Intranasale somministrazione di ricombinante Influenza vaccini nei modelli chimerico topo per studiare immunità delle mucose
Summary
There is an overall lack of knowledge about how vaccines work. Here we propose the combined use of reverse genetics and bone marrow chimeric mice to gain insight into the early host immune responses to vaccines with a special focus on dendritic cells and T cell immunity.
Abstract
Vaccines are one of the greatest achievements of mankind, and have saved millions of lives over the last century. Paradoxically, little is known about the physiological mechanisms that mediate immune responses to vaccines perhaps due to the overall success of vaccination, which has reduced interest into the molecular and physiological mechanisms of vaccine immunity. However, several important human pathogens including influenza virus still pose a challenge for vaccination, and may benefit from immune-based strategies.
Although influenza reverse genetics has been successfully applied to the generation of live-attenuated influenza vaccines (LAIVs), the addition of molecular tools in vaccine preparations such as tracer components to follow up the kinetics of vaccination in vivo, has not been addressed. In addition, the recent generation of mouse models that allow specific depletion of leukocytes during kinetic studies has opened a window of opportunity to understand the basic immune mechanisms underlying vaccine-elicited protection. Here, we describe how the combination of reverse genetics and chimeric mouse models may help to provide new insights into how vaccines work at physiological and molecular levels, using as example a recombinant, cold-adapted, live-attenuated influenza vaccine (LAIV). We utilized laboratory-generated LAIVs harboring cell tracers as well as competitive bone marrow chimeras (BMCs) to determine the early kinetics of vaccine immunity and the main physiological mechanisms responsible for the initiation of vaccine-specific adaptive immunity. In addition, we show how this technique may facilitate gene function studies in single animals during immune responses to vaccines. We propose that this technique can be applied to improve current prophylactic strategies against pathogens for which urgent medical countermeasures are needed, for example influenza, HIV, Plasmodium, and hemorrhagic fever viruses such as Ebola virus.
Introduction
La generazione di memoria immunologica in assenza della malattia è la base fisiologica di vaccinazione efficace 1. Recentemente, sistemi di approcci basati biologia, hanno rivelato che i vaccini di successo come il vaccino contro la febbre gialla, inducono una forte induzione di risposte immunitarie innate e l'attivazione di diversi sottoinsiemi di cellule dendritiche (DC), che a loro volta, portano a multilineare attivazione di antigene specifiche cellule T 2,3. Dal momento che le DC sono l'unica popolazione di cellule immunitarie con la possibilità di attivare le cellule T naïve antigene-specifiche 4, lo studio della loro funzione durante la vaccinazione è fondamentale per capire le risposte immunitarie ai vaccini e per progettare strategie future contro gli agenti patogeni difficili.
Un sistema che consente di risalire diverse sottopopolazioni PVS durante la risposta immunitaria ai vaccini sarebbe auspicabile, al fine di stabilire un accurato cinetica della migrazione DC a tessuti linfoidi, e quindi quello di fornirecomprensione dei meccanismi fisiologici responsabili per l'avvio di specifici vaccini immunità adattativa. Genetica inversa a base di approcci offrono la possibilità di generare modificato, vaccini vivi attenuati che possono essere utilizzati in via sperimentale con questo scopo. Dal momento della sua attuazione in materia di ricerca di influenza, genetica inversa basata plasmide-è stato ampiamente impiegato per generare ceppi influenzali ricombinanti compreso LAIVs. Protocolli standard per salvare virus influenzali ricombinanti richiedono multi-trasfezione di linee altamente transfectable cellulari con plasmidi ambisense (che producono sia positivi che negativi senso RNA) che contengono i segmenti virali otto influenzali, nonché di amplificazione in un sistema permissiva come Madin-Darby rene canino ( MDCK) cellule e / o di gallina embrionate uova 5. Tuttavia, l'applicazione di genetica inversa per generare strumenti molecolari per studiare i meccanismi immunitari della vaccinazione rimane inesplorato.
La generazionedi nuovi modelli di mouse che permettono specifico esaurimento delle sottopopolazioni di cellule del sistema immunitario, tra cui DC, ha aperto nuove possibilità per comprendere i meccanismi immunitari fondamentali alla base di protezione del vaccino-suscitato. Il confronto tra le funzioni sottoinsieme DC nei topi e nell'uomo ha rivelato che, in larga misura, mouse e DCS umani sono funzionalmente omologhe 6,7, questi risultati, suggeriscono fortemente che lo sviluppo di modelli murini consentendo specifica esaurimento delle DC nello stato stazionario e in condizioni infiammatorie, può servire per capire la fisiologia delle risposte DC nell'uomo. Negli ultimi anni una serie di modelli di topo sono state generate portando transgeni esprimenti il recettore simian tossina difterica (DT) (DTR) sotto il controllo della regione del promotore di un gene di interesse 8,9. Dal momento che i tessuti di topo non naturalmente esprimono DTR, questi modelli consentono esaurimento condizionale di sottoinsiemi di cellule che trasportano il gene targeting di interesse sul inoculazione mouse con DT. Così, il nostro ability ad esaurire DC specifici e altri leucociti in vivo durante i processi fisiologici, è stata notevolmente rafforzata dallo sviluppo di ro-based DTR. Tuttavia, mentre questi modelli di topi transgenici sono stati ampiamente utilizzati per comprendere l'ontogenesi del sistema immunitario, la loro applicazione per lo sviluppo del vaccino è stato appena testato. Qui, combinando l'influenza genetica inversa e competitivi chimere del midollo osseo a base di DTR, proponiamo un metodo per studiare la cinetica di vaccino immunità così come la funzione del gene individuo durante la risposta immunitaria ai vaccini in vivo. L'applicazione di questa tecnologia per la valutazione preclinica di nuovi vaccini contro le malattie infettive difficili potrebbe contribuire a razionalizzare la progettazione di vaccini e per testare vaccini candidati in vivo.
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo studio viene descritto come la genetica e modelli di mouse chimerici inversa può essere utilizzata per chiarire i meccanismi fisiologici e molecolari dell'immunità indotta dal vaccino. Influenza genetica inversa è stabilito in molti laboratori e ha svolto un ruolo principale nella comprensione patogenesi dell'influenza, la replica, e la trasmissione 17. Un punto chiave nel nostro protocollo è il salvataggio di vaccini antinfluenzali adattate freddo esprimono epitopi stranieri. Mentre la …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank Sergio Gómez-Medina for excellent technical support with mouse experiments. This work was supported by funds from the Leibniz Association and the Leibniz Center of Infection. A.L. is a recipient of a pre-doctoral fellowship from the Leibniz Graduate School.
Materials
| Dulbecco´s Modified Eagle Medium (DMEM 1X) | Gibco RL-Life Technologies | 41965-039 | |
| Opti MEM | Gibco RL-Life Technologies | 31985-047 | |
| Lipofectamine 2000 | Invitrogen-Life Technologies | 11668-027 | |
| Penicillin-Streptomycin (10.000 U/ml) | PAA | p11-010 | |
| Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | A2153 | |
| Embryonated eggs | Valo biomedia Gmbh | ||
| PBS (1X) | Sigma-Aldrich | D8537 | |
| 70 μM Nylon Filters | Greiner-Biorad | 542-070 | |
| Red Blood Cell Lysing buffer (RBCL) 10X | BD Bioscience | 555899 | |
| CD16/CD32 Mouse BD Fc Block (2.4G2) | BD Pharmigen | 553142 | |
| APC-Anti-mouse SIINFEKL-H2kb (25 D1.16) | Biolegend | 141605 | |
| PE-Anti-mouse CD11c (HLA3) | BD Biosciences | 553802 | |
| eFluor 450-Anti-mouse MHCII (Md/114.15.2) | eBioscience | 48-5321-82 | |
| Pe-Cy7-Anti-mouse CD11b (M1/70) | Biolegend | 101216 | |
| PerCp/Cy5.5-Anti-mouse CD103 (2E7) | Biolegend | 121416 | |
| PE-Anti-mouse CD45.1 (A20) | eBioscience | 12-0453-82 | |
| V500-Anti-mouse CD45.2 (1O4) | BD Bioscience | 562130 | |
| PerCp-eFluor710 -Anti-mouse CD8a (53-6.7) | eBioscience | 46-0081-80 | |
| APC-Cy7-Anti-mouse CD3ε (145-2611) | Biolegend | 100325 | |
| eFluor450-Anti-mouse CD4 (GK 1.5) | eBioscience | 48-0041-80 | |
| CFSE Proliferation dye | eBioscience | 65-0850-85 | |
| Baytril 2.5% | Bayer | 65-0850-85 | |
| Dymethil-Sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | D2650 | |
| Ovalbumin | Molecular probes | O23020 | |
| Diphteria Toxin (DT) | Sigma-Aldrich | D0564 | |
| Trypsin-TPCK | Sigma-Aldrich | T1426 | |
| BD FACsCanto II Flow cytometer | BD Biosciences | ||
| FlowJo cell analysis software 9.5 | Flowjo inc. | ||
| Trypan Blue Stain (0.4%) | Life technologies | T10282 | |
| Countess Automatic Cell Counter | Invitrogen-Life Technologies | C10227 |
References
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