Summary

בידוד תאי לימפה מולדים מקבוצה 2 מרירית האף של העכבר כדי לזהות את הביטוי של CD226

Published: May 10, 2022
doi:

Summary

תאי לימפה מולדים מקבוצה 2 (ILC2s), המעורבים בדלקת מסוג 2, משתתפים בעיקר בתגובה לזיהום הלמינת’ס, מחלות אלרגיות, הומאוסטזיס מטבולי ותיקון רקמות. במחקר זה מודגם הליך לבידוד ILC2s מרירית האף וזיהוי הביטוי של CD226.

Abstract

עם מחקרים רבים על תאי לימפה מולדים מקבוצה 2 (ILC2s) שפורסמו לאורך השנים, ILC2s ידועים כמעורבים בוויסות תהליכים פתולוגיים שונים, כולל חסינות נגד הלמינת’ס, תיקון רקמות, תרמוגנזה, ומחלות אוטואימוניות כגון אסטמה ונזלת אלרגית (AR). ILC2s שוכנים דרך קבע ברקמות היקפיות כגון העור, המעיים, הריאות וחלל האף; עם זאת, יש מידע מוגבל על הפונקציות המדויקות שלהם חסינות רירית האף. CD226 היא מולקולה קוסטימולטורית מפעילה, המתבטאת בעיקר בתאי הרג טבעי (NK), תאי T ומונוציטים דלקתיים. עם זאת, האם ILC2s מבטאים CD226 או ממלאים תפקיד בפתוגנזה של מחלות הקשורות ל- ILC2s עדיין לא ידוע. כאן, ביססנו שיטה לבודד ולזהות ILC2s מרירית האף וזיהינו ביטוי CD226 על ILC2s שהתקבל מעכברים בריאים ועכברי AR. במאמר זה נתאר פרוטוקול זה לבידוד וזיהוי של ILC2s מרירית האף של עכבר, אשר יסייע לחקור את המנגנון הפתולוגי הפנימי של הפרעות אימונולוגיות במחלות רירית האף.

Introduction

תאי לימפה מולדים מקבוצה 2 (ILC2s) התגלו לראשונה ברקמות חלל הצפק של עכברים ולאחר מכן הוכחו כנמצאים בדם וברקמות היקפיות אחרות כגון הריאות, העור וחלל האף 1,2,3. כתאים שוכנים ברקמות, ILC2s נשמרים ומתרבים בעיקר באופן מקומי ומתפקדים כשומרים הראשונים המגיבים לגירויים מזיקים אקסוגניים באמצעות ייצור ציטוקינים רבים מסוג 2 וגרימת חסינות מסוג 2 4,5,6. ILC2s יכולים גם להפעיל את השפעתם על ידי סחר לכיוון הרקמות הנגועות 7,8.

בדומה לתאי T-helper 2 (Th2), רשתות הבקרה המסובכות של ILC2s מבטיחות את מעורבותם המשמעותית בהתקדמות מחלות דלקתיות שונות מסוג 2, כולל מחלות אלרגיות בדרכי הנשימה 8,9. באסתמה, אזעקות שמקורן בתאי אפיתל יכולות להפעיל את ILC2s, אשר מקדמים עוד יותר דלקת ריאות באמצעות הפרשת אינטרלוקין (IL)-4, IL-5 ו- IL-1310. מחקרים קליניים הצביעו גם על כך שרמות ILC2 היו גבוהות באופן משמעותי בכיח ובדמם של חולים עם אסתמה חמורה, דבר המצביע על קשר של ILC2s עם חומרת האסתמה ותפקודם כמנבא להתקדמות אסתמה11.

נזלת אלרגית (AR) היא מחלה דלקתית כרונית נפוצה המשפיעה על מיליוני אנשים מדי שנה, והטיפולים היעילים למחלה זו מוגבלים12,13. ILC2s ממלאים תפקידים מכריעים בפתופיזיולוגיה של מציאות רבודה, בין אם בשלב הרגישות או ביצירת סימפטומים ושלבהדלקת 14. בחולים עם AR, רמות ILC2 בדם ההיקפי דווחו כגבוהות הן מקומית והן מערכתית15. עם זאת, השפעות מסוימות והמנגנונים הבסיסיים של ILC2s על הפתופיזיולוגיה וההתקדמות של AR עדיין דורשים חקירה נוספת.

CD226 – גליקופרוטאין טרנסממברנה המשמש כמולקולה קוסטימולטורית – מתבטא בעיקר בתאי הרג טבעי (NK), תאי T ומונוציטים דלקתיים אחרים16,17. האינטראקציה של CD226 והליגנדות שלו (CD155 ו / או CD112) או המתחרה (TIGIT) מאפשרת לו להשתתף בתפקודים הביולוגיים של תאי חיסון שונים18. קשירת הליגנדות על תאים מציגי אנטיגן ל- CD226 על לימפוציטים ציטוטוקסיים (CTL) מקדמת את ההפעלה של שני התאים בו זמנית, בעוד שההפעלה של CTL יכולה להיות מדוכאת עוד יותר על ידי TIGIT (קולטן חיסוני של תאי T עם תחומי Ig ו- ITIM), המתחרה של CD22619,20. מחקר אנושי ex vivo גילה כי CD226 ו- CD155 על תאי T מווסתים את האיזון בין Th1/Th17 ו- Th2 באמצעות אפנון דיפרנציאלי של תת-קבוצות Th21. CD226 יכול גם לתווך הידבקות טסיות ופעילות קוטלת גידוליםNK 22,23. בינתיים, CD226 נחקר היטב בפתוגנזה של מחלות זיהומיות שונות, מחלות אוטואימוניות וגידולים 18,24,25. כיום, CD226 הפך לנקודת אור חדשה עבור אימונותרפיה. מחקרים מצאו כי שלפוחיות חוץ-תאיות יכולות להפוך את ביטוי CD226 על תאי NK כדי להחזיר את פעילותם ציטוטוקסית ולהתערב בהתקדמות סרטן ריאות26. מחקר שנערך לאחרונה חשף תת-אשכול של ILCs מקבוצת המעי העוברי 3 המאופיין בביטוי CD226 גבוה על ידי ריצוף RNA חד-תאי27, אשר הצביע על כך ש- CD226 עשוי למלא תפקידים בחסינות המולדת בתיווך תאי הלימפה.

הידע שלנו על ILC2s בדלקת בדרכי הנשימה מבוסס בעיקר על מחקרים על אסתמה; עם זאת, מעט ידוע על תפקידיהם בחסינות רירית האף. לפיכך, נקבע פרוטוקול לבידוד וזיהוי ILC2s מרירית האף. המחקר מתמקד בביטוי CD226 על ILC2s ברקמות האף והשונות שלו בין עכברים בריאים לעכברים AR. זה עשוי לספק תובנות חדשות על המנגנונים הבסיסיים של רגולציה בתיווך ILC2 במערכת החיסון המקומית ולשמש בסיס לפיתוח גישות חדשות לטיפול במציאות רבודה.

Protocol

כל הניסויים בוצעו בהתאם להנחיות לטיפול ושימוש בחיות מעבדה. כל הנהלים והפרוטוקולים אושרו על ידי ועדת האתיקה של המחקר המדעי באוניברסיטה הרפואית הצבאית הרביעית (מס ‘20211008). 1. הקמת מודל Murine AR בית זכרים ונקבות עכברים מסוג בר (WT) C57BL/6 בגילאי 8-12 שבועות בתנאים ספציפיים ?…

Representative Results

מודל מורין המושרה על ידי OVA פותח כדי לחקור את התפקיד של ILC2s במציאות רבודה. בניית מודל AR murine התבססה על מחקרים קודמים עם שינויים קלים 28,29,30,31. סרטון בן 10 דקות צולם כדי למדוד את תדירות ההתעטשות והגירוד באף לאחר אתגר האף האחרון…

Discussion

ILC2s קשורים קשר הדוק עם דלקת מסוג 2 והפרעות דלקתיות, כפי שהודגם במספר גדל והולך של מחקרים. הן מודלים של עכברים והן תצפיות אנושיות תורמים להבנה טובה יותר של תפקודו בדרכי הנשימה העליונות. בפתופיזיולוגיה של אסתמה, ILC2s מופעלים באמצעות לימפופיאטין סטרומה תימי, IL-25 ו- IL-33, המיוצרים בעיקר על ידי תאי א…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

R.Z. נתמך על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מס ‘81871258) וכספים שסופקו על ידי האוניברסיטה הרפואית הצבאית הרביעית (No.2020rcfczr). י.ז. נתמך על ידי תוכנית המחקר הבסיסית למדעי הטבע של שאאנשי (מס’ 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).

Play Video

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).

View Video