Het uitpluizen van het samenspel tussen Natural Killer Cells en Nociceptor Neurons
Summary
Nociceptorneuronen en NK-cellen werken actief samen in een inflammatoire context. Een co-cultuurbenadering maakt het mogelijk om dit samenspel te bestuderen.
Abstract
Somatosensorische neuronen zijn geëvolueerd om schadelijke stimuli te detecteren en defensieve reflexen te activeren. Door communicatiemiddelen te delen, stemmen nociceptorneuronen ook de afweer van de gastheer af door de activiteit van het immuunsysteem te regelen. De communicatie tussen deze systemen is meestal adaptief en helpt de homeostase te beschermen, het kan ook leiden tot of het begin van chronische ziekten bevorderen. Beide systemen zijn samen geëvolueerd om een dergelijke lokale interactie mogelijk te maken, zoals gevonden in primaire en secundaire lymfoïde weefsels en slijmvliezen. Recente studies hebben aangetoond dat nociceptoren direct vreemde antigenen, van immuuncellen afgeleide cytokines en microben detecteren en erop reageren.
Nociceptoractivering resulteert niet alleen in pijnovergevoeligheid en jeuk, maar verlaagt ook de nociceptorvuurdrempel, wat leidt tot de lokale afgifte van neuropeptiden. De peptiden die worden geproduceerd door en vrijgegeven uit de perifere terminals van nociceptoren kunnen de chemotaxis en polarisatie van lymfocyten blokkeren, waardoor de lokalisatie, duur en het type ontsteking worden gecontroleerd. Recent bewijs toont aan dat sensorische neuronen interageren met aangeboren immuuncellen via cel-celcontact, bijvoorbeeld door groep 2D (NKG2D) receptoren op natural killer (NK) cellen aan te spreken.
Gezien het feit dat NK-cellen de cognate receptoren tot expressie brengen voor verschillende nociceptor-geproduceerde mediatoren, is het denkbaar dat nociceptoren neuropeptiden gebruiken om de activiteit van NK-cellen te beheersen. Hier bedenken we een co-kweekmethode om nociceptor neuron-NK celinteracties in een schotel te bestuderen. Met behulp van deze benadering ontdekten we dat lumbale nociceptorneuronen de expressie van NK-cellencytokine verminderen. Over het algemeen zou een dergelijke reductionistische methode nuttig kunnen zijn om te bestuderen hoe tumor-innervating neuronen de antikankerfunctie van NK-cellen regelen en hoe NK-cellen de eliminatie van gewonde neuronen regelen.
Introduction
De cellichamen van sensorische neuronen zijn afkomstig uit de dorsale wortelganglia (DRG). De DRG bevinden zich in het perifere zenuwstelsel (PNS), tussen de dorsale hoorn van het ruggenmerg en de perifere zenuwuiteinden. De pseudo-unipolaire aard van DRG-neuronen maakt de overdracht van informatie mogelijk van de perifere tak, die het doelweefsel innerveert, naar de centrale tak, die de somatosensorische informatie naar het ruggenmerg draagt1. Met behulp van gespecialiseerde ionkanaalreceptoren detecteren eerste-orde neuronen bedreigingen van pathogenen, allergenen en verontreinigende stoffen2, wat leidt tot de instroom van kationen (Na +, Ca2 +) en het genereren van een actiepotentiaal 3,4,5.
Deze neuronen sturen ook antidromale actiepotentiaal naar de periferie, waar de eerste gevaardetectie was opgetreden, wat leidt tot de lokale afgifte van neuropeptiden 1,4. Daarom dienen de nociceptorneuronen als een beschermend mechanisme en waarschuwen de gastheer voor omgevingsgevaar 4,5,6,7.
Om te communiceren met tweede-orde neuronen, geven de nociceptoren verschillende neurotransmitters (bijv. glutamaat) en neuropeptiden (bijv. Calcitonine gen-gerelateerd peptide (CGRP), stof P (SP) en vasoactief intestinaal peptide (VIP))6,7 vrij. Deze peptiden werken in op haarvaten en bevorderen plasma-extravasatie, oedeem en de lokale instroom en modulatie van immuuncellen 2,4,7.
Het somatosensorische en immuunsysteem maken gebruik van een gedeeld communicatiesysteem dat bestaat uit cytokines en neuropeptiden, en hun respectieve verwante receptoren4. Hoewel deze bidirectionele communicatie helpt beschermen tegen gevaar en homeostase behouden, kan het ook bijdragen aan ziekte pathofysiologie4.
NK-cellen worden geclassificeerd als aangeboren lymfoïde cellen en zijn gespecialiseerd om viraal geïnfecteerde cellen te elimineren. Nk-celfunctie wordt geregeld door een balans van stimulerende en remmende receptoren, waaronder de activerende receptor NKG2D8. Het endogene ligand van NKG2D, retinoïnezuur early inducible1 (RAE1), wordt tot expressie gebracht door cellen die stress ondergaan zoals tumorigenese en infectie 8,9.
Recente onderzoeken hebben aangetoond dat perifeer zenuwletsel sensorische neuronen drijft om onaangepaste moleculen zoals stathmin 2 (STMN2) en RAE1 tot expressie te brengen. Dus, via cel-celcontact, werden NKG2D-expresserende NK-cellen geactiveerd door interactie met RAE1-expresserende neuronen. Nk-cellen waren op hun beurt in staat om gewonde nociceptorneuronen en stompe pijnovergevoeligheid te elimineren die normaal geassocieerd wordt met zenuwletsel10. Naast de NKG2D-RAE1-as drukken NK-cellen de cognatereceptoren uit voor verschillende nociceptor-geproduceerde mediatoren. Het is daarom mogelijk dat deze mediatoren de NK-celactiviteit moduleren. Dit artikel presenteert een co-kweekmethode om de biologie van de nociceptor neuron-NK celinteractie te onderzoeken. Deze aanpak zal helpen het begrip te vergroten van hoe nociceptorneuronen aangeboren immuuncelreacties op letsel, infectie of maligniteit moduleren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Davies et al.11 ontdekten dat gewonde neuronen RAE1 upreguleren. Via cel-celcontact waren NKG2D-tot expressie brengende NK-cellen vervolgens in staat om RAE1 + -neuronen te identificeren en te elimineren, die op hun beurt chronische pijn beperken11. Gezien het feit dat NK-cellen ook verschillende neuropeptidereceptoren tot expressie brengen en dat die neuropeptiden bekend staan om hun immunomodulerende mogelijkheden, lijkt het steeds belangrijker om de i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door The New Frontiers in Research Fund (NFRFE201901326), de Canadian Institutes of Health Research (162211, 461274, 461275), de Canadian Foundation for Innovation (37439), Canada Research Chair-programma (950-231859), Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (RGPIN-2019-06824) en het Fonds de Recherche du Québec Nature et technologies (253380).
Materials
| Anti-mouse CD16/32 | Jackson Laboratory | Cat no: 017769 | |
| B-27 | Jackson Laboratory | Cat no: 009669 | |
| Bovine Serum Albumin (BSA) culture grade | World Precision Instruments | Cat no: 504167 | |
| BV421 anti-mouse NK-1.1 | Fisher Scientific | Cat no: 12430112 | |
| Cell strainer (50 μm) | Fisher Scientific | Cat no: A3160702 | |
| Collagenase IV | Fisher Scientific | Cat no: 15140148 | |
| Diphteria toxinfl/fl | Fisher Scientific | Cat no: SH3057402 | |
| Dispase II | Fisher Scientific | Cat no: 13-678-20B | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Fisher Scientific | Cat no: 07-200-95 | |
| EasySep Mouse NK Cell Isolation Kit | Sigma | Cat no: CLS2595 | |
| Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma | Cat no: C0130 | |
| FACSAria III | Sigma | Cat no: 04942078001 | |
| Fetal bovine serum (FBS) | Sigma | Cat no: 806552 | |
| FITC anti-mouse NKp46 | Sigma | Cat no: L2020 | |
| Flat bottom 96-well plate | Sigma | Cat no: 03690 | |
| Glass Pasteur pipette | Sigma | Cat no: 470236-274 | |
| Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) | VWR | Cat no: 02-0131 | |
| Laminin | Cedarlane | Cat no: 03-50/31 | |
| L-Glutamine | Gibco | Cat no: A14867-01 | |
| Mouse recombinant IL-15 | Gibco | Cat no: 22400-089 | |
| Mouse recombinant IL-2 | Gibco | Cat no: 21103-049 | |
| Nerve Growth Factor (NGF) | Life Technologies | Cat no: 13257-019 | |
| Neurobasal media | PeproTech | Cat no: 450-51-10 | |
| PE anti-mouse GM-CSF | PeproTech | Cat no: 212-12 | |
| Penicillin and Streptomycin | PeproTech | Cat no: 210-15 | |
| Pestles | Stem Cell Technology | Cat no: 19855 | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Biolegend | Cat no: 108732 | Clone PK136 |
| RPMI 1640 media | Biolegend | Cat no: 137606 | Clone 29A1.4 |
| TRPV1Cre | Biolegend | Cat no: 505406 | Clone MP1-22E9 |
| Tweezers and dissection tools. | Biolegend | Cat no: 65-0865-14 | |
| U-Shaped-bottom 96-well plate | Biolegend | Cat no: 101319 | |
| Viability Dye eFlour-780 | Becton Dickinson |
References
- Berta, T., Qadri, Y., Tan, P. H., Ji, R. R. Targeting dorsal root ganglia and primary sensory neurons for the treatment of chronic pain. Expert Opinion on Therapeutic Targets. 21 (7), 695-703 (2017).
- Baral, P., et al. Nociceptor sensory neurons suppress neutrophil and gammadelta T cell responses in bacterial lung infections and lethal pneumonia. Nature Medicine. 24, 417-426 (2018).
- Binshtok, A. M., et al. Nociceptors are interleukin-1beta sensors. Journal of Neuroscience. 28 (52), 14062-14073 (2008).
- Chesne, J., Cardoso, V., Veiga-Fernandes, H. Neuro-immune regulation of mucosal physiology. Mucosal Immunology. 12 (1), 10-20 (2019).
- Samad, T. A., et al. Interleukin-1beta-mediated induction of Cox-2 in the CNS contributes to inflammatory pain hypersensitivity. Nature. 410 (6827), 471-475 (2001).
- Godinho-Silva, C., et al. Light-entrained and brain-tuned circadian circuits regulate ILC3s and gut homeostasis. Nature. 574, 254-258 (2019).
- Talbot, J., et al. Feeding-dependent VIP neuron-ILC3 circuit regulates the intestinal barrier. Nature. 579, 575-580 (2020).
- Raulet, D. H., Gasser, S., Gowen, B. G., Deng, W., Jung, H. Regulation of ligands for the NKG2D activating receptor. Annual Review of Immunology. 31, 413-441 (2013).
- Vivier, E., et al. Innate or adaptive immunity? The example of natural killer cells. Science. 331, 44-49 (2011).
- Davies, A. J., et al. Natural Killer Cells Degenerate Intact Sensory Afferents following Nerve Injury. Cell. 176, 716-728 (2019).
- Perner, C., Sokol, C. L. Protocol for dissection and culture of murine dorsal root ganglia neurons to study neuropeptide release. STAR Protocols. 2, 100333 (2021).
- Goswami, S. C., et al. Molecular signatures of mouse TRPV1-lineage neurons revealed by RNA-Seq transcriptome analysis. Journal of Pain. 15, 1338-1359 (2014).
- Mishra, S. K., Tisel, S. M., Orestes, P., Bhangoo, S. K., Hoon, M. A. TRPV1-lineage neurons are required for thermal sensation. EMBO J. 30, 582-593 (2011).
- Kim, H. S., et al. Attenuation of natural killer cell functions by capsaicin through a direct and TRPV1-independent mechanism. Carcinogenesis. 35, 1652-1660 (2014).
