Il s’agit d’une méthode pour isoler les cellules lymphoïdes utérines de souris gestantes et non enceintes. Cette méthode peut être utilisée pour de multiples applications en aval telles que le phénotypage FACS, le tri cellulaire, les tests fonctionnels, la séparation de l’ARN et la protéomique. Le protocole montre ici comment phénotyper les cellules lymphoïdes innées utérines du groupe 1 par cytométrie en flux.
Décrit ici est une méthode simple pour isoler et phénotyper les cellules lymphoïdes utérines innées du groupe de souris 1 (uIC g1) de l’utérus enceinte individuel par cytométrie en flux. Le protocole décrit comment mettre en place un accouplement temporel pour obtenir plusieurs barrages synchrones, la digestion mécanique et enzymatique de l’utérus gravide, la coloration des suspensions unicellulaires et une stratégie FACS pour phénotyper et discriminer les uIC g1. Bien que cette méthode perde inévitablement l’information spatiale de la distribution cellulaire dans le tissu, le protocole a été appliqué avec succès pour déterminer l’hétérogénéité uILC, leur réponse aux facteurs maternels et fœtaux affectant la grossesse, leur profil d’expression génique et leurs fonctions.
Décrit ici est une méthode simple pour obtenir un rendement élevé de lymphocytes innés utérins à partir de l’utérus individuel enceinte. Cette méthode préserve l’expression de surface des protéines et la fonctionnalité des lymphocytes innés utérins et convient à des applications ultérieures telles que le phénotypage FACS, l’ARNiq, la protéomique ou les tests fonctionnels. Ici, l’accent est mis sur le phénotypage des uIC du groupe 1 par cytométrie en flux.
L’utérus est composé de trois couches : l’endomètre, le myomètre et le périmétrie (Figure 1). L’endomètre est la muqueuse, tapissant la lumière de l’utérus. La progestérone, produite par le corps jaune, convertit l’endomètre en décidua. Le myomètre est composé de deux couches de muscle lisse qui composent la paroi utérine. Le périmétrie est la séreuse qui enveloppe l’utérus et le relie au péritoine par le ligament large appelé mésomètre. Dans une section transversale de l’utérus, la partie opposée à la lumière est appelée côté mésométrial, tandis que la partie proche de la lumière est appelée côté anti-mésométrial. Une variété de leucocytes maternels peuplent l’endomètre et le décidua, y compris plusieurs types de cellules, où les cellules immunitaires innées représentent la grande majorité des cellules. Les cellules lymphoïdes innées (ILC), les macrophages, les cellules dendritiques (DC), ainsi que les lymphocytes T CD4+ et CD8+, les lymphocytes T régulateurs (Tregs) et les cellules B rares peuvent tous jouer un rôle important dans la régulation de l’environnement utérin tout au long de la grossesse1,2. Les ILC dans l’utérus se trouvent non seulement dans la muqueuse, mais aussi dans le myomètre chez la souris. En incluant les trois groupes d’ILC, l’utérus est en effet l’organe le plus densément peuplé par les ILC du groupe 1. Avec la transformation structurelle des tissus utérins tout au long de la gestation, le nombre et la proportion de leucocytes utérins changent également (voir la figure 2A pour un exemple de variations du pourcentage de sous-ensembles uILC du groupe 1)3,4.
Lorsque les souris sont mentionnées dans le présent article, on entend par souche C57BL/6 de souris de laboratoire consanguines. Les souris consanguines (p. ex., les souris IRNM) sont souvent utilisées dans la recherche sur la reproduction en raison de leur taux de reproduction élevé. Cependant, l’utilisation de souches consanguines est nécessaire pour générer des résultats cohérents, et le bagage génétique préféré de l’immunologiste est C57BL / 6, également connu sous le nom de B6.
Environ 30 % des leucocytes utérins dans les mères B6 en milieu de gestation sont des uIC g1, qui sont définis par cytométrie en flux comme des cellules CD45+CD3-CD19-NK1.1+NKp46+ viables (Figure 2B) : NK pro-angiogénique résidant dans les tissus (trNK), IFN-g produisant du NK conventionnel (cNK) et uILC14,5. Le pourcentage de cellules uNK est encore plus élevé chez l’homme, atteignant environ 70% au cours du premier trimestre6. Il y a plus de similitudes que de différences entre l’homme et la souris uNK et uILC7,8. Bien qu’il soit important de garder les différences à l’esprit, il est utile d’intégrer les informations disponibles sur les deux espèces. Lorsque l’on combine les informations obtenues lors de l’étude de l’uILC chez les humains et les rongeurs de laboratoire, il est clair que les cellules NK aident aux changements homéostatiques essentiels à la biologie de l’utérus, y compris le maintien de l’intégrité artérielle9 et le remodelage de l’artère en spirale10, ainsi que l’invasion des trophoblastes11,12. Ils jouent également des rôles spécifiques dans la défense contre les agents pathogènes13,14. Chez la souris et le rat, en plus de remplir la décidua autour du site d’implantation, les cellules NK s’accumulent entre les deux couches musculaires du myomètre des mères dans une structure transitoire connue sous le nom d’agrégat lymphoïde mésométrial de la grossesse (MLAp)15 (Figure 1B), également connue dans le passé sous le nom de glande métriale, dont la fonction n’a pas encore été découverte.
Voici un protocole détaillé de la méthode utilisée en laboratoire pour isoler les lymphocytes de l’utérus de souris gravides en utilisant une combinaison de désagrégation mécanique et de digestion enzymatique. Comme l’utérus entier est utilisé dans la méthode, les lymphocytes isolés de l’utérus pendant la gestation sont un mélange de cellules décidues et myométriques. Une dissection supplémentaire de la décidua de la paroi utérine et de son MLAp est possible, et elle a été décrite précédemment16. La méthode décrite ici a été développée pour obtenir des lymphocytes utérins tout en préservant l’expression de surface des protéines, la fonctionnalité cellulaire et la viabilité. Le résultat est une suspension unicellulaire avec un minimum de débris cellulaires résiduels et un rendement allant généralement de 1 à 5 millions de cellules à mi-gestation (10,5 jours) pour un utérus enceinte. Les applications de cette méthode englobent le phénotypage par cytométrie en flux, le tri cellulaire pour des études transcriptomiques ou protéomiques ultérieures, des études fonctionnelles telles que la production intracellulaire de cytokines, la dégranulation, ELISPOT ou des essais cytotoxiques. Le protocole présenté ici se concentre sur l’identification des ILC du groupe 1, mais peut être adapté à d’autres types de cellules telles que d’autres ILC, lymphocytes T, cellules B, DC ou macrophages avec des modifications mineures du panel d’anticorps utilisé pour l’analyse FACS. Le protocole peut également être utilisé pour isoler les cellules d’autres tissus et pour les utérus non enceintes regroupés.
La méthode contient plusieurs étapes critiques discutées ci-après. La première étape critique consiste à obtenir plusieurs grossesses synchrones, car la fréquence relative des populations de leucocytes change au cours de la grossesse. Le fait d’avoir plusieurs barrages au même jour de gestation permet soit des répétitions biologiques dans les mêmes expériences, soit de regrouper des lymphocytes de barrages individuels pour obtenir un plus grand nombre requis pour les applications en aval. L’accouplement chronométré permet au chercheur d’identifier la conception dans un délai de 24 heures. Bien que les souris vivent environ 2,5 ans, elles seront en âge de procréer de 4 à 7 semaines jusqu’à l’âge de 6 à 8 mois. Comme les souris plus jeunes produisent généralement des petits chiots, les souris femelles ne sont généralement pas accouplées avant d’avoir entre 6 et 8 semaines, et les souris mâles jusqu’à ce qu’elles aient entre 8 et 10 semaines. Étant donné que l’œstrus dure environ 15 h chez la souris et se produit tous les 4-5 jours, le taux d’accouplement typique (révélé par un bouchon vaginal, voir la figure 4) est d’environ 25%. Il est donc important d’utiliser des souris dans l’œstrus et de prévoir un nombre suffisant pour obtenir le nombre requis de barrages pour une expérience donnée. La phase du cycle de l’œstrus peut être déterminée par cytologie du frottis vaginal22. Le taux de bouchon peut être amélioré en reposant les mâles 48 h avant l’accouplement et en profitant de l’effet Whitten18. Alternativement, on peut administrer du sérum de jument enceinte, qui imite l’effet de l’hormone folliculo-stimulante endogène, induisant la maturation des ovocytes et, 42-50 h plus tard, la gonadotrophine chorionique humaine, qui imite l’effet de l’hormone lutéinisante endogène, induisant l’ovulation. Ce traitement hormonal contourne la nécessité de l’œstrus et rend pratiquement toutes les femelles traitées réceptives.
Une deuxième étape critique consiste à assurer la qualité de la coloration FACS. Les anticorps utilisés en cytométrie en flux doivent toujours être titrés et utilisés à la concentration optimale, et il est nécessaire de vérifier que la digestion enzymatique ne clivent pas les épitopes antigéniques cruciaux. Pour évaluer si une enzyme va cliver un épitope, on pourrait tacher deux fractions du même échantillon en parallèle, l’une subissant une digestion enzymatique et l’autre une digestion mécanique. De même, l’utilisation de contrôles appropriés et de taches uniques est cruciale pour obtenir des données fiables. Pour les événements rares, les perles peuvent être utilisées pour générer des échantillons de taches uniques. Il est recommandé de ne pas utiliser de billes pour mettre en place des tensions, mais plutôt une population de cellules contenant des lymphocytes et d’autres leucocytes, tels que les splénocytes. Si des perles sont utilisées, il est nécessaire de titrer les anticorps pour la coloration des perles, de sorte que l’intensité de fluorescence des perles colorées sera comparable à l’intensité de fluorescence des cellules. En cas de difficulté à séparer les cellules positives des cellules négatives pour un marqueur particulier, un contrôle FMO peut également être utilisé pour faciliter la vérification d’un marqueur spécifique. Dans le cas des marqueurs intracellulaires, un contrôle d’isotype doit être utilisé car la coloration intracellulaire pourrait entraîner des anticorps résiduels non liés, qui peuvent encore être présents dans les cellules après les étapes de lavage et donc augmenter le signal de fond. Il est recommandé d’exécuter les échantillons dans les 24 heures suivant la fixation des cellules pour obtenir les meilleurs résultats de phénotypage par analyse FACS, car l’autofluorescence augmente considérablement avec le temps et l’intensité de fluorescence de certains anticorps peut diminuer avec le temps.
Un autre facteur crucial à considérer est l’application en aval de la suspension monocellulaire obtenue avec le protocole. Pour les tests fonctionnels, il est essentiel de travailler dans des conditions stériles. De même, pour les études omiques ultérieures, il est important de travailler sans Nacse stérile et RNase, DNase et protéase.
Le protocole présenté ici se concentre sur le phénotypage des ILC du groupe 1, mais peut être adapté pour phénotyper d’autres types de cellules en modifiant le panel d’anticorps. Il est recommandé que tous les anticorps soient testés contre la suspension cellulaire digérée et non digérée pour détecter la perte / altération des épitopes de surface par le traitement enzymatique. De même, différentes enzymes peuvent être utilisées pour digérer le tissu et augmenter le rendement cellulaire, mais son effet sur les épitopes antigéniques cruciaux doit être soigneusement étudié. Alors que NKp46 est un bon marqueur pour les cellules NK spléniques et fonctionne dans toutes les souches de souris de laboratoire, l’expression de NKp46 sur les cellules uNK chez les souris C57BL / 6 est considérablement plus faible que sur les cellules NK de la rate. Il est préférable de tacher simultanément pour NK1.1 et NKp46. Si plusieurs organes doivent être comparés directement, il est recommandé de traiter tous les échantillons de la même manière, même si la digestion enzymatique n’est pas nécessaire pour des tissus tels que la rate ou la moelle osseuse. Bien que la méthode présentée ici soit applicable à l’utérus non gravide, l’isolement de l’anneau lymphocytaire par un gradient de Percoll en deux phases sera difficile, et le rendement des cellules isolées peut être trop faible pour une analyse FACS fiable et nécessitera donc la mise en commun de cellules isolées de l’utérus de souris individuelles non enceintes23.
Il y a des limites au protocole à prendre en compte pour l’interprétation des données. Comme c’est le cas pour tous les tissus, les lymphocytes circulants provenant du sang seront isolés aux côtés des cellules résidentes des tissus. Si l’exclusion des lymphocytes circulants est essentielle pour l’interprétation des données, une coloration intravitale peut être effectuée pour marquer les cellules circulantes. En outre, une deuxième limitation du protocole est que certaines cellules seront perdues car toutes les cellules ne peuvent pas être extraites du tissu. Les problèmes les plus courants et leur dépannage sont présentés dans le tableau 2.
Historiquement, l’étude des cellules dans les tissus s’est appuyée sur l’examen histologique des coupes de tissus. L’excellente revue de Sandra Peel24 résume le travail effectué sur plus de 100 ans jusqu’à la fin des années 80. Des descriptions de cellules connues plus tard sous le nom de cellules uNK apparaissent en effet dans des manuscrits publiés plus d’un demi-siècle avant même la découverte des lymphocytes. Ainsi, avant la découverte des cellules NK en 1975, et les cellules uNK ont été indiquées comme des cellules de glycogène maternelle ou des cellules de glande métariale granulées. Anne Croy a apporté des contributions majeures dans le domaine25 et a gentiment enseigné à l’équipe la dissection qu’elle avait optimisée3, et qui est utilisée actuellement. Bien qu’il soit essentiel pour décrire la morphologie et l’emplacement tissulaire des cellules uNK, l’examen histologique classique se limite à la détection de quelques marqueurs sur les cellules d’intérêt. En 2008, une méthode basée sur la cytométrie en flux pour détecter simultanément plusieurs marqueurs sur les lymphocytes utérins a été décrite26. Il s’agit essentiellement de la méthode décrite dans le présent document. Des technologies plus récentes telles que la transcriptomique spatiale et l’imagerie par cytométrie de masse combinent la puissance de l’histologie et de la cytométrie en flux, permettant à la fois la détection simultanée de plusieurs gènes ou protéines, respectivement, et la préservation de l’architecture tissulaire normale.
Les applications de la méthode décrite ici sont multiples et comprennent le phénotypage FACS, le test fonctionnel (comme ELISPOT, la dégranulation ou les essais cytotoxiques), le tri cellulaire et la transcriptomique ou la protéomique ultérieure. D’autres applications qui pourraient être développées sur la base de cette méthode comprennent la culture et l’expansion de cellules NK déciduales après le tri cellulaire ou l’enrichissement par épuisement négatif. Actuellement, il n’existe aucun protocole pour cultiver et développer des cellules uNK de souris et préserver leur viabilité et leur fonctionnalité pendant une période prolongée, de la même manière que les cellules NK humaines qui peuvent être cultivées et étendues pendant 7 à 14 jours par ajout d’IL-2 ou d’une combinaison IL-12 et IL-15. L’optimisation d’une telle méthode pour les cellules uNK de souris offrirait plus de flexibilité lors de l’exécution de tests fonctionnels et permettrait de tester plusieurs conditions avec un nombre de cellules plus élevé. D’autre part, les conditions de culture sont connues pour modifier le phénotype unique des lymphocytes et potentiellement leur fonction aussi.
The authors have nothing to disclose.
Nous remercions les membres de l’équipe précédents et actuels qui ont contribué au développement de cette méthode, notamment Jean-Marc Doisne, Norman Shreeve, Iva Filipovic et Anita Qualls. Cette recherche a été financée par le Wellcome Trust [Grant number 200841/Z/16/Z] et le Medical Research Council (MR/P001092/1). Aux fins du libre accès, l’auteur a appliqué une licence de droit d’auteur public CC BY à toute version manuscrite acceptée par l’auteur découlant de cette soumission.
70 µm cell strainers | Falcon | 352350 | |
BSA | Sigma | A9647-100G | |
CD19 antibody | BD | 562701 | |
CD3 antibody | BD | 562600 | |
CD45 antibody | BioLegend | 103108 | |
CD49a antibody | BD | 740262 | |
DNase I | Roche (Sigma) | 10104159001 | |
EOMES antibody | eBioscience | 12-4875-82 | |
Fc block Trustain fcx | BioLegend | 101320 | |
Fetal Bovine Serum | Gibco | 10217-106 | |
Fix/Perm buffer (part of BD Cytofix/Cytoperm Fixation/Permeabilization Kit) | BD | 554714 | |
HBSS, calcium, magnesium, no phenol red | Gibco | 14025092 | |
Liberase DH | Roche (Sigma) | 5401089001 | |
Lysis buffer Pharmlyse | BD | 555899 | |
NK1.1 antibody | BioLegend | 108739 | |
NKp46 antibody | BioLegend | 137608 | |
Paraformaldehyde 16% Solution (methanol-free) | Agar Scientific | AGR1026 | |
PBS 10x | Gibco | 14030-048 | |
PBS 1x (no Ca2+ or Mg2+) | Thermo Scientific | 14190144 | |
Percoll | VWR international | 17-0891-01 | |
Phosphate buffered saline | Sigma-Aldrich | P5368-10PAK | |
Pre-Separation filters | Miltenyi | 130-095-823 | |
RMPI-1640 medium + GlutaMAX | Gibco | 61870-010 | |
UltraPure 0.5M EDTA, pH 8.0 | Thermo Scientific | 15575020 | |
Zombie Violet Fixable Viability dye | BioLegend | 423113 |