Это метод выделения лимфоидных клеток матки как от беременных, так и от небеременных мышей. Этот метод может быть использован для нескольких последующих приложений, таких как фенотипирование FACS, сортировка клеток, функциональные анализы, РНК-seq и протеомика. Протокол здесь демонстрирует, как фенотип группы 1 врожденных лимфоидных клеток матки методом проточной цитометрии.
Здесь описан простой метод выделения и фенотипа мышиной группы 1 врожденных лимфоидных клеток матки (g1 uILCs) из отдельной беременной матки методом проточной цитометрии. Протокол описывает, как настроить время спаривания для получения нескольких синхронных дамб, механическое и ферментативное сбраживание беременной матки, окрашивание одноклеточных суспензий и стратегию FACS для фенотипирования и дискриминации g1 uILC. Хотя этот метод неизбежно теряет пространственную информацию о клеточном распределении внутри ткани, протокол был успешно применен для определения гетерогенности uILC, их реакции на материнские и плодные факторы, влияющие на беременность, их профиля экспрессии генов и их функций.
Здесь описан простой метод получения высокого выхода врожденных лимфоцитов матки из отдельной беременной матки. Этот метод сохраняет поверхностную экспрессию белка и функциональность врожденных лимфоцитов матки и подходит для последующих применений, таких как фенотипирование FACS, RNAseq, протеомика или функциональные анализы. Здесь основное внимание уделяется фенотипированию uILC группы 1 с помощью проточной цитометрии.
Матка состоит из трех слоев: эндометрия, миометрия и периметрия (рисунок 1). Эндометрий – это слизистая оболочка, выстилающая просвет матки. Прогестерон, вырабатываемый желтым телом, превращает эндометрий в децидуа. Миометрий состоит из двух слоев гладких мышц, которые составляют стенку матки. Периметрий – это сероза, которая обертывает матку и соединяет ее с брюшиной через широкую связку, называемую мезометрием. В поперечном сечении матки часть, противоположная просвету, называется мезометрической стороной, в то время как часть, близкая к просвету, называется антимезометрической стороной. Различные материнские лейкоциты населяют эндометрий и децидуа, включая несколько типов клеток, где врожденные иммунные клетки представляют подавляющее большинство клеток. Врожденные лимфоидные клетки (ILC), макрофаги, дендритные клетки (DC), а также CD4 + и CD8 + Т-лимфоциты, регуляторные Т-клетки (Tregs) и редкие В-клетки могут играть важную роль в регуляции среды матки на протяжении всей беременности1,2. ИЛК в матке обнаруживаются не только в слизистой оболочке, но и в миометрии у мышей. Включая все три группы ILC, матка действительно является органом, наиболее густонаселенным ILC группы 1. При структурной трансформации тканей матки на протяжении всей беременности количество и доля лейкоцитов матки также изменяются (см. Рисунок 2А для примера вариаций в процентном соотношении подмножеств uILC группы 1)3,4.
Когда мыши упоминаются в этой статье, имеется в виду штамм C57BL/6 инбредных лабораторных мышей. Бесподные мыши (например, мыши СМПРТ) часто используются в репродуктивных исследованиях из-за их высокой репродуктивной скорости. Тем не менее, использование инбредных штаммов необходимо для получения последовательных результатов, и любимым генетическим фоном иммунолога является C57BL / 6, также известный как B6.
Приблизительно 30% лейкоцитов матки в плотинах B6 в середине беременности являются g1 uILCs, которые определяются проточной цитометрией как жизнеспособные cd45 + CD3-CD19-NK1.1 + NKp46 + клетки (рисунок 2B): проангиогенные тканевые резидентные NK (trNK), IFN-g, продуцирующие обычный NK (cNK), и uILC14,5. Процент клеток uNK еще выше у людей, достигая около 70% в первом триместре6. Существует больше сходств, чем различий между человеческим и мышиным uNK и uILC7,8. Хотя важно помнить о различиях, полезно интегрировать имеющуюся информацию о двух видах. Если объединить информацию, полученную в результате исследования uILC у людей и лабораторных грызунов, становится ясно, что NK-клетки помогают в гомеостатических изменениях, необходимых для биологии матки, включая поддержание целостности артерий9 и ремоделирование спиральных артерий10, а также инвазию трофобластов11,12. Они также играют определенную роль в защите от патогенов13,14. У мышей и крыс, помимо заполнения децидуа вокруг места имплантации, NK-клетки накапливаются между двумя мышечными слоями миометрия плотин в переходной структуре, известной как мезометриальная лимфоидная совокупность беременности (MLAp)15 (рисунок 1B), также известная в прошлом как метриальная железа, функция которой еще не обнаружена.
Здесь описан подробный протокол метода, применяемого в лаборатории для выделения лимфоцитов из матки беременных мышей с использованием комбинации механической дезагрегации и ферментативного пищеварения. Поскольку в методе используется вся матка, лимфоциты, выделенные из матки во время вынашивания плода, представляют собой смесь децидуальных и миометриальных клеток. Возможно дальнейшее рассечение децидуа из стенки матки и его ОМП, и это было описано ранее16. Описанный здесь способ был разработан для получения маточных лимфоцитов при сохранении поверхностной экспрессии белка, клеточной функциональности и жизнеспособности. Результатом является одноклеточная суспензия с минимальным остаточным клеточным мусором и выходом, обычно варьирующимся от 1-5 миллионов клеток в середине беременности (10,5 дней) для беременной матки. Применение этого метода включает фенотипирование с помощью проточной цитометрии, сортировку клеток для последующих транскриптомных или протеомных исследований, функциональные исследования, такие как внутриклеточная цитокиновая продукция, дегрануляция, ELISPOT или цитотоксические анализы. Протокол, представленный здесь, фокусируется на идентификации ILC группы 1, но может быть адаптирован для других типов клеток, таких как другие ILC, Т-клетки, В-клетки, DC или макрофаги с незначительными модификациями панели антител, используемой для анализа FACS. Протокол также может быть использован для выделения клеток из других тканей и для объединенных небеременных матк.
Метод содержит несколько критических шагов, обсуждаемых ниже. Первым критическим шагом является получение многоплодной синхронной беременности по мере изменения относительной частоты популяций лейкоцитов во время беременности. Наличие нескольких плотин в один и тот же гестационный день позволяет либо биологические повторы в одних и тех же экспериментах, либо объединять лимфоциты из отдельных плотин для получения большего количества, необходимого для последующих применений. Временное спаривание позволяет исследователю точно определить зачатие в течение 24-часового периода. Хотя мыши живут около 2,5 лет, они будут репродуктивного возраста от 4-7 недель до 6-8 месяцев. Поскольку молодые мыши обычно производят более мелких детенышей, самки мышей, как правило, не спариваются, пока им не исполнится 6-8 недель, а самцы мышей до тех пор, пока им не исполнится 8-10 недель. Учитывая, что течка длится около 15 ч у мышей и происходит каждые 4-5 дней, типичная скорость спаривания (выявляется влагалищной пробкой, см. Рисунок 4) составляет около 25%. Поэтому важно использовать мышей при течке и планировать достаточное количество, чтобы получить необходимое количество плотин для данного эксперимента. Фазу цикла течки можно определить по цитологии влагалищного мазка22. Скорость пробки может быть улучшена путем отдыха самцов за 48 часов до спаривания и использования эффекта Уиттена18. В качестве альтернативы можно вводить беременной кобыльей сыворотке, которая имитирует действие эндогенного фолликулостимулирующего гормона, индуцирующего созревание ооцитов и, через 42-50 ч, хорионического гонадотропина человека, который имитирует действие эндогенного лютеинизирующего гормона, индуцирующего овуляцию. Это гормональное лечение обходит потребность в течке и делает практически всех обработанных женщин восприимчивыми.
Вторым важным шагом является обеспечение качества окрашивания СУИМ. Антитела, используемые в проточной цитометрии, всегда должны титроваться и использоваться в оптимальной концентрации, и необходимо проверить, что ферментативное пищеварение не расщепляет важнейшие антигенные эпитопы. Чтобы оценить, будет ли фермент расщеплять эпитоп, можно окрасить две фракции одного и того же образца параллельно, одна из которых подвергается ферментативному, а другая механическому пищеварению. Аналогичным образом, использование соответствующих элементов контроля и одиночных пятен имеет решающее значение для получения надежных данных. Для редких случаев бусины могут быть использованы для создания одиночных образцов пятен. Рекомендуется использовать не бусины для установки напряжений, а скорее популяцию клеток, содержащих лимфоциты и другие лейкоциты, такие как спленоциты. Если используются бусины, необходимо титровать антитела для окрашивания бусин, поэтому интенсивность флуоресценции окрашенных шариков будет сопоставима с интенсивностью флуоресценции клеток. В случае трудностей с отделением положительных клеток от отрицательных для конкретного маркера, контроль FMO также может быть использован для облегчения захвата для конкретного маркера. В случае внутриклеточных маркеров необходимо использовать контроль изотипа, поскольку внутриклеточное окрашивание может привести к остаточным несвязанным антителам, которые все еще могут присутствовать в клетках после этапов промывки и, следовательно, увеличивать фоновый сигнал. Рекомендуется запускать образцы в течение 24 ч после фиксации клеток для получения наилучших результатов фенотипирования с помощью анализа FACS, поскольку автофлуоресценция значительно увеличивается с течением времени, а интенсивность флуоресценции некоторых антител может со временем снижаться.
Другим решающим фактором, который следует учитывать, является последующее применение одноэлементной суспензии, полученной с помощью протокола. Для функциональных анализов важно работать в стерильных условиях. Аналогично, для последующих исследований омики важно работать в стерильных и РНКазных, ДНКазных и протеазных.
Протокол, представленный здесь, фокусируется на фенотипирующих ILC группы 1, но может быть адаптирован для фенотипирования других типов клеток путем модификации панели антител. Рекомендуется, чтобы все антитела были протестированы против переваренной и непереваренной клеточной суспензии, чтобы обнаружить потерю / изменение поверхностных эпитопов с помощью ферментативного лечения. Точно так же различные ферменты могут быть использованы для переваривания ткани и увеличения выхода клеток, но его влияние на важнейшие антигенные эпитопы должно быть тщательно изучено. В то время как NKp46 является хорошим маркером для селезеночных NK-клеток и работает во всех штаммах лабораторных мышей, экспрессия NKp46 на uNK-клетках у мышей C57BL/6 значительно ниже, чем на NK-клетках селезенки. Лучше всего окрашивать как для NK1.1, так и для NKp46 одновременно. Если несколько органов должны быть сопоставлены напрямую, рекомендуется рассматривать все образцы одинаково, даже если ферментативное пищеварение не требуется для таких тканей, как селезенка или костный мозг. Хотя метод, представленный здесь, применим к небеременной матке, выделение кольца лимфоцитов двухфазным градиентом Перколла будет сложным, а выход изолированных клеток может быть слишком низким для надежного анализа FACS и, следовательно, потребует объединения клеток, изолированных из матки отдельных, небеременных мышей23.
Существуют ограничения протокола, которые следует учитывать при интерпретации данных. Как и в случае со всеми тканями, циркулирующие лимфоциты, поступающие из крови, будут изолированы вместе с клетками-резидентами ткани. Если исключение циркулирующих лимфоцитов имеет важное значение для интерпретации данных, прижизненное окрашивание может быть выполнено для маркировки циркулирующих клеток. Кроме того, вторым ограничением протокола является то, что некоторые клетки будут потеряны, поскольку не все клетки могут быть извлечены из ткани. Наиболее распространенные проблемы и их устранение представлены в таблице 2.
Исторически сложилось так, что изучение клеток в тканях опиралось на гистологическое исследование тканевых срезов. Превосходный обзор Сандры Пил24 суммирует работу, проделанную за более чем 100 лет до конца 80-х годов. Описания клеток, позже известных как uNK-клетки, действительно появляются в рукописях, опубликованных более чем за полвека до того, как лимфоциты были даже обнаружены. Так, до открытия NK-клеток в 1975 году и uNK-клетки были обозначены как материнские гликогенные клетки или гранулированные клетки метриальной железы. Энн Крой внесла большой вклад в эту область25 и любезно научила команду рассечению, которое она оптимизировала3, и это используется в настоящее время. Хотя он играет важную роль в описании морфологии и расположения тканей клеток uNK, классическое гистологическое исследование ограничено обнаружением только нескольких маркеров на интересующих клетках. В 2008 году был описан метод одновременного обнаружения нескольких маркеров на лимфоцитах матки на основе проточной цитометрии26. По сути, это метод, который был описан в этой статье. Более поздние технологии, такие как пространственная транскриптомика и визуализация с помощью массовой цитометрии, сочетают в себе силу гистологии и проточной цитометрии, позволяя как одновременно обнаруживать несколько генов или белков, соответственно, так и сохранять нормальную архитектуру ткани.
Приложения метода, описанного здесь, являются множественными и включают фенотипирование FACS, функциональный анализ (такой как ELISPOT, дегрануляция или цитотоксические анализы), сортировку клеток и последующую транскриптомику или протеомику. Дальнейшие приложения, которые могут быть разработаны на основе этого метода, включают культивирование и расширение децидуальных NK-клеток после сортировки или обогащения клеток путем отрицательного истощения. В настоящее время не существует протокола культивирования и расширения мышиных uNK-клеток и сохранения их жизнеспособности и функциональности в течение длительного периода, аналогично человеческим NK-клеткам, которые можно культивировать и расширять в течение 7-14 дней путем добавления IL-2 или комбинации IL-12 и IL-15. Оптимизация такого метода для мышечных uNK-клеток обеспечит большую гибкость при выполнении функциональных анализов и позволит протестировать несколько условий с более высоким числом клеток. С другой стороны, известно, что условия культивирования изменяют уникальный фенотип лимфоцитов и, возможно, их функцию.
The authors have nothing to disclose.
Мы благодарим предыдущих и нынешних членов команды, которые помогли разработать этот метод, в том числе Жан-Марка Дуана, Нормана Шрива, Иву Филипович и Аниту Куоллс. Это исследование финансировалось Фондом Wellcome [Номер гранта 200841/Z/16/Z] и Советом по медицинским исследованиям (MR/P001092/1). В целях открытого доступа автор применил публичную лицензию CC BY на авторское право к любой версии принятой автором рукописи, вытекающей из этой заявки.
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 |