Summary

هضم عيون الماوس كله لتحليل Cytometric تدفق متعدد المعلمة من البلاعات أحادية النوى

Published: June 17, 2020
doi:

Summary

يوفر هذا البروتوكول طريقة لهضم العينين بالكامل في تعليق خلية واحدة لغرض تحليل cytometric تدفق متعدد المعلمة من أجل تحديد مجموعات ب والدمغة أحادية النواة العينية المحددة، بما في ذلك أحادية الخلايا، microglia، الضامة، والخلايا المتجّنة.

Abstract

يلعب الجهاز المناعي الفطري أدوارًا مهمة في الفيزيولوجيا المرضية العينية بما في ذلك التهاب القزحي واعتلال الشبكية السكري والتنكس البقعي المرتبط بالعمر. الخلايا المناعية الفطرية، على وجه التحديد البلعات أحادية النوى، تعبر عن علامات سطح الخلايا المتداخلة، مما يجعل تحديد هذه التجمعات السكانية تحدياً. متعدد المعلمة تدفق cytometry يسمح للتحليل المتزامن، الكمي لعلامات سطح الخلية متعددة من أجل التفريق أحادية، الضامة، microglia، والخلايا التشعب في عيون الماوس. يصف هذا البروتوكول enucleation عيون الماوس كله، تشريح العين، والهضم في تعليق خلية واحدة، وتلطيخ تعليق خلية واحدة لعلامات الخلية النخاعية. بالإضافة إلى ذلك، نحن شرح الطرق المناسبة لتحديد الفولتية باستخدام ضوابط لون واحد ولضبط البوابات الإيجابية باستخدام الفلوريسنس ناقص ضوابط واحدة. القيد الرئيسي للتدفق متعدد المعلمة هو عدم وجود بنية الأنسجة. ويمكن التغلب على هذا القيد من خلال متعدد المعلمة تدفق قياس الخلايا من مقصورات العين الفردية أو لطخة المناعة المجانية. ومع ذلك، فإن الفلوروس المناعي محدود بسبب افتقاره إلى التحليل الكمي والعدد المخفض من الفلوروفورات على معظم المجاهر. نحن نصف استخدام المناظير الخلوية التدفق متعدد الحساسية لتوفير تحليل كمي للغاية من البلعات أحادية النوى في neovascularization المشيمية التي يسببها الليزر. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام قياس تدفق متعدد المعلمة لتحديد مجموعات فرعية للغة الضامة، ورسم خرائط للمصير، وفرز الخلايا للدراسات النسخية أو البروتيومية.

Introduction

يتضمن الجهاز المناعي الفطري أنواع خلايا متعددة تحفز التنشيط والالتهاب. وتشمل الخلايا المناعية الفطرية الخلايا القاتلة الطبيعية (NK) ، والخلايا الصاري ، والبصلات ، واليوزنوفيليات ، والعدلات ، والبلعات أحادية النوى. وقد تورطت في الفعات أحادية النوى، والتي تتكون من أحادية الخلايا، الضامة، والخلايا التشعبية، في الفيزيولوجيا المرضية من حالات العيون متعددة بما في ذلك التهاب القزحية، اعتلال الشبكية السكري، والضمور البقعي المرتبط بالعمر (AMD)1. في هذا البروتوكول، وسوف نركز على تحديد البلعات أحادية النواة باستخدام تحليل cytometric تدفق متعددة المعلمة في نموذج الماوس من أيه أمد neovascular2. هذا البروتوكول قابل للتكيف مع نماذج الماوس من اعتلال الشبكية السكري و / أو التهاب القزحية ، ولكن من المستحسن تشريح العين أكثر شمولا بسبب الطبيعة الجهازية لهذه الأمراض.

تعبر البالعات أحادية النوى عن علامات سطح الخلية المتداخلة. خلايا الضامة المقيمة الأنسجة طويلة الأمد وmicroglia تنشأ من صفار ساك المستمدة من السلف 3 erythromyeloid3، في حين إعادة تدوير الضامة والخلايا التشعبة التمييز من النخاع العظمي التكخير الخلايا التكهنة4. علامات سطح الخلية الماوس المشتركة monocytes، الضامة، وخلايا التشعب تشمل CD45، CD11bF4/80Cx3cr1وعلامة Iba18داخل الخلية. من أجل التغلب على هذا التحدي ، تحليل النسخ من الضامة ، monocytes ، والخلايا التشعب من أنسجة متعددة يعرف CD64 باعتبارها علامة سطح الخلية الضامة الخاصة6. وقد وصفت الضامة في القزحية، المشيمية، الجسم الهدّاج، والعصب البصري في عيون صحية3. وبدلاً من ذلك، فإن تحديد هوية الخلية التشعبية أكثر صعوبة؛ الأسلوب الأكثر تحديدا لتحديد الخلية dendritic يتطلب رسم خرائط مصير باستخدام Zbtb46-GFP مراسل الماوس9. مستقلة عن هذا الخط مراسل، والتعبير عن CD11c وMHCII بالتزامن مع عدم وجود CD64 يمكن تحديد الخلايا التشجر المحتملة6،10. وقد تم تحديد الخلايا التشعبية في القرنية، الملتحمة، القزحية، والمشيمية في عيون طبيعية11. Microglia هي الضامة المتخصصة الموجودة في شبكية العين، محمية من قبل حاجز الدم الشبكية، ومستمدة من صفار كيس الخلايا السلف12. ونتيجة لذلك، يمكن تمييز ميكروجليا الشبكية من الضامة المشتقة من أحادية الخلايا من خلال مستوياتها الخافتة من التعبير CD4513 ومستويات عالية من Tmem119، والذي يتوفر كآلية مضادة مضادة للتدفق14. على microglia التنشيط ، ومع ذلك ، يمكن أن يكون CD45 حتى المنظمة15 و Tmem119 قد تكون أسفل المنظمة3، مما يدل على تعقيد البيولوجيا microglia وهذا من المرجح أن تكون ذات الصلة في كل من AMD ونموذج الماوس. وأخيراً، يمكن تقسيم أحاديات إلى نوعين فرعيين على الأقل، بما في ذلك الكلاسيكية وغير الكلاسيكية. الكلاسيكية monocytes عرض CCR2+Ly6CعاليةCX3CR1 التعبيرالمنخفض، وغير الكلاسيكية monocytes شرح CCR2Ly6CمنخفضةCX3CR1 علاماتعالية 5.

نظرا لضرورة التحليل الكمي للتعبير علامة، أي، مستويات عالية مقابل منخفضة / خافتة، multi-parameter تدفق قياس الخلايا هو الطريقة المثلى للتمييز بين monocytes، الضامة، microglia، والخلايا التشعب في العين والأنسجة الأخرى. وتشمل المزايا الإضافية تحديد مجموعات فرعية، والقدرة على استخدام فرز الخلايا المنشط بالفلور (FACS) لفرز مجموعات الخلايا لتحليل النسخ أو البروتيوم، ورسم خرائط المصير. العيب الرئيسي للتدفق متعدد المعلمة هو عدم وجود بنية الأنسجة. ويمكن التغلب على هذا عن طريق تشريح العيون في مختلف subcompartmentments العين: القرنية، الملتحمة، قزحية العين، العدسة، شبكية العين، ومجمع المشيمية Sclera. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إجراء تصوير المناعة الواعنية، ولكن محدود بعدد العلامات وعدم وجود كمية قوية.

وقد ربطت دراسات الرابطة واسعة الجينوم الجينات تكمل متعددة مع AMD16. تنشيط مكمل يؤدي إلى إنتاج الحساسية, تجنيد الكريات البيض, والتهاب الناتجة. في مستقبلات مكملة ناقص الفئران، إصابة الليزر يقلل من أحادية النوى الفيتويتي تجنيد وneovascularization المشيمية التي يسببها الليزر (CNV) منطقة17. وبالمثل، فإن C-C chemokine مستقبلات 2 (CCR2) ماوس بالضربة القاضية، والذي هو نقص في التوظيف أحادية إلى الأنسجة، ويوضح كلا من تجنيد البليغسيت أحادية النواة وأشعة الليزر التي يسببها CNV المنطقة18. هذه البيانات وصلة تكملة ومونية البلعومات مع CNV التجريبية وربما NEOVASCULAR AMD. دعما لهذا الارتباط، و dysregulated مستقبلات تكملة على monocytes الدم الطرفية في المرضى الذين يعانون من أيه ام دي neovascular19،20. وتبين هذه البيانات وجود ارتباط قوي بين AMD والبلعات أحادية النوى.

في هذه المخطوطة، سوف نستخدم نموذج CNV المستحث بالليزر التجريبي لتوصيف مجموعات البلعومات أحادية النوى في عين الماوس باستخدام عملية تدفق التدفقات متعددة المعالم. بالليزر التي يسببها CNV هو نموذج الماوس القياسية من أيه امد neovascular، والتي أظهرت فعالية العلاج الحالي الخط الأول NEOVASCULAR21. هذا البروتوكول سوف يصف enucleation من عيون الماوس، تشريح العين، والهضم في تعليق خلية واحدة، وتلطيخ الأجسام المضادة، وتحديد الفولتية الليزر باستخدام ضوابط لون واحد، واستراتيجية الغاء باستخدام الفلوريسنس ناقص واحد (FMO) الضوابط. للحصول على وصف مفصل لنموذج CNV الذي يسببه الليزر، يرجى الاطلاع على منشور سابق22. باستخدام هذا البروتوكول، سوف نحدد ميكروجليا، أحادية الخلايا، الخلايا التكجرية، والسّكان الضامة. وعلاوة على ذلك، سوف نستخدم MHCII و CD11c لمزيد من تحديد مجموعات فرعية الضامة داخل نموذج CNV الليزر التي يسببها.

Protocol

وقد وافقت على جميع الإجراءات من قبل جامعة نورث وسترن لجنة الرعاية الحيوانية المؤسسية واستخدامها. تم إيواء الفئران C57BL/6 في منشأة حاجز في مركز الطب المقارن في جامعة نورث وسترن (شيكاغو، إلينوي). تم إيواء جميع الحيوانات في دورة 12/12 ساعة خفيفة / داكنة مع حرية الوصول إلى الطعام والماء. <p class="jove_ti…

Representative Results

أظهر الشكل 1 مدرجات التكرار غير المُؤسَّر لـ SCCs والخلايا بالليزر الأحمر: Alexa647 و Alexa700 و APC-Cy7. في الشكل 1A، يصور الخط الأرجواني ذروة SCC ل Alexa647 ، في حين أظهر الخط السماوي الفرق المقصود 0.5 Log. لاحظ أن الذروة في Alexa700 و APC-Cy7 كانت إلى اليسار (أقل إشراقا) من الخط السماوي. ل…

Discussion

متعدد المعلمة تدفق cytometry يسمح للتحليل الكمي لأنواع الخلايا المتعددة في الأنسجة المعقدة. في هذا التقرير، نحن وصف الكشف عن تدفق الخلايا من السكان البلعميات أحادية النواة، بما في ذلك أحادية الخلايا، والخلايا التشعبية، ومجاميع الضامة، بعد إصابة الليزر في عين الماوس. Liyanage وآخرون ذكرت مؤخرا ا?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

وكان دعم JAL من قبل منحة المعاهد القومية للصحة K08EY030923; تم دعم CMC بمنحة K01 (5K01AR060169) من المعهد الوطني للتشاتيم القومي للأمراض العضلية والعظام ومنحة أبحاث جديدة (637405) من تحالف أبحاث الذئبة.

Materials

0.6 ml microcentrifuge tubes Fisher Scientific 05-408-120
1.7 ml microcentrifuge tubes Costar 3620
10 ml pipettes Fisher Scientific 431031
15 ml conicals ThermoFisher 339650
1x HBSS, 500 ml Gibco 14025-092
2.5 ml syringe Henke Sass Wolf 7886-1
20% paraformaldehyde solution Electron Microscopy Sciences 15713-S
25 ml pipettes Fisher Scientific 431032
30 G needle Exel 26437
3ml luer lock syringe Fisher Scientific 14955457
41 x 41 x 8 mm polystyrene weigh dish Fisher Scientific 08-732-112
50 ml conicals Falcon 352070
96-well, U-bottom assay plate without lid Falcon 353910
Amine reactive beads ThermoFisher A10628
Analysis software FlowJo v 10
Anti-rat and anti-hamster Ig kappa bead set BD Biosciences 552845
C57BL/6J mice Jackson Laboratory 664
Cell counter Invitrogen AMQAX1000
Cell counter slides Invitrogen C10283
Compensation beads ThermoFisher 01-1111-42
Count beads ThermoFisher 01-1234-42
Curved forceps Fisher Scientific 16-100-123
Digestion enzyme Sigma Aldrich 5401020001
Dissecting microscope National Optical and Scientific Instruments, Inc. DC3-420T
Dissociation tubes Miltenyi Biotec 130-096-334
DNase Roche 10104159001
Electronic dissociator Miltenyi Biotec 130-095-937
FACS Diva software BD Biosciences
Fc block, rat anti-mouse CD16/CD32 BD Biosciences 553142
Fine forceps Integra Miltex 17035X
Flow buffer Miltenyi Biotec 130-091-221
Flow cytometer BD Biosciences
Flow tubes Falcon 352008
Hamster anti-mouse CD11c BV421 BD Biosciences 562782
Ice bucket Fisher Scientific 07-210-123
Live/Dead dye ThermoFisher 65-0866-14
Lysing solution, 10x solution BD Biosciences 555899
Micro titer tube and rack Fisher Scientific 02-681-380
Mouse anti-mouse CD64 PE BioLegend 139304
Mouse anti-mouse NK1.1 PECF594 BD Biosciences 562864
P1000 pipet tips Denville Scientific P2404
P1000 pipettor Gilson FA10006M
P2 pipet tips eppendorf 22491806
P2 pipettor Gilson FA10001M
P20 pipettor Gilson FA10003M
P200 pipet tips Denville Scientific P2401
P200 pipettor Gilson FA10005M
Pipet man Fisher Scientific FB14955202
Rat anti-mouse B220 PECF594 BD Biosciences 562313
Rat anti-mouse CD11b APC-Cy7 BD Biosciences 557657
Rat anti-mouse CD19 AlexaFluor 700 BD Biosciences 557958
Rat anti-mouse CD19 PE BD Biosciences 553786
Rat anti-mouse CD4 PECF594 BD Biosciences 562314
Rat anti-mouse CD45 FITC ThermoFisher 11-0451-82
Rat anti-mouse CD45 PE-Cy7 BD Biosciences 552848
Rat anti-mouse CD8 PECF594 BD Biosciences 562315
Rat anti-mouse Ly6C BD Biosciences 561085
Rat anti-mouse Ly6G PECF594 BD Biosciences 562700
Rat anti-mouse MHC II AlexaFluor 700 BioLegend 107622
Rat anti-mouse Siglec F PECF594 BD Biosciences 562757
Rat anti-mouse Tim4 AlexaFluor647 BD Biosciences 564178
Shaking incubator Labnet 311DS
Spring scissors Fine Science Tools 15024-10
Sterile cell strainer, 40 mm nylon mesh Fisher Scientific 22363547
Sterile water, 500 ml Gibco A12873-01
Swinging bucket centrifuge eppendorf 5910 R
Trypan blue, 0.4% solution Gibco 15250061

References

  1. Chinnery, H. R., McMenamin, P. G., Dando, S. J. Macrophage physiology in the eye. Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. 469 (3-4), 501-515 (2017).
  2. Droho, S., Cuda, C. M., Perlman, H., Lavine, J. A. Monocyte-Derived Macrophages Are Necessary for Beta-Adrenergic Receptor-Driven Choroidal Neovascularization Inhibition. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 60 (15), 5059-5069 (2019).
  3. O’Koren, E. G., et al. Microglial Function Is Distinct in Different Anatomical Locations during Retinal Homeostasis and Degeneration. Immunity. 50 (7), 723-727 (2019).
  4. Kratofil, R. M., Kubes, P., Deniset, J. F. Monocyte Conversion During Inflammation and Injury. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 37 (1), 35-42 (2017).
  5. Zimmermann, H. W., Trautwein, C., Tacke, F. Functional role of monocytes and macrophages for the inflammatory response in acute liver injury. Frontiers in Physiology. 3, 56 (2012).
  6. Gautier, E. L., et al. Gene-expression profiles and transcriptional regulatory pathways that underlie the identity and diversity of mouse tissue macrophages. Nature Immunology. 13 (11), 1118-1128 (2012).
  7. Sutti, S., et al. CX3CR1 Mediates the Development of Monocyte-Derived Dendritic Cells during Hepatic Inflammation. Cells. 8 (9), 1099 (2019).
  8. Liu, J., et al. Myeloid Cells Expressing VEGF and Arginase-1 Following Uptake of Damaged Retinal Pigment Epithelium Suggests Potential Mechanism That Drives the Onset of Choroidal Angiogenesis in Mice. PLoS One. 8 (8), 72935 (2013).
  9. Satpathy, A. T., et al. Zbtb46 expression distinguishes classical dendritic cells and their committed progenitors from other immune lineages. The Journal of Experimental Medicine. 209 (6), 1135-1152 (2012).
  10. Krause, T. A., Alex, A. F., Engel, D. R., Kurts, C., Eter, N. VEGF-Production by CCR2-Dependent Macrophages Contributes to Laser-Induced Choroidal Neovascularization. PLoS One. 9 (4), 94313 (2014).
  11. Lin, W., Liu, T., Wang, B., Bi, H. The role of ocular dendritic cells in uveitis. Immunology Letters. 209, 4-10 (2019).
  12. Ginhoux, F., Schultze, J. L., Murray, P. J., Ochando, J., Biswas, S. K. New insights into the multidimensional concept of macrophage ontogeny, activation and function. Nature Immunology. 17 (1), 34-40 (2016).
  13. O’Koren, E. G., Mathew, R., Saban, D. R. Fate mapping reveals that microglia and recruited monocyte-derived macrophages are definitively distinguishable by phenotype in the retina. Science Reports. 6, 20636 (2016).
  14. Bennett, M. L., et al. New tools for studying microglia in the mouse and human CNS. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 113 (12), 1738-1746 (2016).
  15. Müller, A., Brandenburg, S., Turkowski, K., Müller, S., Vajkoczy, P. Resident microglia, and not peripheral macrophages, are the main source of brain tumor mononuclear cells. International Journal of Cancer. 137 (2), 278-288 (2014).
  16. McHarg, S., Clark, S. J., Day, A. J., Bishop, P. N. Age-related macular degeneration and the role of the complement system. Molecular Immunology. 67 (1), 43-50 (2015).
  17. Nozaki, M., et al. Drusen complement components C3a and C5a promote choroidal neovascularization. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 103 (7), 2328-2333 (2006).
  18. Tsutsumi, C. The critical role of ocular-infiltrating macrophages in the development of choroidal neovascularization. Journal of Leukocyte Biology. 74 (1), 25-32 (2003).
  19. Subhi, Y., et al. Association of CD11b +Monocytes and Anti–Vascular Endothelial Growth Factor Injections in Treatment of Neovascular Age-Related Macular Degeneration and Polypoidal Choroidal Vasculopathy. JAMA Ophthalmology. 137 (5), 515-518 (2019).
  20. Singh, A., et al. Altered Expression of CD46 and CD59 on Leukocytes in Neovascular Age-Related Macular Degeneration. AJOPHT. 154 (1), 193-199 (2012).
  21. Kwak, N., Okamoto, N., Wood, J. M., Campochiaro, P. A. VEGF is major stimulator in model of choroidal neovascularization. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 41 (10), 3158-3164 (2000).
  22. Shah, R. S., Soetikno, B. T., Lajko, M., Fawzi, A. A. A Mouse Model for Laser-induced Choroidal Neovascularization. Journal of Visualized Experiments. (106), e53502 (2015).
  23. Mahajan, V. B., Skeie, J. M., Assefnia, A. H., Mahajan, M., Tsang, S. H. Mouse Eye Enucleation for Remote High-throughput Phenotyping. Journal of Visualized Experiments. (57), e3814 (2011).
  24. Makinde, H. M., et al. A Novel Microglia-Specific Transcriptional Signature Correlates with Behavioral Deficits in Neuropsychiatric Lupus. Frontiers in Immunology. 11, 338-419 (2020).
  25. Sakurai, E., Anand, A., Ambati, B. K., van Rooijen, N., Ambati, J. Macrophage depletion inhibits experimental choroidal neovascularization. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 44 (8), 3578-3585 (2003).
  26. Murray, P. J., et al. Macrophage activation and polarization: nomenclature and experimental guidelines. Immunity. 41 (1), 14-20 (2014).
  27. Liyanage, S. E., et al. Flow cytometric analysis of inflammatory and resident myeloid populations in mouse ocular inflammatory models. Experimental Eye Research. 151, 160-170 (2016).
  28. Schmutz, S., Valente, M., Cumano, A., Novault, S. Analysis of Cell Suspensions Isolated from Solid Tissues by Spectral Flow Cytometry. Journal of Visualized Experiments. (123), e55578 (2017).

Play Video

Cite This Article
Droho, S., Cuda, C. M., Lavine, J. A. Digestion of Whole Mouse Eyes for Multi-Parameter Flow Cytometric Analysis of Mononuclear Phagocytes. J. Vis. Exp. (160), e61348, doi:10.3791/61348 (2020).

View Video