Questo protocollo descrive un’analisi di trappola extracellulari del neutrofilo (NET) altamente sensibile e ad alto rendimento per la quantificazione semiautomatizzata di ex vivo NET formazione mediante microscopia confocale tridimensionale di immunofluorescenza. Questo protocollo può essere utilizzato per valutare la formazione netta e degrado dopo stimoli diversi e può essere utilizzato per lo studio di potenziali terapie mirate al NET.
Trappole extracellulari del neutrofilo (reti) sono strutture di DNA extracellulare immunogenici che possono essere rilasciati dai neutrofili su una vasta gamma di trigger. Le reti sono state dimostrate per servire come un meccanismo di difesa importante ospite che intrappola e uccide i microrganismi. D’altra parte, sono stati implicati in varie malattie autoimmuni sistemiche. Le reti sono strutture immunogeniche e tossiche contenenti un pool di autoantigeni rilevanti, tra cui gli anticorpi citoplasmici del anti-neutrofilo (ANCA)-associated vasculitis (AAV) e lupus eritematoso sistemico (Les). Diverse forme di reti possono essere indotta a seconda dello stimolo. La quantità di reti può essere quantificata utilizzando diverse tecniche, compresa la misurazione del rilascio di DNA in surnatanti, misurazione del DNA-complessato con NET-molecole come mieloperossidasi (MPO) o elastasi del neutrofilo (NE), misurare la presenza di citrullinato istoni di microscopia a fluorescenza, o rilevamento di cytometric di flusso di NET-componenti che tutti hanno caratteristiche diverse per quanto riguarda la loro specificità, sensibilità, obiettività e quantità. Qui è un protocollo per quantificare ex vivo NET formazione in un modo altamente sensibili, ad alta velocità mediante microscopia confocale in immunofluorescenza tridimensionale. Questo protocollo può essere applicato per risolvere varie domande di ricerca sulla formazione netta e degrado nella salute e nella malattia.
La formazione di trappole extracellulari del neutrofilo (reti) è il processo in cui i neutrofili rilasciare il loro DNA in un web di (3D) tridimensionale extracellulare come struttura, complessato con una vasta gamma di molecole antimicrobiche e pericolosi, granulare e gli enzimi citoplasmatici, peptidi e proteine. Queste strutture immunogeniche e tossiche hanno un ruolo fisiologico importante nella difesa immunitaria innata di individui sani di cattura e uccisione patogeni infettivi1. Tuttavia, inoltre sono stati dimostrati per essere coinvolti nella trombosi2 e varie malattie autoimmuni sistemiche, tra cui gli anticorpi citoplasmici del anti-neutrofilo (ANCA)-associato vasculite (AAV)3, lupus eritematoso sistemico (SLE )4,5, sindrome da anticorpi antifosfolipidi (APS)2,6, artrite reumatoide (RA), psoriasi e gotta7,8,9.
Formazione in vitro di netto è stata ampiamente studiata con il composto chimico di phorbol 12-myristate 13-acetato (PMA), che induce la massiccia formazione netta. Tuttavia più stimoli fisiologici inducono livelli molto più bassi di formazione netta10. Studio NET-trigger in, ad esempio, un’impostazione di malattia autoimmune, un dosaggio quantitativo standardizzato, sensibile, ad alta produttività è necessario per rilevare e quantificare la formazione netta. Quantificazione delle reti ha dimostrato di essere impegnativo e attualmente viene eseguita con metodi diversi, ognuno con i propri vantaggi e limitazioni11. Un metodo comunemente usato è la rilevazione di DNA nei surnatanti12, che è obiettivo ma non discrimina tra l’origine del DNA (apoptosi, necrosi, reti) e pertanto non è molto specifico per le reti. In secondo luogo, l’analisi enzima-collegata dell’immunosorbente (ELISAs) di DNA-complessato con proteine NET-specifico, ad esempio, mieloperossidasi (MPO) o elastasi del neutrofilo (NE), sono un approccio più specifico per rilevare reti e sono state dimostrate per correlano bene con citrullinato reti positivo istone-3 (CitH3)13. Tuttavia, non è noto se questo metodo è abbastanza sensibile per raccogliere tutte le reti (per esempio, MPO, NE e CitH3 negative reti). Un terzo approccio è microscopia di immunofluorescenza che viene utilizzata per rilevare co-localizzazione di molecole NET-associate (NE, MPO, CitH3) con il DNA extracellulare per quantificare le reti. Questo metodo è in genere specifico per le reti, ma non può essere applicato come un metodo di alto-rendimento e non è obiettivo a causa di pregiudizi di osservatore. Inoltre, questo metodo non prende in considerazione MPO-, NE-, le reti di CitH3-negativi che sono frequentemente presenti a seconda le usate NET-grilletto14,15. Approcci di flusso cytometry rilevano reti attraverso una dispersione avanti/lateralmente modificata (FSC/SSC) che indica il gonfiore del nucleo in NET-ting neutrofili16. Questo metodo non prende in considerazione le diverse forme di formazione netta che sono stati identificati, che non potrebbe comportare gonfiore del nucleo, come formazione netta vitale17. Infine, la microscopia di immunofluorescenza confocale è stata applicata per visualizzare e quantificare la formazione netta macchiando direttamente il DNA extracellulare con un colorante cellulare impermeabile che macchie extracellulare DNA12,18. In genere, 5 per 10 campi ad alta potenza sono manualmente selezionati e valutati, che copre 1-5% di ciascun pozzetto di una piastra a 96 pozzetti11,17. Selezione manuale delle immagini non è sempre obiettiva, incline a pregiudizi e non attraente per analisi di alto-rendimento. Un test automatizzato, alto-rendimento netto quantificazione è stato recentemente sviluppato, che imaged 11% del pozzo in modo 3D che copre 13 µm attraverso microscopia confocale immunofluorescenza Z-impilati, determinando così una tecnica altamente sensibile per valutare le reti rispetto ai metodi convenzionali10. Il rapporto corrente descrive il protocollo più recente per quantificare la formazione netta attraverso un’analisi automatizzata, altamente sensibile usando microscopia confocale 3D, che raggiunge una superficie totale di imaged del 45% di ciascun pozzetto e copre 27 µm attraverso Z-stack. Questo protocollo è adatto per quantificare, con una sensibilità elevata, bassi livelli di formazione netta in modo obiettivo e imparziale.
La parte più critica di questo test è la necessità di utilizzare i neutrofili appena isolati per ogni esperimento perché i neutrofili sono di breve durati e morire quando congelati. Ciò richiede un donatore sano ogni volta, che potrebbe implicare alcune variazioni a causa di caratteristiche del donatore. Una di queste variazioni è lo stato di attivazione dei neutrofili. Neutrofili potrebbero essere attivati già in vivo prima dell’isolamento. Inoltre, i neutrofili possono essere attivati durante la procedura di isolamento in particolare durante la lisi degli eritrociti, pertanto un gestore con esperienza di neutrofili è necessaria per ridurre al minimo l’attivazione dei neutrofili. In generale, isolamento dei neutrofili dovrebbe essere effettuato appena possibile dopo il disegno del sangue e l’esperimento non dovrebbe essere messo in pausa per evitare eccessiva attivazione spontanea. In secondo luogo, dovrebbe essere evitato il trattamento approssimativo dei neutrofili. Come tale, il vantaggio notevole del protocollo descritto è i pipettaggio interventi minimi, una volta che i neutrofili sono seminati in una piastra a 96 pozzetti. D’importanza, lo stato di attivazione dei neutrofili è preferibile valutare nella condizione non stimolata, in cui questa analisi sensibile può rilevare i bassi livelli di formazione netta. Un altro fattore che potrebbe influenzare il test è l’uso di FCS nel mezzo. La percentuale di FCS è stato ridotto dal 10% al 2% per evitare la possibile soppressione di formazione netta da attività antiossidante19,20 o l’eventuale attivazione dei neutrofili nonostante inattivazione termica. Cultura senza FCS o con l’uso di diversi tipi di media non è stato provato. Un controllo non stimolato o medio è sempre portato quando si esegue il test per avere un’indicazione del segnale sfondo (ad esempio, stato di attivazione dei neutrofili). L’aumento di piega per ogni stimolo rispetto al campione non stimolato è visualizzato per ottenere risultati coerenti nel corso di diversi esperimenti utilizzando lo stesso stimolo.
Un fattore importante per un possibile fondo elevato sta macchiando di DNA extracellulare che è correlato al processo di formazione netta. Il presente saggio tenta di ridurre questo rimuovendo la macchiatura del DNA extracellulare immediatamente dopo il periodo di incubazione breve di 15 min e analizzando la piastra direttamente dopo la fissazione. Pertanto, è essenziale utilizzare un microscopio confocale avanzato che ha abbastanza velocità e potenza di analisi per catturare la piastra a 96 pozzetti entro 1 a 2 h. automatizzato impostazione del tempo di esposizione e messa a fuoco è consigliata. Come tale, l’impostazione di microscopio può variare tra ogni campione e sperimentare per quanto riguarda la soglia di intensità di colore che è necessaria per una qualità immagine ottimale nel complesso. Le influenze di quest’ultime la possibilità eventuale di quantificare correttamente i neutrofili e le reti e l’impostazione ottimale dovrebbe pertanto essere confermato utilizzando campioni di controllo multipli (per esempio, del siero di controlli sani). Durante l’analisi delle immagini catturate, l’uso di una soglia in pixel e la soglia di dimensioni nel programma di analisi permette una migliore selezione di formazione netta.
DNA extracellulare derivata dalla formazione netta può essere il risultato delle vie di morte distinte, tra cui NETosis, necroptosis, pyroptosis, ferroptosis o anche non litico processo di formazione netta vitale1. Come tale, una limitazione del presente saggio è che dalla macchiatura solo per DNA extracellulare non c’è alcuna differenziazione possibile fra formazione netta ed altre vie di morte cellulare pertinenti. È possibile ottenere questo risultato utilizzando entrambi gli inibitori selettivi delle vie di morte distinti per discriminare tra le diverse forme che alla base della formazione netta o confermare di immunostainings separata la presenza di specifici marcatori di netto, come citH3 e NE, co-localizzati con DNA. La co-localizzazione di DNA extracellulare con citH3 e NE è stata recentemente confermata per questo dosaggio10. Il vantaggio di evitare netti marcatori specifici per questo test, permette di valutare tutte le forme di formazione netta che conduce all’estrusione di DNA dai neutrofili più completa e più obiettiva possibile con il potenziale di high throughput screening. L’applicabilità del presente protocollo è stato indicato nello studio di basso livello netto induzione mediata da immunocomplessi nella malattia autoimmune in cui la capacità di rilevare differenze qualitative e quantitative potrebbe essere più importante rispetto al tipo di processo coinvolti10,21,22. Dimostrazione del fatto che questo saggio romanzo quantificazione netto può essere di valore aggiunto per i diversi ricercatori a studiare vari aspetti della formazione netta. Piccoli aggiustamenti di dosaggio vengono facilmente implementate: regolazione del periodo di stimolazione, l’uso di un marcatore netto favorito di concentrarsi sulla via di una morte specifici che portano alla formazione di netto, l’uso di un ingrandimento diverso o l’uso di criteri diversi netti in la quantificazione e l’analisi.
In conclusione, il protocollo fornito è un saggio ampiamente applicabile altamente sensibile per la quantificazione semiautomatizzata di formazione netta per la valutazione dell’induzione ex vivo di reti su stimoli diversi.
The authors have nothing to disclose.
Il lavoro di Eline J. Arends e Y.K. Onno Teng è supportato dalla Fondazione olandese Rene (17OKG04), Clinical Fellowship da organizzazione olandese per la ricerca scientifica (90713460). Lavoro di Laura S. van Dam è sostenuto dalla Fondazione per la ricerca in reumatologia (FOREUM).
Aqua Sterile H2O | B. Braun, Melsungen, Germany | 12604052 | |
Fetal bovine serum (FCS) | Bodinco, Alkmaar, The Netherlands | Used in high concentrations it could influcence NET formation | |
Ficoll 5,7% – amidotrizoaat 9% density 1,077 g / mL | LUMC, Leiden, The Netherlands | 97902861 | |
Immunofluorescence confocal microscope | Image Xpress Micro Confocal (Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA) | ||
Neutralization PBS (10x) | Gibco, Paisley, UK | 70011-036 | |
Penicillin / streptomycin (p/s) | Gibco, Paisley, UK | 15070063 | |
Phenol red free RPMI 1640 (1x) | Gibco, Paisley, UK | 11835-063 | Phenol red can interfere with the immunofluorescence signal |
Phosphate-buffered saline (PBS) | B. Braun, Melsungen, Germany | 174628062 | |
PKH26 2 uM Red fluorescent cell linker | Sigma Aldrich Saint-Louis, MO, USA | PKH26GL-1KT | PKH are patented fluorescent dyes and a cell labeling technology named after their discoverer Paul Karl Horan |
Program for scientific multidimensional images analysis | ImageJ, Research Services Branch, National Institute of Mental Health, Bethesda, Maryland, USA | ||
RPMI medium 1640 (1x) | Gibco, Paisley, UK | 52400-025 | |
Sytox green 5 mM Impermeable DNA dye | Gibco, Paisley, UK | 57020 | |
Trypan blue stain 0,4% | Sigma Aldrich, Germany | 17942E | |
96 well, black, flat bottom, tissue culture treated plate | Falcon, NY, USA | 353219 |