Qualitative und Quantitative Analyse der immun Synapse im menschlichen System mit Hilfe von Imaging Durchflusszytometrie
Summary
Hier beschreiben wir einen kompletten Workflow für die qualitative und quantitative Analyse von immun Synapsen zwischen primären menschlichen T-Zellen und Antigen-präsentierenden Zellen. Die Methode basiert auf bildgebende Durchflusszytometrie, ermöglicht die Erfassung und Auswertung von mehreren tausend Zelle Bildern innerhalb relativ kurzer Zeit.
Abstract
Die immun Synapse ist der Bereich der Kommunikation zwischen T-Zellen und Antigen-präsentierenden Zellen (APCs). T-Zellen zu polarisieren Oberfläche Rezeptoren und Proteine in Richtung der immun Synapse zu sichern eine stabile Bindung und Austausch zu signalisieren. Klassischen konfokale, TIRF oder Super-Auflösung Mikroskopie verwendet wurden, um die immun Synapse zu studieren. Da diese Methoden manuelle Bilderfassung und zeitraubende Quantifizierung benötigen, ist die Darstellung der seltenen Ereignisse herausfordernd. Hier beschreiben wir einen Workflow, der die morphologische Analyse von Zehntausenden von Zellen ermöglicht. Als APCs sind immun Synapsen zwischen primären menschlichen T-Zellen bei Pan-Leukozyten Vorbereitungen und Staphylococcus Aureus Enterotoxin B SEB geladen Raji Zellen induziert. Bildaufnahme erfolgt mit bildgebenden Durchflusszytometrie, auch genannt In Flow-Mikroskopie, die Eigenschaften von einem Durchflusszytometer und ein Fluoreszenzmikroskop kombiniert. Eine komplette gating Strategie für T-Zell/APC Paare zu identifizieren und zu analysieren die immun Synapsen steht zur Verfügung. Da dieser Workflow ermöglicht die Analyse der immunen Synapsen bei ungereinigten Pan-Leukozyten Vorbereitungen und somit erfordert nur eine kleine Menge Blut (d.h., 1 mL), um Proben von Patienten angewendet werden. Wichtig ist, können parallel mehrere Proben vorbereitet, gemessen, und analysiert werden.
Introduction
T-Zellen sind wichtige Regulatoren des adaptiven Immunsystems und Aktivierung durch Antigene Peptide, die im Zusammenhang mit der großen Histocompatibility komplexe (MHC) dargestellt werden. Vollständige T-Zell-Aktivierung erfordert zwei Signale, die Kompetenz-Signal über die Antigen-spezifische T-Zell-Rezeptor (TCR) / CD3-komplex und das costimulatory Signal über Zubehör-Rezeptoren. Beide Signale entstehen durch die direkte Interaktion der T-Zellen mit Antigen-präsentierenden Zellen (APCs). Reife APCs bieten das Kompetenz-Signal für die T-Zell-Aktivierung durch MHC-Peptid-komplexe, und sie drücken costimulatory Liganden (z. B., CD80 und CD86) um das Fortschreiten der T-Zell-Aktivierung-1zu gewährleisten. Eine wichtige Aufgabe der Costimulation ist die Umstellung von Aktin Cytoskelett2,3,4. Die kortikalen F-Aktin ist relativ statisch im ruhenden T-Zellen. T-Zell-Stimulation durch Antigen-Lager APCs führt zu eine tiefgreifende Neuordnung des Aktin-Zytoskeletts. Aktin Dynamik (d. h., schnell Aktin Polymerisation/Depolymerisation Kreise) ermöglichen die T-Zellen, Kräfte zu schaffen, die verwendet werden, um Proteine oder Organellen, zum Beispiel zu transportieren. Darüber hinaus ist das Aktin-Zytoskelett wichtig für die Entwicklung einer spezielle Kontaktzone zwischen T-Zellen und APCs, immun Synapse genannt. Aufgrund der Bedeutung des Aktin-Zytoskeletts zur immun Synapse ist es entscheidend für die Entwicklung von Methoden zur Quantifizierung von Veränderungen in der Aktin-Zytoskelett T Zellen5,6,7,8 geworden. , 9.
Durch Aktin-Zytoskeletts Hilfe werden Oberflächen Rezeptoren und Signalproteine in supramolekularen Aktivierung Clustern (SMACs) innerhalb der immun Synapse getrennt. Die Stabilität der immun Synapse ist durch die Bindung von Rezeptoren zu F-Actin-Bündel gewährleistet, die die Elastizität des Aktin-Zytoskeletts zu erhöhen. Immun Synapse Bildung hat sich gezeigt, für die Generation der adaptiven Immunantwort kritisch zu sein. Die nachteiligen Auswirkungen einer fehlerhaften immun Synapse-Formation in-vivo wurden zuerst bei Patienten aus Wiskott Aldrich Syndrom (WAS), eine Krankheit, bei welcher Aktin-Polymerisation realisiert und begleitend sind immun Synapse Bildung gestört10 . WAR, dass Patienten leiden können Ekzeme, schweren rezidivierenden Infekten, Autoimmunerkrankungen und Melanome. Trotz dieser Feststellung ist derzeit nicht bekannt, ob immun Synapse Bildung unterscheidet sich in den T-Zellen von gesunden Probanden und Patienten immun Mängel oder Autoimmunerkrankungen leiden.
Höchstauflösung Mikroskopie, Fluoreszenz-Mikroskopie, konfokale einschließlich und TIRF wurden verwendet, um die Architektur der immun Synapse11,12,13,14aufzudecken. Die hohe Auflösung dieser Systeme und die Möglichkeit der Durchführung live Cell Imaging ermöglicht die Sammlung von exakten, räumlich-zeitliche Informationen über dem Aktin-Zytoskelett und Oberfläche oder intrazelluläre Proteine in der immun Synapse. Viele Ergebnisse basieren jedoch auf der Analyse von nur ein paar Dutzend T-Zellen. Darüber hinaus müssen die T-Zellen für diese Art von Fluoreszenzmikroskopie gereinigt werden. Für viele Fragestellungen ist jedoch die Verwendung von ungereinigten Zellen anstatt die höchstmögliche Auflösung von größter Bedeutung. Dies ist relevant, wenn T-Zellen von Patienten analysiert werden, da die Menge des gespendeten Blutes begrenzt ist und möglicherweise die Notwendigkeit, viele Proben parallel zu verarbeiten.
Wir haben mikroskopische Methoden, mit denen die Analyse des Aktin-Zytoskeletts in der immun Synapse im menschlichen System15,16,17. Diese Methoden basieren auf imaging Durchflusszytometrie, auch genannt In Flow-Mikroskopie-18. Als Hybrid zwischen multispektralen Flow-Zytometrie und Fluoreszenz-Mikroskopie, Durchflusszytometrie imaging hat seine Stärken in der Analyse morphologischen Parametern und Protein-Lokalisierung in heterogenen Zellpopulationen wie Pan-Leukozyten aus der peripheren Blut. Wir haben eine Methode, die ermöglicht, F-Aktin in T-Zelle/APC Konjugate von menschlichen T-Zellen aus Vollblut Proben, ohne Zeit- und kostenintensive Reinigung Schritte17quantifizieren eingeführt. Die hier vorgestellten Technik umfasst den gesamten Workflow, davor die Blutprobe auf die Quantifizierung der F-Aktin in der immun Synapse.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die hier vorgestellten Workflow ermöglicht die Quantifizierung der immun Synapsen zwischen menschlichen T-Zellen (ex Vivo) und APCs. Vor allem dienten die Erythrozyten lysiert Pan-Leukozyten als T-Zell-Quellen, T-Zell-Reinigungsschritte entbehrlich machen. Die B-Zell-Lymphom-Zell-Linie diente Raji als Surrogat APCs. Dies birgt erhebliche Vorteile, da es Vergleiche zwischen Blutspender von der T-Zell-Seite der immun Synapse ermöglicht. Darüber hinaus sind autologe DCs kaum direkt von peripheren Menschenblut. Die Produk…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Arbeit wurde Nein vom deutschen Forschungsrat (DFG) mit Zuschüssen finanziert SFB-938-M und SA 393/3-4.
Materials
| >Multifuge 3 SR | Heraeus | ||
| RPMI 1640 | LifeTechnologies | #11875085 | 500 mL |
| FCS | Pan Biotech#3302-P101102 | ||
| Polystyrene Round Bottom Tube | Falcon | #352054 | 5 mL |
| Kulturflasche | Thermo Scientific | #178883 | |
| Dulbecco's Phosphate Buffered Saline | Sigma | D8662 | |
| Bovine Serum Albumin | Roth | #8076.3 | |
| Saponin | Sigma | S7900 | |
| Paraformaldehyde | Sigma Aldrich | #16005 | |
| FACS Wash Saponin | PBS 1% BSA 0.15 Saponin | ||
| ReaktiosgefaB | Sarstedt | 72.699.002 | 0.5 mL |
| Speed Bead | Amnis | #400041 | |
| Minishaker MS1 | IKA Works | MS1 | |
| Mikrotiterplatte | Greiner Bio One | #650101 | 96U |
| Enterotoxin SEB | Sigma Aldrich | S4881 | |
| DAPI | Sigma Aldrich | D9542 | 1:3000 |
| CD3-PeTxR | Invitrogen | MHCD0317 | 1:30 |
| Phalloidin-AF647 | Molecular Probes | A22287 | 1:150 |
| IS100 | Amnis | Imaging flow cytometer | |
| IDEAS | Amnis | Software | |
| INSPIRE | Amnis | Software |
References
- Esensten, J. H., Helou, Y. A., Chopra, G., Weiss, A., Bluestone, J. A. CD28 Costimulation: From Mechanism to Therapy. Immunity. 44 (5), 973-988 (2016).
- Samstag, Y., Eibert, S. M., Klemke, M., Wabnitz, G. H. Actin cytoskeletal dynamics in T lymphocyte activation and migration. Journal of leukocyte biology. 73 (1), 30-48 (2003).
- Samstag, Y., John, I., Wabnitz, G. H. Cofilin: a redox sensitive mediator of actin dynamics during T-cell activation and migration. Immunol Rev. 256 (1), 30-47 (2013).
- Comrie, W. A., Burkhardt, J. K. Action and Traction: Cytoskeletal Control of Receptor Triggering at the Immunological Synapse. Front Immunol. 7, 68 (2016).
- Piragyte, I., Jun, C. D. Actin engine in immunological synapse. Immune Netw. 12 (3), 71-83 (2012).
- Rossy, J., Pageon, S. V., Davis, D. M., Gaus, K. Super-resolution microscopy of the immunological synapse. Curr Opin Immunol. 25 (3), 307-312 (2013).
- Mace, E. M., Orange, J. S. Visualization of the immunological synapse by dual color time-gated stimulated emission depletion (STED) nanoscopy. J Vis Exp. (85), (2014).
- Comrie, W. A., Babich, A., Burkhardt, J. K. F-actin flow drives affinity maturation and spatial organization of LFA-1 at the immunological synapse. J Cell Biol. 208 (4), 475-491 (2015).
- Markey, K. A., Gartlan, K. H., Kuns, R. D., MacDonald, K. P., Hill, G. R. Imaging the immunological synapse between dendritic cells and T cells. J Immunol Methods. 423, 40-44 (2015).
- Bouma, G., Burns, S. O., Thrasher, A. J. Wiskott-Aldrich Syndrome: Immunodeficiency resulting from defective cell migration and impaired immunostimulatory activation. Immunobiology. 214 (9-10), 778-790 (2009).
- Grakoui, A., et al. The immunological synapse: a molecular machine controlling T cell activation. Science. 285 (5425), 221-227 (1999).
- Dustin, M. L., Depoil, D. New insights into the T cell synapse from single molecule techniques. Nature reviews. Immunology. 11 (10), 672-684 (2011).
- Mace, E. M., Orange, J. S. New views of the human NK cell immunological synapse: recent advances enabled by super- and high-resolution imaging techniques. Front Immunol. 3, 421 (2012).
- Yokosuka, T., et al. Newly generated T cell receptor microclusters initiate and sustain T cell activation by recruitment of Zap70 and SLP-76. Nat Immunol. 6 (12), 1253-1262 (2005).
- Wabnitz, G. H., et al. Sustained LFA-1 cluster formation in the immune synapse requires the combined activities of L-plastin and calmodulin. European journal of immunology. 40 (9), 2437-2449 (2010).
- Wabnitz, G. H., et al. L-plastin phosphorylation: a novel target for the immunosuppressive drug dexamethasone in primary human T cells. Eur J Immunol. 41 (11), 3157-3169 (2011).
- Wabnitz, G. H., Nessmann, A., Kirchgessner, H., Samstag, Y. InFlow microscopy of human leukocytes: A tool for quantitative analysis of actin rearrangements in the immune synapse. J Immunol Methods. , (2015).
- Basiji, D., O’Gorman, M. R. Imaging flow cytometry. J Immunol Methods. 423, 1-2 (2015).
- Wabnitz, G. H., Samstag, Y. Multiparametric Characterization of Human T-Cell Immune Synapses by InFlow Microscopy. Methods Mol Biol. 1389, 155-166 (2016).
- Balta, E., et al. Qualitative and quantitative analysis of PMN/T-cell interactions by InFlow and super-resolution microscopy. Methods. , (2016).
- Hochweller, K., et al. Dendritic cells control T cell tonic signaling required for responsiveness to foreign antigen. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (13), 5931-5936 (2010).
- Balagopalan, L., Sherman, E., Barr, V. A., Samelson, L. E. Imaging techniques for assaying lymphocyte activation in action. Nat Rev Immunol. 11 (1), 21-33 (2011).
