安定したヒト様腸内微生物叢とヒト免疫系を特徴とする二重ヒト化BLTマウスモデル
Summary
機能的なヒト免疫系と安定なヒト様腸内微生物叢を特徴とする二重ヒト化BLTマウスを生成する新しい方法について述べた。このプロトコルは、無菌マウスまたはグノトバイオティック施設を必要とせずに従うことができる。
Abstract
機能的なヒト免疫系を特徴とするヒト化マウス(hu-mice)は、ヒト病原体および疾患の研究を根本的に変えた。彼らは、人間や他の動物モデルで研究することが困難または不可能である疾患をモデル化するために使用することができます。腸内微生物叢は、人間の健康と病気に深刻な影響を与えることができます。しかし、マウス腸の微生物叢は、ヒトに見られるものとは非常に異なっています。 ヒト腸内微生物叢を生着させた改良された前臨床hu-マウスモデルの必要性がある。そこで、ヒト免疫系と安定したヒト様腸内微生物叢の両方を特徴とする二重hu-マウスを作成しました。うなずく。Cg-PrkdcscidIl2rgtm1Wjl/SzJ(NSG)マウスは、免疫不全の高レベルによるヒト化のための最良の動物の一つです。しかしながら、無菌NSGマウス、および他の種々の重要な無菌マウスモデルは、現在市販されていない。さらに、多くの研究設定は、グノトバイオティクス施設へのアクセスを持っていない、とグノトバイオティクス条件下で作業すると、多くの場合、高価で時間がかかることができます。重要なことに、無菌マウスは、微生物の生着後も存在するいくつかの免疫不全を有する。そこで、無菌動物やグノトバイオティクス施設を必要としないプロトコルを開発しました。二重hu-マウスを生成するために、NSGマウスは、骨髄、肝臓、胸腺ヒト化(hu-BLT)マウスを作成するために手術前に放射線で治療した。その後、マウスを広範囲の抗生物質で治療し、既存のマウス腸内微生物叢を枯渇させた。抗生物質治療の後、マウスは、経口ガビジを介して健康なヒトドナーサンプルを用いた胎児移植を与えられた。二重hu-BLTマウスは、移植された個々のヒトドナーサンプルに基づいてユニークな16S rRNA遺伝子プロファイルを有した。重要なことに、移植されたヒト様マイクロバイオームは、移植後14.5週間までの研究期間中、二重hu-BLTマウスにおいて安定であった。
Introduction
ヒト化マウス(hu-mice)は、ヘマトポイシス、免疫、癌、自己免疫疾患、感染症1、2、3、4を含むヒトの健康および疾患の多くの側面の研究を変えた ,5,6,7,8,9.これらのhu-マウスは、機能的なヒト免疫系を有し、ヒト特異的病原体に感染することができるというという利点を他のマウスモデルに比べて明確に有する。それにもかかわらず、腸内微生物叢の重要性は、肥満、メタボリックシンドローム、炎症性疾患、および癌10、11、12、および癌のような多くのヒト疾患におけるその役割によって実証されている。 13.粘膜免疫系と腸内微生物叢は、腸および全身恒常性を維持するために相互に調節される。免疫系は腸内微生物叢によって提示される抗原によって形成され、相互に免疫系は、同時腸内細菌を促進し、病原体を排除する上で重要な調節的役割を果たしている14,15,16.しかし、hu-マウスの腸内微生物叢は十分に特徴付けされておらず、マウス腸内微生物叢はヒト17と組成および機能において実質的に異なる。これは、マウスとヒト腸の間の進化的、生理学的、および解剖学的な違い、ならびに食事などの他の重要な要因によるもので、これはhu-mice疾患モデル18の実験結果に影響を与える可能性がある。そこで、マウスのマウスのマウス腸微生物叢の分類を超えて、ヒト免疫系とヒト腸内微生物叢の両方を特徴とする動物モデルが、生体内におけるヒト疾患の複雑な相互作用を研究するために必要とされる。
ヒトの被験者における直接のヒト疾患の研究は、多くの場合、非現実的または非倫理的である。多くの動物モデルは、ヒト免疫不全ウイルス1型(HIV-1)のようなヒト病原体の研究に使用できない。非ヒト霊長類モデルは遺伝的に繁殖し、非常に高価であり、多くのヒト病原体の影響を受けにくい。生殖細胞フリー(GF)として誘導され、ヒト様腸内微生物叢で再構成されたマウスは、ヒトの健康および疾患を研究するために広く使用されている19,20。しかし、これらの動物は人間の免疫システムを持っていないし、GF動物と協力するには、専門的な施設、手順、および専門知識が必要です。したがって、腸内微生物叢とヒト免疫系の複雑な関係を研究するために、改善された前臨床モデルが必要である。NODなどのマウスの多くの株。Cg-PrkdcsdIl2rgtm1Wjl/SzJ (NSG)は、GFとして市販されていない。GF動物はまた、微生物21の生着によって完全に逆転しない長期的な免疫欠乏に苦しむことがある。そこで、特定病原体フリー(SPF)条件下で、機能的なヒト免疫系と安定したヒト様腸内微生物叢の両方を特徴とする二重hu-miceを作成した。二重hu-マウスを生成するために、NSGマウスに対して骨髄、肝臓、胸腺ヒト化マウス(hu-BLT)を作成する手術を行った。その後、hu-BLTマウスを広範囲の抗生物質で治療し、健康なヒトドナーサンプルで胎児移植を行った。45匹の二重hu-BLTマウスと4つのヒトfecalドナーサンプルから173のfecalサンプルの細菌性腸内微生物叢を特徴付けた。二重hu-BLTマウスは、移植される個々のヒトドナーサンプルに基づいてユニークな16S rRNA遺伝子プロファイルを有する。重要なことに、移植されたヒト様マイクロバイオームは、移植後14.5週間までの研究期間中、マウスにおいて安定であった。さらに、予測されたメタゲノムは、二重hu-BLTマウスがヒトドナーサンプルに類似したhu-マウスとは異なる予測機能能を有することを示した。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここで説明するプロトコルは、機能的なヒト免疫系と安定したヒト様腸内微生物叢の両方を特徴とする二重hu-BLTマウスの作成用である。このプロトコルは、GF動物およびグノトバイオティック施設を必要とせずに、他のヒト化または非ヒト化マウスモデルに適合させることができる。ここで説明する方法は比較的単純ですが、二重hu-BLTマウスの作成を成功させるには重要な重要な詳細がいく?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ヤンミン・ワン、グオビン・カン、パラビ・クンドゥがBLTヒト化マウスの生成に協力してくれたことに感謝します。機能ゲノミクスNE-INBRE P20GM103427-14、神経感覚システムCoBRE P30GM110768、フレッド&パメラの機能ゲノミクスネットワークから部分的な支援を受けているUNMCゲノミクスコアファシリティを確認します。バフェット癌センター – P30CA036727、根と根根バイオメイノベーションセンター(CRRI)36-5150-2085-20、およびネブラスカ研究イニシアチブ。ネブラスカ大学リンカーン生命科学別館とスタッフの支援に感謝します。この研究は、国立衛生研究所(NIH)助成金R01AI124804、R21AI122377-01、P30 MH062261-16A1神経エイズ(CHAIN)センターにおける慢性HIV感染と老化、1R01AI111862からQ Liに一部支持されています。 資金提供者は、研究の設計、データ収集と分析、原稿の準備、または出版のための決定に役割を持ちはありませんでした。
Materials
| Animal Feeding Needles 18G | Cadence Science | 9928B | |
| Clidox-s Activator | Pharmacal Research Laboratories | 95120F | |
| Clidox-s Base | Pharmacal Research Laboratories | 96125F | |
| DGM 108 cage rack | Techniplast | ||
| Flat Brown Grocery Bag 3-5/8"D x 6"W x 11-1/16"L | Grainger | 12R063 | |
| FMT Upper Delivery Microbiota Preparations | OpenBiome | FMP30 | |
| Grape Kool-Aid | Kraft Foods Inc. | ||
| hCD19-PE/Cy5 | Biolegend | 302209 | |
| hCD3-PE | Biolegend | 300408 | |
| hCD4-Alexa 700 | Biolegend | 300526 | |
| hCD45-FITC | Biolegend | 304006 | |
| hCD8-APC/Cy7 | Biolegend | 301016 | |
| Lactate Buffered Ringer's Solution | Boston BioProducts Inc | PY-906-500 | |
| mCD45-APC | Biolegend | 103111 | |
| Microvette 100 K3E | Microvette | 20.1278.100 | |
| Neosporin First Aid Antibiotic/Pain Relieving Ointment | Neosporin | ||
| NSG mice (NOD.Cg-PrkdcscidIl2rgtm1Wjl/SzJ) | The Jackson Laboratory | 005557 | |
| PrecisionGlide 25 G Needle | BD | 305127 | |
| RS200 X-ray irradiator | RAD Source Technologies | ||
| Sealsafe Plus GM500 microisolator cages | Techniplast | ||
| Sterile Non-woven Gauze | Fisherbrand | 22-028-558 | |
| Teklad global 16% protein irradiated mouse chow | Teklad | 2916 |
Referencias
- Simpson-Abelson, M. R., et al. Long-term engraftment and expansion of tumor-derived memory T cells following the implantation of non-disrupted pieces of human lung tumor into NOD-scid IL2R gamma(null) mice. Journal of Immunology. 180 (10), 7009-7018 (2008).
- Bankert, R. B., et al. Humanized Mouse Model of Ovarian Cancer Recapitulates Patient Solid Tumor Progression, Ascites Formation, and Metastasis. PLoS One. 6 (9), (2011).
- Vudattu, N. K., et al. Humanized Mice as a Model for Aberrant Responses in Human T Cell Immunotherapy. Journal of Immunology. 193 (2), 587-596 (2014).
- Whitfield-Larry, F., et al. HLA-A2 Matched Peripheral Blood Mononuclear Cells From Type 1 Diabetic Patients, but Not Nondiabetic Donors, Transfer Insulitis to NOD-scid/gamma c(null)/HLA-A2 Transgenic Mice Concurrent With the Expansion of Islet-Specific CD8(+) T cells. Diabetes. 60 (6), 1726-1733 (2011).
- Yi, G. H., et al. A DNA Vaccine Protects Human Immune Cells against Zika Virus Infection in Humanized Mice. EBioMedicine. 25, 87-94 (2017).
- Stary, G., et al. A mucosal vaccine against Chlamydia trachomatis generates two waves of protective memory T cells. Science. 348 (6241), (2015).
- Sun, Z. F., et al. Intrarectal transmission, systemic infection, and CD4(+) T cell depletion in humanized mice infected with HIV-1. Journal of Experimental Medicine. 204 (4), 705-714 (2007).
- Wang, L. X., et al. Humanized-BLT mouse model of Kaposi’s sarcoma-associated herpesvirus infection. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (8), 3146-3151 (2014).
- Ernst, W. Humanized mice in infectious diseases. Comparative Immunology Microbiology and Infectious Diseases. 49, 29-38 (2016).
- Turnbaugh, P. J., et al. An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest. Nature. 444 (7122), 1027-1031 (2006).
- Gopalakrishnan, V., et al. Gut microbiome modulates response to anti-PD-1 immunotherapy in melanoma patients. Science. 359 (6371), 97-103 (2018).
- Routy, B., et al. Gut microbiome influences efficacy of PD-1-based immunotherapy against epithelial tumors. Science. 359 (6371), (2018).
- Clemente, J. C., Manasson, J., Scher, J. U. The role of the gut microbiome in systemic inflammatory disease. Bmj-British Medical Journal. 360, (2018).
- Kau, A. L., Ahern, P. P., Griffin, N. W., Goodman, A. L., Gordon, J. I. Human nutrition, the gut microbiome and the immune system. Nature. 474 (7351), 327-336 (2011).
- Hooper, L. V., Littman, D. R., Macpherson, A. J. Interactions Between the Microbiota and the Immune System. Science. 336 (6086), 1268-1273 (2012).
- Maynard, C. L., Elson, C. O., Hatton, R. D., Weaver, C. T. Reciprocal interactions of the intestinal microbiota and immune system. Nature. 489 (7415), 231-241 (2012).
- Xiao, L., et al. A catalog of the mouse gut metagenome. Nature Biotechnology. 33 (10), 1103 (2015).
- Nguyen, T. L. A., Vieira-Silva, S., Liston, A., Raes, J. How informative is the mouse for human gut microbiota research. Disease Models & Mechanisms. 8 (1), 1-16 (2015).
- Turnbaugh, P. J., et al. The Effect of Diet on the Human Gut Microbiome: A Metagenomic Analysis in Humanized Gnotobiotic Mice. Science Translational Medicine. 1 (6), (2009).
- Hazenberg, M. P., Bakker, M., Verschoor-Burggraaf, A. Effects of the human intestinal flora on germ-free mice. Journal of Applied Bacteriology. 50 (1), 95-106 (1981).
- Hansen, C. H. F., et al. Patterns of Early Gut Colonization Shape Future Immune Responses of the Host. PLoS One. 7 (3), (2012).
- Lan, P., Tonomura, N., Shimizu, A., Wang, S. M., Yang, Y. G. Reconstitution of a functional human immune system in immunodeficient mice through combined human fetal thymus/liver and CD34(+) cell transplantation. Blood. 108 (2), 487-492 (2006).
- Li, Q. S., et al. Early Initiation of Antiretroviral Therapy Can Functionally Control Productive HIV-1 Infection in Humanized-BLT Mice. Jaids-Journal of Acquired Immune Deficiency Syndromes. 69 (5), 519-527 (2015).
- Brainard, D. M., et al. Induction of Robust Cellular and Humoral Virus-Specific Adaptive Immune Responses in Human Immunodeficiency Virus-Infected Humanized BLT Mice. Journal of Virology. 83 (14), 7305-7321 (2009).
- Greenblatt, M. B., et al. Graft versus Host Disease in the Bone Marrow, Liver and Thymus Humanized Mouse Model. PLoS One. 7 (9), (2012).
- Hintze, K. J., et al. Broad scope method for creating humanized animal models for animal health and disease research through antibiotic treatment and human fecal transfer. Gut Microbes. 5 (2), 183-191 (2014).
- Ericsson, A. C., Personett, A. R., Turner, G., Dorfmeyer, R. A., Franklin, C. L. Variable Colonization after Reciprocal Fecal Microbiota Transfer between Mice with Low and High Richness Microbiota. Frontiers in Microbiology. 8, 1-13 (2017).
- Ellekilde, M., et al. Transfer of gut microbiota from lean and obese mice to antibiotic-treated mice. Scientific Reports. 4, (2014).
- Staley, C., et al. Stable engraftment of human microbiota into mice with a single oral gavage following antibiotic conditioning. Microbiome. 5, (2017).
- Zhou, W., Chow, K. H., Fleming, E., Oh, J. Selective colonization ability of human fecal microbes in different mouse gut environments. ISME J. , (2018).
- Lundberg, R., Toft, M. F., August, B., Hansen, A. K., Hansen, C. H. F. Antibiotic-treated versus germ-free rodents for microbiota transplantation studies. Gut Microbes. 7 (1), 68-74 (2016).
- Wos-Oxley, M., et al. Comparative evaluation of establishing a human gut microbial community within rodent models. Gut Microbes. 3 (3), 234-249 (2012).
