Summary

Transplantation von Haut-Schwanz zu allogene CD4-T-Zellantworten in Mäusen untersucht

Published: July 25, 2014
doi:

Summary

Tail-skin transplantation is a powerful model for studying T cell-dependent rejection and tolerance induction during allogeneic immune responses in mice. The advantages of this protocol are minor invasive surgery, and ease of monitoring with no need to sacrifice the recipient mouse.

Abstract

The study of T cell responses and their consequences during allo-antigen recognition requires a model that enables one to distinguish between donor and host T cells, to easily monitor the graft, and to adapt the system in order to answer different immunological questions. Medawar and colleagues established allogeneic tail-skin transplantation in mice in 1955. Since then, the skin transplantation model has been continuously modified and adapted to answer specific questions. The use of tail-skin renders this model easy to score for graft rejection, requires neither extensive preparation nor deep anesthesia, is applicable to animals of all genetic background, discourages ischemic necrosis, and permits chemical and biological intervention.

In general, both CD4+ and CD8+ allogeneic T cells are responsible for the rejection of allografts since they recognize mismatched major histocompatibility antigens from different mouse strains. Several models have been described for activating allogeneic T cells in skin-transplanted mice. The identification of major histocompatibility complex (MHC) class I and II molecules in different mouse strains including C57BL/6 mice was an important step toward understanding and studying T cell-mediated alloresponses. In the tail-skin transplantation model described here, a three-point mutation (I-Abm12) in the antigen-presenting groove of the MHC-class II (I-Ab) molecule is sufficient to induce strong allogeneic CD4+ T cell activation in C57BL/6 mice. Skin grafts from I-Abm12 mice on C57BL/6 mice are rejected within 12-15 days, while syngeneic grafts are accepted for up to 100 days. The absence of T cells (CD3-/- and Rag2-/- mice) allows skin graft acceptance up to 100 days, which can be overcome by transferring 2 x 104 wild type or transgenic T cells. Adoptively transferred T cells proliferate and produce IFN-γ in I-Abm12-transplanted Rag2-/- mice.

Introduction

Transplantation von soliden Organen wie Haut, Herz und Nieren ist inzwischen ein Standardverfahren in der medizinischen Praxis weltweit ein. Erfolgreich transplantierten Organen kann durch Aktivierung des Immunsystems des Empfängers, der die Haupt-Histokompatibilitäts-Antigene des Spenders erkennt zurückzuweisen. Daher transplantierten Patienten müssen die Behandlung mit Immunsuppressiva 2. Die allogene Hauttransplantation bei Mäusen wurde durch Medawar und Kollegen im Jahr 1955 gegründet und war hilfreich für die Identifizierung der Zielmoleküle später als Major Histocompatibility Complex (MHC) Klasse I und II beschrieben. Seitdem hat sich die Haut Transplantationsmodell kontinuierlich modifiziert und angepasst ist, um die Rolle der T-Zelluntergruppen und die Bedeutung von chemischen und biologischen Intervention bei der Unterdrückung der Abstoßung 2-4 studieren. Haut aus dem Ohr und Rumpf sind schwieriger herzustellen und sind anfälliger für Hypoxie und Nekrose als Schwanzhaut 5; jedochdas Transplantationsverfahren ist ähnlich. Neben der Überwachung der Schwanzhauttransplantaten ist einfach aufgrund der charakteristischen Haarstruktur der Haut.

Dieser Artikel enthält eine detaillierte Prozedur für die MHC-Klasse-II-Fehlanpassung Schwanzhauttransplantation, die für die Untersuchung verschiedener Aspekte der CD4 + T-Zell-vermittelten Abstoßung und Toleranz bei Mäusen ermöglicht. Die natürliche Dreipunktmutation in der MHC-Klasse-II-Molekül IA b (genannt IA BM12) 6-9 ist ausreichend, um eine Abstoßung von Hauttransplantate in C57BL / 6 Mäusen 8 induzieren. Die IA BM12 Molekül aktiviert CD4 + T-Zellen mit verschiedenen αβ-T-Zellrezeptor (TCR)-Ketten von C57BL / 6 Mäusen, unter denen Vα2Vβ8-TCR-spezifische T-Zellen, um eine TcR-transgenen Maus 10 erzeugt identifiziert. Der adoptive Transfer von Vα2Vβ8-TCR-spezifische T-Zellen wurde verwendet, um eine Abstoßungsmodell in immundefizienten C57B etablierenL / 6 Rag2 – / – Mäuse mit IA BM12 Haut transplantiert.

Genetische Unterschiede zwischen Spender und Empfänger beeinflussen das Ergebnis der Transplantat-Akzeptanz und Zurückweisung. Es gibt verschiedene Arten von Transplantationen: autologen Transplantationen sind vom Empfänger Individuum selbst; syngrafts und Allografts sind Transplantationen von genetisch identisch und genetisch nicht verwandten Individuen sind. Akzeptanz unterschiedlicher allogenen Organtransplantationen durch chemische und biologische Intervention bei Patienten und Mausmodellen 11,3,4 nachgewiesen. In einem grundlegenden Ansatz zeigte anti-CD3-Antikörper-behandelten C57BL / 6 Mäuse verlängerten Überlebenszeit von IA BM12 tail-Haut (unveröffentlichte Daten). Depletion von CD4 + und CD8 + T-Zellen vor der Transplantation in Empfängermäuse führte die Annahme der MHC-Klasse I und II nicht übereinstimm Transplantate (rev. 12). Interessanterweise Abstoßung von Hauttransplantaten, von der Anwesenheit von CD4 + </sup> T-Zellen (rev. 12). In diesem Modell, auf bestimmte Interaktionen zwischen den verschiedenen Immunzellen durch Blockierung kostimulatorische Moleküle mit Antikörpern oder Unterdrückung der regulatorischen T-Zellen könnte Toleranz (unveröffentlichte Daten) zu induzieren. In der Tat, Sperrung sowohl CD40 und CD28 führte zu langfristigen Hauttransplantattoleranz 13,14.

Schwanz-Hauttransplantation ist einfach durchzuführen und einfach zu überwachen, im Vergleich zur Transplantation anderer Organe. Darüber hinaus sind Schwanzhauttransplantate leicht herzustellen und sind weniger anfällig für Ischämie als andere Hautgewebe. Im Gegensatz zu injizierenden Anästhetika, die Verwendung von Narkosegas (Isofluran) während der Transplantation verkürzt sowohl die Verfahren und Empfänger Erholungszeit. Curling der Schwanzhaut-Transplantation, die unvollständig Wundheilung und Transplantat-Abstoßung führen kann, wird durch die Anwendung von Gewebekleber verhindert. Darüber hinaus wird die IA-BM12 Schwanz Hauttransplantation Modell aktiviert CD4 ausschließlich <sup> + T-Zellen sowohl in der immunkompetenten und immungeschwächten Mäusen (aus dem gleichen genetischen Hintergrund) die Erleichterung der Interpretation der Ergebnisse.

Dieses Protokoll beschreibt einen zuverlässigen, reproduzierbaren und leicht überwacht Maus-Modell, das für die chemische und biologische Eingriffe ermöglicht. Das Modell ist für die Untersuchung von Ablehnung und Toleranzinduktion von tail-Hauttransplantationen vorgesehen.

Protocol

In diesem Video-Veröffentlichung und Protokoll wurden alle Tier Verfahren in Übereinstimmung mit der von der Kantonsbehörde Basel-Stadt, Schweiz zugelassenen Tier Protokoll durchgeführt. Führen Sie alle in sterilen Bedingungen, soweit möglich. 1. Vorbereitung der Chirurgie Autoklav alle chirurgischen Instrumenten und Gaze vor dem Gebrauch. Erhitzen Sie die warmen Kissen und organisieren chirurgische Instrumente auf dem Tisch (Table of Materialien / Methoden…

Representative Results

In einem ersten Ansatz wurden C57BL / 6 Mäuse mit IA BM12 Allografts und IA b syngrafts transplantiert. Bandage nach Entfernung Transplantate offensichtlichen Anzeichen der Wundheilung ohne Schließung der Kontaktzone in C57BL / 6 Mäusen (Fig. 1A). Bandage nach Entfernung führte CD4 + T-Zell-vermittelte Entzündung zu dem Auftreten von Nekrosen (rote Punkte) und Ablehnung IA BM12 Allotransplantaten in C57BL / 6 Mäusen innerhalb von 13 Tagen nach der Transp…

Discussion

Hauttransplantation ist ein weit verbreitetes Verfahren zur Untersuchung Ablehnung und Toleranz abhängig von T-Zellen. Da die Haut Transplantationsmodell gegründet wurde, wurden mehrere Anpassungen und Änderungen angewandt. Bei dem beschriebenen Verfahren wird IA-BM12 Schwanz Hauttransplantation durchgeführt unter Verwendung von Narkosegas (Isofluran). Die Verwendung von Gas Narkose verringert die Zeit der Ausführung und Mäuse Erholung, die die Belastung der transplantierten Mäusen abnimmt. Das Verfahr…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by SNF grants PPOOA-_119204 and PPOOP3_144918 to S.W.R. We thank E. Palmer and B.T.H. Hausmann for mice and technical expertise.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
Betadine Standard solution Mundipharma
Cotton swab Carl Roth GmbH 31025060
Dafalgan , UPSA Bristol Myers Squibb SA
Hansaplast Finger Strips Beierdorf AG REF.76861
Histoacryl Tissue adhesive Braun REF.1050052
Leukotape classic , 2cm x 10 m BSN Medical SAS REF.02204-00
PBS, Phosphate-Buffered Saline, pH 7.4 Invitrogen 10010015 GIBCO
Sterile gauze, 5 x 5cm, 8ply MaiMed GmbH 21010
Surgical instruments  FST 11003-12 Narrow pattern forceps, 
14095-11 Fine iris scissor curved,
14094-11 Fine iris scissor 
14010-15 Mayo scissors,
14080-11 Artery scissors ball tip 11.5 cm 
11021-14 Tissue forceps
Surgical Blade No.20 Swann-Morton LTD 3006 Carbon Steel
Surgical blade Handles Swann-Morton LTD
Syringe, 1ml ARTSANA disposable
Temgesic , Buprenorphine ESSEX Chemie AG 0.3mg/ml
Tissue Culture dishes 10 cm, 60.1 cm2 TPP
Vaseline Vifor SA
Warm pad Solis Type 223

Riferimenti

  1. Mahillo, B., Carmona, M., Álvarez, M., White, S., Noel, L., Matesanz, R. Global Data in Organ Donation and Transplantation. transplantation. 92 (10), 1069-1074 (2011).
  2. Halleck, F., et al. New perspectives of immunosuppression. Transplantation proceedings. 45 (3), 1224-1231 (2013).
  3. Wood, K. J., Bushell, A., Jones, N. D. Immunologic unresponsiveness to alloantigen in vivo. a role for regulatory T cells. Immunological reviews. 241 (1), 119-132 (2011).
  4. Sykes, M. Immune tolerance: mechanisms and application in clinical transplantation. Journal of Internal Medicine. 262 (3), 288-310 (2007).
  5. McFarland, H. I., Rosenberg, A. S. Skin allograft rejection.. Current protocols in immunology. , (2009).
  6. McKenzie, I. F., Morgan, G. M., Sandrin, M. S., Michaelides, M. M., Melvold, R. W., Kohn, H. I. B6.C-H-2bm12. A new H-2 mutation in the I region in the mouse. The Journal of experimental medicine. 150 (6), 1323-1338 (1979).
  7. McIntyre, K. R., Seidman, J. G. Nucleotide sequence of mutant I-A beta bm12 gene is evidence for genetic exchange between mouse immune response genes. Nature. 308 (5959), 551-553 (1984).
  8. Stuart, P. M., Beck-Maier, B., Melvold, R. W. Provocation of skin graft rejection across murine class II differences by non–bone-marrow-derived cells. Transplantation. 37 (4), 393-396 (1984).
  9. Hausmann, B., Palmer, E. Positive selection through a motif in the alphabeta T cell receptor. Science. 281 (5378), 835-838 (1998).
  10. Bill, J., Ronchese, F., Germain, R. N., Palmer, E. The contribution of mutant amino acids to alloantigenicity. The Journal of experimental medicine. 170 (3), (1989).
  11. Monaco, A. P. Immunosuppression and tolerance for clinical organ allografts. Current Opinion in Immunology. 1 (6), 1174-1177 (1989).
  12. Rosenberg, A. S., Singer, A. Cellular basis of skin allograft rejection: an in vivo model of immune-mediated tissue destruction. Annual Review of Immunology. 10, 333-358 (1992).
  13. Kingsley, C. I., Nadig, S. N., Wood, K. J. Transplantation tolerance: lessons from experimental rodent models. Transplant international : official journal of the European Society for Organ Transplantation. 20 (10), 828-841 (2007).
  14. Larsen, C. P., et al. Long-term acceptance of skin and cardiac allografts after blocking CD40 and CD28 pathways. Nature. 381 (6581), 434-438 (1996).
  15. Tomura, M., Nakatani, I., Murachi, M., Tai, X. G., Toyo-oka, K., Fujiwara, H. Suppression of allograft responses induced by interleukin-6, which selectively modulates interferon-gamma but not interleukin-2 production. Transplantation. 64 (5), 757-763 (1997).
  16. Ring, G. H., et al. Interferon-gamma is necessary for initiating the acute rejection of major histocompatibility complex class II-disparate skin allografts. Transplantation. 67 (10), 1362-1365 (1999).
  17. Rosenberg, A. S., Finbloom, D. S., Maniero, T. G., Vander Meide, P. H., Singer, A. Specific prolongation of MHC class II disparate skin allografts by in vivo administration of anti-IFN-gamma monoclonal antibody. Journal of immunology. 144 (12), 4648-4650 (1950).
  18. Goes, N., Sims, T., Urmson, J., Vincent, D., Ramassar, V., Halloran, P. F. Disturbed MHC regulation in the IFN-gamma knockout mouse. Evidence for three states of MHC expression with distinct roles for IFN-gamma. Journal of immunology. 155 (10), 4559-4566 (1995).
  19. Surquin, M., et al. IL-4 deficiency prevents eosinophilic rejection and uncovers a role for neutrophils in the rejection of MHC class II disparate skin grafts. Transplantation. 80 (10), 1485-1492 (2005).
  20. Gaylo, A. E., Laux, K. S., Batzel, E. J., Berg, M. E., Field, K. A. Delayed rejection of MHC class II-disparate skin allografts in mice treated with farnesyltransferase inhibitors. Transplant immunology. 20 (3), 163-170 (2009).
  21. Bose, A., Inoue, Y., Kokko, K. E., Lakkis, F. G. Cutting edge: perforin down-regulates CD4 and CD8 T cell-mediated immune responses to a transplanted organ. Journal of immunology. 170 (4), 1611-1614 (2003).

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Citazione di questo articolo
Schmaler, M., Broggi, M. A. S., Rossi, S. W. Transplantation of Tail Skin to Study Allogeneic CD4 T Cell Responses in Mice. J. Vis. Exp. (89), e51724, doi:10.3791/51724 (2014).

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