Summary

Isolamento di cellule linfoidi innate di gruppo 2 dalla mucosa nasale di topo per rilevare l'espressione di CD226

Published: May 10, 2022
doi:

Summary

Le cellule linfoidi innate del gruppo 2 (ILC2), implicate nell’infiammazione di tipo 2, partecipano principalmente alla risposta all’infezione da elminti, alle malattie allergiche, all’omeostasi metabolica e alla riparazione dei tessuti. In questo studio, viene dimostrata una procedura per isolare le ILC2 dalla mucosa nasale murina e rilevare l’espressione di CD226.

Abstract

Con abbondanti ricerche sulle cellule linfoidi innate di gruppo 2 (ILC2) pubblicate nel corso degli anni, le ILC2 sono ampiamente note per essere implicate nella regolazione di vari processi patologici, tra cui l’immunità anti-elminti, la riparazione dei tessuti, la termogenesi e le malattie autoimmuni come l’asma e la rinite allergica (AR). Le ILC2 risiedono permanentemente nei tessuti periferici come la pelle, l’intestino, i polmoni e la cavità nasale; Tuttavia, ci sono informazioni limitate sulle loro esatte funzioni nell’immunità della mucosa nasale. CD226 è una molecola costimolatoria attivante, espressa principalmente su cellule natural killer (NK), cellule T e monociti infiammatori. Tuttavia, se le ILC2 esprimono CD226 o svolgono un ruolo nella patogenesi delle malattie correlate alle ILC2 rimane sconosciuto. Qui, abbiamo stabilito un metodo per isolare e identificare ILC2 dalla mucosa nasale e rilevato l’espressione di CD226 su ILC2 ottenute da topi sani e AR. Qui, descriviamo questo protocollo per l’isolamento e l’identificazione di ILC2 dalla mucosa nasale del topo, che aiuterà a esplorare il meccanismo patologico interno dei disturbi immunologici nelle malattie della mucosa nasale.

Introduction

Le cellule linfoidi innate del gruppo 2 (ILC2) sono state scoperte per la prima volta nei tessuti della cavità peritoneale dei topi e successivamente hanno dimostrato di essere presenti nel sangue e in altri tessuti periferici come polmoni, pelle e cavità nasale 1,2,3. Come cellule residenti nei tessuti, le ILC2 sono principalmente mantenute e proliferate localmente e funzionano come le prime guardie che rispondono agli stimoli dannosi esogeni producendo numerose citochine di tipo 2 e inducendo l’immunità di tipo 2 4,5,6. Le ILC2 possono anche esercitare i loro effetti attraverso il traffico verso i tessuti infetti 7,8.

Analogamente alle cellule T-helper 2 (Th2), le complicate reti regolatorie delle ILC2 assicurano il loro coinvolgimento significativo nella progressione di varie malattie infiammatorie di tipo 2, comprese le malattie allergiche delle vie aeree 8,9. Nell’asma, le allarmine derivate dalle cellule epiteliali possono attivare ILC2, che promuovono ulteriormente l’infiammazione polmonare attraverso la secrezione di interleuchina (IL)-4, IL-5 e IL-1310. Studi clinici hanno anche indicato che i livelli di ILC2 erano significativamente elevati nell’espettorato e nel sangue dei pazienti con asma grave, suggerendo un’associazione di ILC2 con la gravità dell’asma e la loro funzione come predittore della progressione dell’asma11.

La rinite allergica (AR) è una malattia infiammatoria cronica comune che colpisce milioni di persone ogni anno e i trattamenti efficaci per questa malattia sono limitati12,13. Le ILC2 svolgono un ruolo cruciale nella fisiopatologia dell’AR, sia nella fase di sensibilizzazione che nella generazione di sintomi e nella fase14 dell’infiammazione. Nei pazienti con AR, i livelli di ILC2 nel sangue periferico sono stati segnalati per essere elevati sia localmente che sistemicamente15. Tuttavia, alcuni effetti e i meccanismi alla base delle ILC2 sulla fisiopatologia e sulla progressione dell’AR richiedono ancora ulteriori esplorazioni.

CD226 – una glicoproteina transmembrana che funge da molecola costimolatoria – è espressa principalmente su cellule natural killer (NK), cellule T e altri monociti infiammatori16,17. L’interazione di CD226 e dei suoi ligandi (CD155 e/o CD112) o concorrente (TIGIT) gli consente di partecipare alle funzioni biologiche di varie cellule immunitarie18. Il legame dei ligandi sulle cellule presentanti l’antigene a CD226 sui linfociti citotossici (CTL) promuove l’attivazione di entrambe le cellule contemporaneamente, mentre l’attivazione della CTL può essere ulteriormente soppressa da TIGIT (immunorecettore delle cellule T con domini Ig e ITIM), il concorrente di CD22619,20. Uno studio umano ex vivo ha rivelato che CD226 e CD155 sulle cellule T regolano l’equilibrio tra Th1 / Th17 e Th2 attraverso la modulazione differenziale dei sottoinsiemi Th21. CD226 può anche mediare l’adesione piastrinica e l’attività di uccisione del tumore NK22,23. Nel frattempo, CD226 è ben studiato nella patogenesi di varie malattie infettive, malattie autoimmuni e tumori 18,24,25. Allo stato attuale, CD226 è diventato un nuovo punto luminoso per l’immunoterapia. Gli studi hanno scoperto che le vescicole extracellulari possono invertire l’espressione di CD226 sulle cellule NK per ripristinare la loro attività citotossica e intervenire nella progressione del cancro del polmone26. Uno studio recente ha rivelato un sottogruppo di ILC intestinali fetali di gruppo 3 caratterizzati da un’elevata espressione di CD226 mediante sequenziamento dell’RNA a singola cellula27, che ha indicato che CD226 potrebbe esercitare ruoli nell’immunità innata linfoide-mediata dalle cellule.

La nostra conoscenza delle ILC2 nell’infiammazione delle vie aeree si basa principalmente su studi sull’asma; Tuttavia, si sa poco sulle loro funzioni nell’immunità della mucosa nasale. Pertanto, è stato stabilito un protocollo per isolare e identificare le ILC2 dalla mucosa nasale. Lo studio si concentra sull’espressione di CD226 sulle ILC2 nei tessuti nasali e sulla sua variazione tra topi sani e AR. Ciò può fornire nuove informazioni sui meccanismi alla base della regolazione mediata da ILC2 nell’immunità locale e servire come base per lo sviluppo di nuovi approcci per il trattamento dell’AR.

Protocol

Tutti gli esperimenti sono stati eseguiti in conformità con le linee guida per la cura e l’uso degli animali da laboratorio. Tutte le procedure e i protocolli sono stati approvati dal Comitato Etico per la Ricerca Scientifica della Quarta Università Medica Militare (n. 20211008). 1. Creazione di modelli AR murini Ospitare topi selvatici maschi e femmine (WT) C57BL/6 di età compresa tra 8 e 12 settimane in specifiche condizioni prive di agenti patogeni e fornire ch…

Representative Results

È stato sviluppato un modello murino indotto da OAV per esplorare il ruolo delle ILC2 nell’AR. La costruzione del modello murino AR si è basata su studi precedenti con lievi modifiche 28,29,30,31. È stato catturato un video di 10 minuti per misurare la frequenza degli starnuti e dei graffi nasali dopo l’ultima sfida nasale. I sintomi allergici dei topi AR indotti da OAV sono stati presentati…

Discussion

Le ILC2 sono strettamente associate all’infiammazione di tipo 2 e ai disturbi infiammatori, come dimostrato da un numero crescente di studi. Sia i modelli murini che l’osservazione umana contribuiscono a una migliore comprensione della sua funzione nelle vie aeree superiori. Nella fisiopatologia asmatica, le ILC2 sono attivate attraverso la linfopoietina stromale timica, IL-25 e IL-33, che sono per lo più prodotte dalle cellule epiteliali. Quindi, rispecchiando le cellule Th2, le ILC2 producono IL-4, IL-5 e IL-13 per ag…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

R.Z. è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (n. 81871258) e dai fondi forniti dalla Fourth Military Medical University (No.2020rcfczr). Y.Z. è stato supportato dal Programma di ricerca di base di scienze naturali dello Shaanxi (n. 2021JM-081).

Materials

Aluminum hydroxide Meilun biological Technology 21645-51-2
CD11b eBioscience 11-0112-82 Used in antibody coctail
CD11c BioLegend 117306 Used in antibody coctail
CD16/32 BioLegend 101302 Clone: 93; Dilution 1:100
CD226 BioLegend 128812 Used in antibody coctail
CD3e BioLegend 100306 Used in antibody coctail
CD45 BioLegend 103128 Used in antibody coctail
CD45R eBioscience 11-0452-82 Used in antibody coctail
CD90.2 BD Pharmingen 553014 Used in antibody coctail
Collagenase IV DIYIBio DY40128
CountBright absolute counting beads Invitrogen C36950 absolute counting beads
Dnase Equation 1 Beyotime D7076
Fetal Bovine Serum gibco 10270-106
Fixable Viability Dye eFluor 520 (FITC) eBioscience 65-0867-14 FVD
HBSS, calcium, magnesium Servicebio G4204-500
KLRG1 eBioscience 17-5893-81 Used in antibody coctail
NaN3 SIGMA S2002
NovoExpress software AgilentTechnologies Version 1.5.0 flow cytometry (FCM) analysis software
OVA SIGMA 9006-59-1
PBS, 1x Servicebio G4202-500
PBS, 10x Servicebio G4207-500
Percoll Yeasen 40501ES60 density gradient media
RPMI 1640 culture media Corning 10-040-CVRV
Spectral cell analyzer SONY SA3800

References

  1. Huang, Y., et al. S1P-dependent interorgan trafficking of group 2 innate lymphoid cells supports host defense. Science. 359 (6371), 114-119 (2018).
  2. Price, A. E., et al. Systemically dispersed innate IL-13-expressing cells in type 2 immunity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (25), 11489-11494 (2010).
  3. Ebihara, T., et al. Trained innate lymphoid cells in allergic diseases. Allergology International. 70 (2), 174-180 (2021).
  4. Gasteiger, G., Fan, X., Dikiy, S., Lee, S. Y., Rudensky, A. Y. Tissue residency of innate lymphoid cells in lymphoid and nonlymphoid organs. Science. 350 (6263), 981-985 (2015).
  5. Moro, K., et al. Interferon and IL-27 antagonize the function of group 2 innate lymphoid cells and type 2 innate immune responses. Nature Immunology. 17 (1), 76-86 (2016).
  6. Helou, D. G., et al. LAIR-1 acts as an immune checkpoint on activated ILC2s and regulates the induction of airway hyperreactivity. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 149 (1), 223-236 (2022).
  7. Karta, M. R., et al. beta2 integrins rather than beta1 integrins mediate Alternaria-induced group 2 innate lymphoid cell trafficking to the lung. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 141 (1), 329-338 (2018).
  8. Helou, D. G., et al. PD-1 pathway regulates ILC2 metabolism and PD-1 agonist treatment ameliorates airway hyperreactivity. Nature Communications. 11 (1), 3998 (2020).
  9. Kabata, H., Moro, K., Koyasu, S. The group 2 innate lymphoid cell (ILC2) regulatory network and its underlying mechanisms. Immunological Reviews. 286 (1), 37-52 (2018).
  10. Zheng, H., et al. The role of Type 2 innate lymphoid cells in allergic diseases. Frontiers in Immunology. 12, 586078 (2021).
  11. Maggi, L., et al. The dual function of ILC2: From host protection to pathogenic players in type 2 asthma. Molecular Aspects of Medicine. 80, 100981 (2021).
  12. Meltzer, E. O., et al. Burden of allergic rhinitis: results from the Pediatric Allergies in America survey. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 124, 43-70 (2009).
  13. Wheatley, L. M., Togias, A. Clinical practice. Allergic rhinitis. The New England Journal of Medicine. 372 (5), 456-463 (2015).
  14. Bousquet, J., et al. Allergic rhinitis. Nature Reviews. Disease Primers. 6 (1), 95 (2020).
  15. Kato, A. Group 2 innate lymphoid cells in airway diseases. Chest. 156 (1), 141-149 (2019).
  16. Nakamura-Shinya, Y., et al. DNAM-1 promotes inflammation-driven tumor development via enhancing IFN-gamma production. International Immunology. 34 (3), 149-157 (2022).
  17. Braun, M., et al. CD155 on Tumor cells drives resistance to immunotherapy by inducing the degradation of the activating receptor CD226 in CD8(+) T cells. Immunity. 53 (4), 805-823 (2020).
  18. Huang, Z., Qi, G., Miller, J. S., Zheng, S. G. CD226: An emerging role in immunologic diseases. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 8, 564 (2020).
  19. Gilfillan, S., et al. DNAM-1 promotes activation of cytotoxic lymphocytes by nonprofessional antigen-presenting cells and tumors. Journal of Experimental Medicine. 205 (13), 2965-2973 (2008).
  20. Zhang, D., et al. TIGIT-Fc alleviates acute graft-versus-host disease by suppressing CTL activation via promoting the generation of immunoregulatory dendritic cells. Biochimica et Biophysica Acta: Molecular Basis of Disease. 1864, 3085-3098 (2018).
  21. Lozano, E., Joller, N., Cao, Y., Kuchroo, V. K., Hafler, D. A. The CD226/CD155 interaction regulates the proinflammatory (Th1/Th17)/anti-inflammatory (Th2) balance in humans. Journal of Immunology. 191 (7), 3673-3680 (2013).
  22. Kojima, H., et al. CD226 mediates platelet and megakaryocytic cell adhesion to vascular endothelial cells. Journal of Biological Chemistry. 278 (38), 36748-36753 (2003).
  23. Martinet, L., Smyth, M. J. Balancing natural killer cell activation through paired receptors. Nature Reviews. Immunology. 15 (4), 243-254 (2015).
  24. Yeo, J., Ko, M., Lee, D. H., Park, Y., Jin, H. S. TIGIT/CD226 axis regulates anti-tumor immunity. Pharmaceuticals. 14 (3), 200 (2021).
  25. Nakano, M., et al. Association of elevated serum soluble CD226 levels with the disease activity and flares of systemic lupus erythematosus. Scientific Reports. 11 (1), 16162 (2021).
  26. Chang, W. A., et al. miR-150-5p-containing extracellular vesicles are a new immunoregulator that favor the progression of lung cancer in hypoxic microenvironments by altering the phenotype of NK cells. Cancers. 13 (24), 6552 (2021).
  27. Stehle, C., et al. T-bet and RORalpha control lymph node formation by regulating embryonic innate lymphoid cell differentiation. Nature Immunology. 22 (10), 1231-1244 (2021).
  28. Piao, C. H., Fan, Y. J., Nguyen, T. V., Song, C. H., Chai, O. H. Mangiferin alleviates ovalbumin-induced allergic rhinitis via Nrf2/HO-1/NF-kappaB signaling pathways. International Journal of Molecular Sciences. 21 (10), 3415 (2020).
  29. Zhao, Y., Tao, Q., Wu, J., Liu, H. DMBT1 has a protective effect on allergic rhinitis. Biomedicine and Pharmacotherapy. 121, 109675 (2020).
  30. Piao, C. H., et al. Ethanol extract of Dryopteris crassirhizoma alleviates allergic inflammation via inhibition of Th2 response and mast cell activation in a murine model of allergic rhinitis. Journal of Ethnopharmacology. 232, 21-29 (2019).
  31. Liang, M. J., et al. Immune responses to different patterns of exposure to ovalbumin in a mouse model of allergic rhinitis. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology. 273 (11), 3783-3788 (2016).
  32. Ebbo, M., Crinier, A., Vely, F., Vivier, E. Innate lymphoid cells: major players in inflammatory diseases. Nature Reviews. Immunology. 17 (11), 665-678 (2017).
  33. Seehus, C. R., et al. Alternative activation generates IL-10 producing type 2 innate lymphoid cells. Nature Communications. 8 (1), 1900 (2017).
  34. Cai, T., et al. IL-17-producing ST2(+) group 2 innate lymphoid cells play a pathogenic role in lung inflammation. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 143 (1), 229-244 (2019).
  35. Golebski, K., et al. IL-1beta, IL-23, and TGF-beta drive plasticity of human ILC2s towards IL-17-producing ILCs in nasal inflammation. Nature Communications. 10 (1), 2162 (2019).
  36. Lei, A., Zhou, J. Cell-surface molecule-mediated cell-cell interactions in the regulation of ILC2-driven allergic inflammation. Cellular and Molecular Life Sciences. 76 (22), 4503-4510 (2019).
  37. Maazi, H., et al. ICOS:ICOS-ligand interaction is required for type 2 innate lymphoid cell function, homeostasis, and induction of airway hyperreactivity. Immunity. 42 (3), 538-551 (2015).
  38. Lei, A. H., et al. ICAM-1 controls development and function of ILC2. The Journal of Experimental Medicine. 215 (8), 2157-2174 (2018).
  39. Drake, L. Y., Iijima, K., Kita, H. Group 2 innate lymphoid cells and CD4+ T cells cooperate to mediate type 2 immune response in mice. Allergy. 69 (10), 1300-1307 (2014).
  40. Wang, Y., et al. The comparation of intraperitoneal injection and nasal-only delivery allergic rhinitis model challenged with different allergen concentration. American Journal of Rhinology & Allergy. 33 (2), 145-152 (2019).
  41. Niu, Y., et al. HIF1alpha deficiency in dendritic cells attenuates symptoms and inflammatory indicators of allergic rhinitis in a SIRT1-dependent manner. International Archives of Allergy and Immunology. 181 (8), 585-593 (2020).
  42. Van Nguyen, T., et al. Anti-allergic rhinitis activity of alpha-lipoic acid via balancing Th17/Treg expression and enhancing Nrf2/HO-1 pathway signaling. Scientific Reports. 10 (1), 12528 (2020).
  43. Pyun, B. J., et al. Gardenia jasminoides attenuates allergic rhinitis-induced inflammation by inhibiting periostin production. Pharmaceuticals (Basel). 14 (10), 986 (2021).
  44. Liu, Z., et al. Analysis of expression of ILC2 cells in nasal mucosa based on animal model of allergic bacterial infection rhinitis. Journal of Infection and Public Health. 14 (1), 77-83 (2021).
  45. Hu, B., Wang, Y., Zheng, G., Zhang, H., Ni, L. Effect of parasympathetic inhibition on expression of ILC2 cells in a mouse model of allergic rhinitis. The World Allergy Organization journal. 14 (9), 100582 (2021).
  46. Autengruber, A., Gereke, M., Hansen, G., Hennig, C., Bruder, D. Impact of enzymatic tissue disintegration on the level of surface molecule expression and immune cell function. European Journal of Microbiology & Immunology. 2 (2), 112-120 (2012).
  47. Krisna, S. S., et al. Optimized protocol for immunophenotyping of melanoma and tumor-bearing skin from mouse. STAR Protocols. 2 (3), 100627 (2021).
  48. Hoyler, T., et al. The transcription factor GATA-3 controls cell fate and maintenance of type 2 innate lymphoid cells. Immunity. 37 (4), 634-648 (2012).
  49. Huang, Y., et al. IL-25-responsive, lineage-negative KLRG1(hi) cells are multipotential ‘inflammatory’ type 2 innate lymphoid cells. Nature Immunology. 16 (2), 161-169 (2015).
  50. Loering, S., et al. Differences in pulmonary group 2 innate lymphoid cells are dependent on mouse age, sex and strain. Immunology and Cell Biology. 99 (5), 542-551 (2021).
  51. Lin, L., et al. Allergic inflammation is exacerbated by allergen-induced type 2 innate lymphoid cells in a murine model of allergic rhinitis. Rhinology Journal. 55 (4), 339-347 (2017).

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Cite This Article
Xie, Y., Zhang, Y., Liu, Y., Wang, Y., Cheng, K., Zhuang, R., Bian, K. Isolation of Group 2 Innate Lymphoid Cells from Mouse Nasal Mucosa to Detect the Expression of CD226. J. Vis. Exp. (183), e63525, doi:10.3791/63525 (2022).

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