bestimmte Einstellungen, wie z. B. Laser Power und Pixel Verweilzeit, werden die Tiefe in das Gewebe, das spezifische Gewebe verwendet und dem abbildenden System abhängen, und jede Anwendung muss auf die spezielle imaging-System verwendet optimiert werden. Sollte darauf geachtet werden nicht zu lichtbedingten Zellen, aber es ist zugleich wichtig, effiziente Photoaktivierungen in den Stapel zu erhalten, um eine ausreichende Darstellung der aktivierten Zellen für nachgelagerte Analysen zu erhalten. Germinal Center B Zellen bilden in der Regel überall von 0,5 % ~ 2 % der Milz oder kutane B Lymphknotenzellen können, und wie die repräsentativen Ergebnisse (Abbildung 5) entnehmen kann, photoaktiviert einzelnen germinal Center B-Zellen ~ 1 % der gesamten Bevölkerung in einer einzigen Milz Scheibe vorhanden. Erfolgreiche Analyse oder einer erheblichen Anzahl von Zellen sortieren erfordert daher eine große Anzahl von Ereignissen.
The authors have nothing to disclose.
SE Degn ist Mitglied Lundbeckfonden und Carlsberg Foundation Distinguished Fellow. Diese Arbeit wurde teilweise zusätzlich durch einen NNF biomedizinische Grant (SE Degn) unterstützt.
Antibody, 9D11-A568 | In-house generated | 9D11 hybridoma, kindly provided by MC Carroll, labeled with kit: Biotium 92255 | |
Antibody, 9D11-A647 | In-house generated | 9D11 hybridoma, kindly provided by MC Carroll, labeled with kit: Nordic Biosite ABD-1031 | |
Antibody, FITC anti-mouse CD45.1 | Biolegend | 110705 | |
Antibody, Pacific Blue anti-mouse/human GL7 Antigen (T and B cell Activation Marker) | Biolegend | 144613 | |
Antibody, PE anti-mouse CD169 (Siglec-1) | Biolegend | 142403 | |
Antibody, PE/Cy7 anti-mouse CD38 | Biolegend | 102717 | |
Antibody, PerCP/Cy5.5 anti-mouse/human CD45R/B220 | Biolegend | 103235 | |
Capillary tube, Mylar-wrapped, heparinized | Fisher Scientific | 211766 | |
Cell strainer, 70 µm | Falcon | 352350 | |
Conical tubes, 50 mL | Falcon | 352235 | |
Cover slip, square, 22×22 mm, 0.13-0.17 mm | Thermo Fisher Scientific | 22X22-1 | |
EDTA | Merck | 1,084,180,250 | |
Ethanol, 70% | VWR | 8301.360 | |
Fetal bovine serum | Life Technologies | 10270106 | |
Flow cytometer, FACS Canto II | BD Biosciences | 338962 | |
Flow cytometer, LSRFortessa SORP | BD Biosciences | – | Special order product with 4 lasers (405 nm, 488 nm, 561 nm and 640 nm) |
Grease, high vacuum, Dow Corning | VWR | DOWC1597418 | |
Hemocytometer, Burker-Türk | VWR | 630-1544 | |
Isoflurane, IsoFlo vet. | Orion Pharma | 9658 | |
Lymphocyte separation medium (Lympholyte-M Cell Separation Media) | Cedarlane | CL5035 | |
Microcentrifuge tube, 1.5 mL (Eppendorf) | Sarstedt | 72.690.550 | |
Microscope, Two-photon | Prairie Technologies (now Bruker) | – | Special order Ultima In Vivo Two Photon Microscope |
Mortar w. lip, unglazed, 75 ml | VWR | 410-0110 | |
NaHCO3 | Merck | 1063290500 | |
Needle, 18 gauge | BD Medical | 304622 | |
NH4Cl | VWR | 87,769,290 | |
PBS | Sigma | d8537 | |
Pestle homogenizer | VWR | 47747-358 | |
Pestle, unglazed, 175 mm | VWR | 410-0122 | |
Pipette, Serological, 10 ml | VWR | 612-3700 | |
Pipette, transfer, plastic | Sarstedt | 861,172,001 | |
Plastic paraffin film (Parafilm M) | Bemis | PM996 | |
Plate, 96-well | Falcon | 353910 | |
Surgical forceps, Student Dumont #5 Forceps | FST – Fine Science Tools | 91150-20 | |
Surgical forceps, Student Dumont #7 Forceps | FST – Fine Science Tools | 91197-00 | |
Surgical scissors, Student Fine Scissors, Straight | FST – Fine Science Tools | 91460-11 | |
Syringe, 10 mL | Terumo | SS-10ES1 | |
Syringe, 20 mL | Terumo | SS-20ES1 | |
Syringe, 5 mL | Terumo | SS-05S1 | |
Syringe, Insulin, 0.3 cc | BD Medical | 324827 | |
Tribrissen vet. 24% inj., containing 200 mg sulfadiazin and 40 mg trimethoprim/ml | MSD Animal health | 431577 | |
Trypan blue solution, 0.4% | VWR | K940-100ML | |
Viability dye, eBioscience Fixable Viability Dye eFluor 780 | Thermo Fisher Scientific | 65-0865-14 |