Здесь мы представляем протокол вызвать паралич и opticospinal воспаление путем передачи Аквапорин-4 (AQP4)-конкретных Т-клеток от AQP4– / – мышей в WT мышей. Кроме того мы показали, как использовать последовательный оптическая когерентная томография для мониторинга дисфункции зрительной системы.
Хотя признано, что Аквапорин-4 (AQP4)-конкретные Т-клеток и антител участвуют в патогенезе нейромиелит optica (NMO), аутоиммунные демиелинизирующих заболеваний центральной нервной системы (ЦНС) на человека, создание AQP4-ориентированные модели с обоими клинические и гистологических проявления аутоиммунных заболеваний ЦНС оказалась сложной. Иммунизации одичал тип (WT) мышей с AQP4 пептидами вызвал пролиферации клеток T, хотя эти Т-клетки не могут передавать болезни наивно получателей мышей. Недавно были определены два романа AQP4 T клетки epitopes, пептид (p) 135-153 и p201-220, при изучении иммунных реакций на AQP4 в AQP4-недостаточным (AQP4– / –) мышах, предлагая реактивности Т-клеток в этих epitopes обычно контролируется тимуса негативный выбор. AQP4– / – Th17 поляризованные Т-клеток, загрунтованных p135-153 или p201-220 индуцированных паралич получателей WT мышей, который был связан с преимущественно лептоменингеальных воспаления спинного мозга и зрительных нервов. Воспаление окружающих зрительных нервов и участие внутренних слоев сетчатки (IRL) проявились изменения в последовательный оптическая когерентная томография (Окт). Здесь мы иллюстрируем подходы, используемые для создания этой новой в естественных условиях модели AQP4-ориентированных ЦНС аутоиммунных заболеваний (ATCA), которые теперь могут быть использованы для изучения механизмов, обеспечивающих развитие патогенных AQP4-специфических Т-клеток и как они могут сотрудничать с B клетки в патогенезе NMO.
Нейромиелит optica (NMO) является центральной нервной системы (ЦНС) аутоиммунные воспалительные демиелинизирующих заболеванием, которое вызывает периодические эпизоды паралич и потерю зрения, ведущих к постоянной инвалидности неврологических1. NMO в настоящее время считается главным образом гуморальные Аутоиммунные болезни2 как он связан с антителами (Igs) ориентации Аквапорин-4 (AQP4), водный канал, выразил изобилии астроциты3,4. Однако воспаление CNS является необходимым условием для вступления ЦНС AQP4 Ig5,6. Таким образом не удалось установить модель NMO переводом только Igs анти AQP4. Выводы, что (1) патогенных AQP4-конкретных Igs NMO больных являются IgG11,2, Т клеток зависимых Ig, Т-клетки подкласс7 (2) определены в NMO поражения8,9 (3) NMO связан с некоторых генов MHC II (например HLA-DR17 (DRB1 * 0301))10и (4) провоспалительного AQP4-реактивной DR-ограниченного Th17 клетки раскрываются в NMO больных11,–12 все показывают, что AQP4-специфических Т-клетки имеют ключевую роль в патогенезе NMO. Таким образом важно развивать Животные модели, чтобы определить, как AQP4-специфических Т-клетки могут способствовать NMO патогенеза.
Несколько лет назад, в одичал тип (WT) мышах13,14 крыс и15были определены несколько эпитопов клетки AQP4 T. Хотя было отмечено, что AQP4-реактивных Т-клетки могут вызывать воспаление opticospinal в наивной получателей крыс15,16, не наблюдались значительные клинические признаки заболевания ЦНС. Аналогичным образом, прямые иммунизации WT мышей с пептидами, содержащие AQP4 T клетки epitopes14,17, или передачи провоспалительных T клеток, ориентация этих детерминант17, не вызывать клинических признаков или гистологических свидетельство о аутоиммунные заболевания ЦНС.
Недавно оно было отмечено, что иммунизация мышей C57BL/6 AQP4-недостаточным (AQP4– / –) с AQP4 пептид (p) 135-153 или p201-220, две детерминанты, предсказал для привязки MHC II (b-A) с высоким сродством18, вызвали сильное CD4 + Т-клеток ответов17. Напротив эти два пептиды вызвало только скромный пролиферативной ответы в WT мышей. Кроме того уникальный репертуар рецептор (TCR) Т-клеток, использовался для распознавания этих детерминант клетками T от AQP4– / – мышей. Коллективно эти результаты показывают, что Т-клеток признание AQP4 регулируется тимуса негативный выбор. AQP4 p135-153-p201-220-конкретных или Th17 клеток от AQP4– / – доноров мышей вызванных паралич в почти 100% наивно получателей WT мышей; Это было связано с opticospinal инфильтратами Т-клеток, лимфоцитов и моноцитов. Серийный opticospinal когерентная томография (Окт) продемонстрировали участие динамические визуальные системы. Мышей с Т клеточный AQP4-ориентированных ЦНС аутоиммунных заболеваний (ATCA) оправился от паралича и зрительной системы травмы. В отличие от ЕАЕ индуцированных миелина Олигодендроциты гликопротеина (MOG) p35-55-специфических Т-клеток, приведшие к стойким клинического заболевания, ATCA индуцированных Т-клеток, только не был связан с аксональное потери или уменьшения в клетках сетчатки ганглия (РГК). Наши результаты четко продемонстрировали, что существует несколько патогенных детерминанты клетки AQP4 T. Эта новая модель ATCA полезно для изучения механизмов, контролирующих развитие патогенных AQP4-специфических Т-клеток, обучение как эти клетки вызывают воспаление CNS и как они могут сотрудничать с AQP4-специфические клетки и антител к содействию NMO патогенеза .
В настоящем докладе мы описывают протоколы, используемые для побудить и оценивать Т клеток индуцированной ATCA. Мы начинаем с методы, используемые для иммунизации, культуры клеток T и Th17 поляризации для создания патогенных AQP4-специфических Т-клеток, поток cytometry анализ для подтверждения поляризации и приемных передачи этих Т-клеток. Затем мы опишем методы, используемые для оценки клинических и гистологических болезни и использование последовательного OCT для мониторинга зрительной системы травм получателям мышей.
AQP4 была определена как основная цель в NMO-IgG в 2005 году3. Затем было признано, что было бы важно установить AQP4-ориентированные животной модели аутоиммунные заболевания ЦНС. Такая модель может быть полезным для изучения, как AQP4-специфических Т и Б клетки участвуют в развитии аутоиммунных заболеваний ЦНС и для проверки кандидата терапии NMO. Хотя определение Т-клеток AQP4-специфические epitopes в мышах одичал тип впервые сообщалось в 201013, Т-клетки, отвечая на те epitopes не вызывать клинических или гистологических болезни14,17. Неспособность создать модель аутоиммунные заболевания ЦНС, основанные на иммунной реактивности организма в AQP4 остается загадкой до 2015 года, когда Джонс, и др. 25 обнаружил, что доноров AQP4 p135-153-загрунтовать Т-клеток от AQP4– / – мышей были способны вызвать клинических и гистологические признаки аутоиммунные заболевания ЦНС в WT мышей. Интерес AQP4 p135-153 прогнозируется с высоким сродством17связывается MHC II (b-A). Только один другой AQP4 аминокислотной последовательности, 201-220, предсказал для привязки-Ab с аналогичными высоким сродством. Действительно мы наблюдали, что AQP4 p135-153 и p201-220 оба заручиться надежной распространения в AQP4– / –, но не WT, мышей. Здесь мы показали, как можно изолировать и расширять провоспалительные Th17 AQP4 p135-153 – и p201-220-реактивных Т-клеток от AQP4– / – мышей. При передаче в WT получателей мышей, AQP4-реактивный Th17 клеток донора вызванных паралич, который сопровождался мононуклеарных клеток инфильтратов в спинного мозга и зрительного нерва. Афферентные зрительной системы травмы хорошо известна в больных с AQP4-серопозитивными NMOSD26. Здесь мы наблюдали, что воспаление зрительного нерва, индуцированных AQP4-реактивной и MOG-реактивный Th17 клетки отличается. Тогда как Th17 AQP4-специфические клетки индуцированной оптические perineuritis, MOG конкретных Th17 клетки индуцированной тяжелой неврит. Также мы описали методы, используемые для мониторинга воспаление зрительного нерва, индуцированных AQP4-конкретные и MOG-специфических Т клетки серийный Окт. Другие исследователи теперь должны иметь возможность применять описанную здесь, для продвижения своих собственных исследований было сосредоточено на патогенетических механизмов ATCA протоколов.
Можно легко избежать три потенциальных pitfalls в нашей протокола. Во-первых, приемные передачи ATCA требует использования AQP4-специфических Т-клеток от AQP4– / – доноров мышей. В частности доноров WT AQP4 p135-153-специфических Т-клетки не вызывать ATCA получателей WT мышей. Во-вторых важно выполнить «вода тест» с капелькой пептида/CFA эмульсии до иммунизации AQP4– / – мышей (протокол шаг 1.5). Эмульсии не должен разогнать в воде, когда он подходит для инъекций s.c.. Если эмульсия расходится, следует еще раз перемешать эмульсии, холод снова и повторить тест воды. Наконец активированные доноров ЦНС антиген специфические Т-клетки вызывают аутоиммунные заболевания ЦНС более эффективно, чем отдыха Т-клеток. Один должен визуально проверить эти культуры под световой микроскоп до уборки Т-клеток донора для приемных передачи. Быстро делящиеся клетки могут образовывать кластеры, которые легко идентифицируются. Кроме того когда культур содержат много активированные Т-клеток, средства массовой информации могут переход от розовый, оранжевый или даже желтый, за счет снижения рН. Можно также оценить активации клеток донора загрунтовать AQP4 Лимфоузел T для распространения путем включения 3H-тимидина, как описано в шаге 3 протокола.
Наше открытие, что два патогенных AQP4 T клетки epitopes (1) прогнозируются связывать MHC II с высоким сродством и (2) вызывают мощные пролиферативной ответы в AQP4– / –, но не WT, мышей считают, что Т-клетки, ориентация этих факторов являются обычно под контролем тимуса негативный выбор17. TCR репертуарами, используемых для признания AQP4 p135-153 и p201-220 в AQP4– / – мышей являются уникальными (рисунок 2), которая согласуется с клоновых удаления опосредовано тимуса медуллярного эпителиальных клеток. Другие механизмы tolerogenic обычно может сдерживать иммунные реакции на AQP4. После нашего первоначального доклада17другая группа также продемонстрировал, что AQP4 p201-220 содержит провоспалительные Т-клеток определяющим27. Когда α/β (TCRα– / –) Т клеток недостаточным мышей были воссоздана с AQP4– / – CD4+ T клетки, можно было добиться ответа провоспалительные AQP4-специфических Т-клеток, но не AQP4-конкретных гуморальный ответ, подразумевая, что в WT мышей AQP4-специфические клетки B ответы, похож на AQP4-специфических Т-клеток ответов, подлежат негативный выбор. Действительно потеря спинного аксонов и РГК, который не наблюдался в WT мышей с ATCA, индуцированных AQP4-специфических Т-клетки только, может потребовать участия патогенных AQP4-специфических антител. Ясно, что мыши модели AQP4-ориентированных ЦНС аутоиммунитета будет продолжать развиваться, как мы узнаем больше относительно механизмов tolerogenic, обычно управление AQP4-специфических Т-клеток и B клеток иммунитета.
Другие модели AQP4-ориентированных ЦНС аутоиммунитета также подвергаются развитых6,16,28,29,30. Каждый из них может предложить преимущества для изучения конкретных аспектов, которые имеют отношение к патогенезу NMO. AQP4-специфичные Т-клетки были определены в WT-крысы-6,–16,–29. Те AQP4-специфических Т-клетки вызвало гистологических изменений аутоиммунные заболевания ЦНС, но аналогичные замечания в мышей, WT крыса AQP4-специфических Т-клетки не вызывают существенных признаков клинического заболевания. Таким образом механизмы терпимости, ограничивая Т-клеток и клеток B AQP4-специфических иммунных реакций в WT мышей также функционируют в крыс. Несмотря на это не следует недооценивать власть в использовании мыши модели для изучения механизмов, участвующих в патогенезе заболевания. Богатство нокаут, трансгенных и репортер мышей может быть выгодным. Следует также признать, что несколько фундаментальных открытий в аутоиммунных заболеваний были сделаны с помощью мыши ЕАЕ модели. Например, демонстрация, что Т-клеток клоны специфических для себя антиген может посредничать Аутоиммунные болезни31,32, выявление роли костимуляции Т-клеток в аутоиммунных заболеваний33 и открытие путь развития для Th17 дифференциация34 были впервые описаны с помощью мыши ЕАЕ моделей. С помощью мыши модель ATCA, которую мы разработали, один теперь имеет средства для изучения развития и регулирования патогенных AQP4-специфических иммунных реакций в естественных условиях, которые должны обеспечить важные идеи, связанные с NMO патогенеза.
The authors have nothing to disclose.
Была оказана поддержка для S.S.Z., Национальный институт здравоохранения (RO1 AI073737 и RO1 NS092835-01), Национальное общество рассеянного склероза (RG 4768, 5179 РГ и RG 5180), Мезен фонд и Guthy Джексон благотворительного фонда.
M. tuberculosis H37Ra | BD Difco | 231141 | Dessicated, killed M. tuberculosis |
Incomplete Freund's Adjuvant | BD Difco | 263910 | |
AQP4 peptide p135-153 | Genemed | Custom Synthesis | Peptide sequence: LVTPPSVVGGLGVTMVHGN |
AQP4 peptide p201-220 | Genemed | Custom Synthesis | Peptide sequence: HLFAINYTGASMNPARSFGP |
MOG peptide p35-55 | Genemed / Auspep | Custom Synthesis | Peptide sequence: MEVGWYRSPFSRVVHLYRNGK |
3-way Stopcock | Kimble | 420163-4503 | |
HyClone Fetal Bovine Serum (Characterized) | GE Healthcare Life Sciences | SH30071 | |
Recombinant Mouse IL-23 | R&D Systems (BioTechne) | 1887-ML | |
Recombinant Mouse IL-6 | R&D Systems (BioTechne) | 406-ML | |
Recombinant Mouse IL-12 | R&D Systems (BioTechne) | 419-ML | |
Thymidine [Methyl-3H] | PerkinElmer | NET027 | |
Glass Fiber Filtermats | PerkinElmer | 1450-421 | |
Anti-mouse antibodies | eBioscience (Affymetrix) | [various] | |
Anti-mouse TCR Vβ Screening Panel | BD Biosciences | 557004 | |
LIVE/DEAD Fixable Dead Cell Stain | ThermoFisher Scientific | [various] | |
Paraformaldehyde (16%) | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
Fixation/Permeabilization Solution Kit with GolgiPlug | BD Biosciences | 555028 | |
Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) | Sigma-Aldrich | P8139 | |
Iomomycin (calcium salt) | Sigma-Aldrich | I0634 | |
Pertussis Toxin from B. pertussis | List Biological Laboratories | 181 | |
10% Formalin | VWR | 89370-094 | |
Variable-Flow Peristaltic Pump | Fisher Scientific | 13-876-2 | |
Foam Biopsy Pads, Rectangular | Fisher Scientific | 22-038-221 | |
Isothesia (isoflurane, USP) | Henry Schein Animal Health | 050033 | NDC : 11695-0500-2 |
Tropicamide Ophthalmic Solution, USP (1%) | Akorn | NDC: 17478-102-12 | |
Spectralis Diagnostic Imaging Platform | Heidelberg Engineering |