Summary

Выделение врожденных лимфоидных клеток группы 2 из слизистой оболочки носа мыши для обнаружения экспрессии CD226

Published: May 10, 2022
doi:

Summary

Врожденные лимфоидные клетки группы 2 (ILC2), участвующие в воспалении 2 типа, в основном участвуют в реакции на гельминтозную инфекцию, аллергические заболевания, метаболический гомеостаз и восстановление тканей. В этом исследовании продемонстрирована процедура выделения ILC2 из слизистой оболочки носа мышей и обнаружения экспрессии CD226.

Abstract

Благодаря многочисленным исследованиям врожденных лимфоидных клеток группы 2 (ILC2), опубликованным на протяжении многих лет, широко известно, что ILC2 участвуют в регуляции различных патологических процессов, включая иммунитет против гельминтов, восстановление тканей, термогенез и аутоиммунные заболевания, такие как астма и аллергический ринит (AR). ILC2 постоянно находятся в периферических тканях, таких как кожа, кишечник, легкие и носовая полость; Однако существует ограниченная информация об их точных функциях в иммунитете слизистой оболочки носа. CD226 представляет собой активирующую костимулирующую молекулу, в основном экспрессируемую на естественных клетках-киллеров (NK), Т-клетках и воспалительных моноцитах. Однако остается неизвестным, экспрессируют ли ILC2 CD226 или играют роль в патогенезе заболеваний, связанных с ILC2s. Здесь мы разработали метод выделения и идентификации ILC2 из слизистой оболочки носа и обнаружили экспрессию CD226 на ILC2, полученных от здоровых мышей и мышей с AR. В данной работе описан протокол выделения и идентификации ILC2 из слизистой оболочки носа мышей, который поможет исследовать внутренний патологический механизм иммунологических нарушений при заболеваниях слизистой оболочки носа.

Introduction

Врожденные лимфоидные клетки группы 2 (ILC2) были впервые обнаружены в тканях брюшной полости мышей, и впоследствии было продемонстрировано, что они присутствуют в крови и других периферических тканях, таких как легкие, кожа и носовая полость 1,2,3. Как клетки, резидентные в тканях, ILC2 в основном поддерживаются и размножаются локально и функционируют как первые охранники, реагирующие на экзогенные вредные стимулы, продуцируя многочисленные цитокины типа 2 и индуцируя иммунитет типа2 4,5,6. ILC2 также могут оказывать свое воздействие, перемещаясь к инфицированным тканям 7,8.

Подобно клеткам Т-хелперов 2 (Th2), сложные регуляторные сети ILC2 обеспечивают их значительное участие в прогрессировании различных воспалительных заболеваний 2 типа, включая аллергические заболевания дыхательных путей 8,9. При астме аферины, полученные из эпителиальных клеток, могут активировать ILC2s, которые дополнительно способствуют воспалению легких за счет секреции интерлейкина (IL)-4, IL-5 и IL-1310. Клинические исследования также показали, что уровни ILC2 были значительно повышены в мокроте и крови пациентов с тяжелой астмой, что свидетельствует о связи ILC2 с тяжестью астмы и их функцией в качестве предиктора прогрессирования астмы11.

Аллергический ринит (АР) является распространенным хроническим воспалительным заболеванием, которое ежегодно поражает миллионы людей, и эффективные методы лечения этого заболевания ограничены12,13. ILC2 играют решающую роль в патофизиологии АР, будь то фаза сенсибилизации или генерация симптомов и фазавоспаления 14. Сообщалось, что у пациентов с АР уровни ILC2 в периферической крови повышены как локально, так и системно15. Тем не менее, некоторые эффекты и основные механизмы ILC2 на патофизиологию и прогрессирование AR все еще требуют дальнейшего изучения.

CD226 – трансмембранный гликопротеин, который служит костимулирующей молекулой – в основном экспрессируется на естественных клетках-киллеров (NK), Т-клетках и других воспалительных моноцитах16,17. Взаимодействие CD226 и его лигандов (CD155 и/или CD112) или конкурента (TIGIT) позволяет ему участвовать в биологических функциях различных иммунныхклеток18. Связывание лигандов на антигенпрезентирующих клетках с CD226 на цитотоксическом лимфоците (CTL) способствует активации обеих клеток одновременно, в то время как активация CTL может быть дополнительно подавлена TIGIT (Т-клеточный иммунорецептор с доменами Ig и ITIM), конкурентом CD22619,20. Исследование ex vivo на людях показало, что CD226 и CD155 на Т-клетках регулируют баланс между Th1 / Th17 и Th2 посредством дифференциально модулирующих подмножествTh 21. CD226 также может опосредовать адгезию тромбоцитов и убивающую опухоль NKактивность 22,23. Между тем, CD226 хорошо изучен в патогенезе различных инфекционных заболеваний, аутоиммунных заболеваний и опухолей 18,24,25. В настоящее время CD226 стал новым светлым пятном для иммунотерапии. Исследования показали, что внеклеточные везикулы могут обратить вспять экспрессию CD226 на NK-клетках, чтобы восстановить их цитотоксическую активность и вмешаться в прогрессирование рака легких26. Недавнее исследование выявило подкластер ILC 3-й группы кишечника плода, характеризующийся высокой экспрессией CD226 при секвенировании одноклеточной РНК27, что указывает на то, что CD226 может играть роль во врожденном иммунитете, опосредованном лимфоидными клетками.

Наши знания о ILC2 при воспалении дыхательных путей в основном основаны на исследованиях астмы; Однако мало что известно об их функциях в иммунитете слизистой оболочки носа. Таким образом, был создан протокол для выделения и идентификации ILC2 из слизистой оболочки носа. Исследование фокусируется на экспрессии CD226 на ILC2 в тканях носа и его вариациях между здоровыми мышами и мышами AR. Это может дать новое представление об основных механизмах ILC2-опосредованной регуляции местного иммунитета и послужить основой для разработки новых подходов к лечению AR.

Protocol

Все эксперименты проводились в соответствии с Руководством по уходу и использованию лабораторных животных. Все процедуры и протоколы были одобрены Комитетом по этике научных исследований Четвертого военно-медицинского университета (No 20211008). 1. Создание модели Murine AR</…

Representative Results

Мышиная модель, индуцированная OVA, была разработана для изучения роли ILC2 в AR. Построение мышиной модели AR было основано на предыдущих исследованиях с небольшими изменениями 28,29,30,31. Было снято 10-минутное видео для изме…

Discussion

ILC2 тесно связаны с воспалением и воспалительными заболеваниями 2 типа, о чем свидетельствует растущее число исследований. Как мышиные модели, так и наблюдение за человеком способствуют лучшему пониманию его функции в верхних дыхательных путях. В патофизиологии астмы ILC2 активируются ч?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Р.З. был поддержан Национальным фондом естественных наук Китая (No 81871258) и средствами, предоставленными Четвертым военно-медицинским университетом (No 2020rcfczr). Ю.З. был поддержан Программой фундаментальных исследований естественных наук провинции Шэньси (No 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