Summary

Saggio di migrazione in vitro in tempo reale per cellule T CD8+ murine primarie

Published: May 24, 2024
doi:

Summary

Questo protocollo fornisce un metodo di isolamento primario delle cellule T murine e la microscopia time-lapse della migrazione delle cellule T in specifiche condizioni ambientali con analisi quantitativa.

Abstract

La risposta immunitaria adattativa dipende dalla capacità di una cellula T di migrare attraverso il sangue, la linfa e i tessuti in risposta a agenti patogeni e corpi estranei. La migrazione delle cellule T è un processo complesso che richiede il coordinamento di molti input di segnale provenienti dall’ambiente e dalle cellule immunitarie locali, tra cui chemochine, recettori per chemochine e molecole di adesione. Inoltre, la motilità delle cellule T è influenzata da segnali ambientali dinamici circostanti, che possono alterare lo stato di attivazione, il paesaggio trascrizionale, l’espressione delle molecole di adesione e altro ancora. In vivo, la complessità di questi fattori apparentemente intrecciati rende difficile distinguere i singoli segnali che contribuiscono alla migrazione delle cellule T. Questo protocollo fornisce una serie di metodi, dall’isolamento delle cellule T all’analisi assistita da computer, per valutare la migrazione delle cellule T in tempo reale in condizioni ambientali altamente specifiche. Queste condizioni possono aiutare a chiarire i meccanismi che regolano la migrazione, migliorando la nostra comprensione della cinetica delle cellule T e fornendo forti prove meccanicistiche difficili da ottenere attraverso esperimenti sugli animali. Una comprensione più profonda delle interazioni molecolari che influenzano la migrazione cellulare è importante per sviluppare terapie migliorate.

Introduction

Le cellule T sono i principali effettori della risposta immunitaria adattativa antigene-specifica. A livello di popolazione, le cellule T sono eterogenee, composte da sottogruppi cellulari con funzioni specializzate distinte. È importante sottolineare che le cellule T CD8+ sono i principali effettori citolitici del sistema immunitario, che eliminano direttamente le cellule infette o disfunzionali1.

Le cellule T CD8+ mature risiedono nei tessuti e circolano nel sangue e nei linfatici alla ricerca di antigeni. Durante l’infezione, le cellule T vengono presentate con antigeni nel sangue o nei tessuti e drenano rapidamente nella milza o nel linfonodo drenante più vicino per iniziare una risposta immunitaria produttiva. In entrambi i casi, le cellule T si attivano, subiscono un’espansione clonale e lasciano il sistema linfatico per entrare nel sangue, se non già presente. Durante questo processo, la segnalazione intracellulare conferisce la sottoregolazione dei recettori di homing linfatico e la sovraregolazione di numerosi recettori delle integrine e delle chemochine essenziali per la migrazione tessuto-specifica2. In definitiva, la migrazione diretta delle cellule T verso i siti di infezione è guidata da segnali ambientali convergenti che includono la segnalazione di integrine e chemochine.

Le chemochine possono essere classificate in due classi principali: (1) segnali omeostatici, che sono essenziali per la differenziazione, la sopravvivenza e la funzione basale, e (2) segnali infiammatori, come CXCL9, CXCL10 e CCL3, che sono necessari per la chemiotassi. Generalmente, le chemochine creano un gradiente di segnale che guida la migrazione direzionale, nota come chemiotassi, oltre ad attivare l’espressione dell’integrina1. La chemiotassi è finemente regolata e altamente sensibile, con le cellule T in grado di rispondere a piccoli cambiamenti di gradiente che possono portarle verso una direzione o una posizione specifica.

Oltre a questi fattori correlati alle cellule T, la migrazione è influenzata anche dalla composizione e dalla densità della matrice extracellulare (ECM). La ECM è costituita da una fitta rete di proteine, tra cui collagene e proteoglicani, che forniscono l’impalcatura per i recettori delle integrine adesive sulle cellule T. Le integrine sono una famiglia diversificata di proteine transmembrana, ciascuna con domini di legame altamente specializzati ed effetti di segnalazione a valle. L’espressione dinamica dei recettori delle integrine sulla superficie di una cellula T consente un rapido adattamento ai loro ambienti mutevoli3. È importante sottolineare che le integrine collegano la MEC e le reti di actina citoscheletrica intracellulare che lavorano insieme per generare la forza propulsiva necessaria per il movimento delle cellule T.

In sintesi, i modelli di migrazione variano in base al fenotipo delle cellule immunitarie o ai segnali ambientali. Questi complessi processi biologici sono strettamente regolati dall’espressione di citochine, chemochine e integrine sulla superficie della cellula T, delle cellule circostanti e del tessuto locale infetto. In vivo, questi meccanismi migratori possono essere complessi e possono derivare da diversi segnali additivi4. A causa di questa complessità, può essere impossibile stabilire una relazione causale tra variabili apparentemente interconnesse. Per ovviare a ciò, esistono diversi approcci in vitro per studiare aspetti specifici della migrazione delle cellule T, come la risposta a specifici segnali di chemochine e l’interazione tra le integrine delle cellule T e le proteine leganti la ECM. Questo protocollo affronta metodi per isolare e attivare le cellule T CD8+ murine, con saggi di migrazione in vitro nello spazio bidimensionale e strumenti di analisi computazionale per l’analisi della migrazione delle cellule T specificate. Questi metodi sono vantaggiosi per l’utente perché non richiedono materiali o dispositivi sofisticati, come con alcuni altri saggi di migrazione cellulare descritti in letteratura. I dati sulla migrazione cellulare generati con questi metodi possono fornire prove di risposte immunitarie in modo semplicistico che consente ulteriori indagini informate in vivo.

Protocol

I protocolli sugli animali sono stati approvati dal Comitato universitario per le risorse animali dell’Università di Rochester. I topi in questo studio sono stati mantenuti nello spazio privo di agenti patogeni della struttura per animali dell’Università di Rochester. Per il presente studio sono stati utilizzati topi maschi/femmine C57BL/6, di età compresa tra 6 e 12 settimane (15-30 g). L’isolamento del tessuto del topo può essere eseguito su un banco di lavoro con guanti per coprire le mani e una maschera facciale …

Representative Results

La conferma dell’attivazione delle cellule T può essere ottenuta mediante citometria a flusso, alla ricerca di un aumento dell’espressione di CD69 e CD44, che sono marcatori canonici di attivazione nelle cellule T murine6. Inoltre, la purezza della popolazione di cellule T può essere determinata mediante citometria a flusso per le cellule T CD3+ CD8+ . Questo metodo produce il >90 % della popolazione di cellule T CD8+ . La migrazione d…

Discussion

Comprendere l’impatto biologico dei segnali convergenti in vivo è impegnativo e non facile da interpretare. I protocolli qui presentati forniscono un metodo ragionevole per comprendere la migrazione delle cellule T in condizioni altamente definite e biologicamente rilevanti. Queste condizioni possono essere specificate a discrezione dello sperimentatore e i protocolli possono essere modificati per adattarsi alle esigenze delle varie popolazioni di cellule T, allo stato di attivazione e al fenotipo cellulare. In…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ringraziamo i membri precedenti e attuali del Kim Lab che hanno contribuito allo sviluppo di questi protocolli nel tempo. Dati rappresentativi sono stati resi possibili da P01 AI102851/AI/NIAID NIH HHS/Stati Uniti e P01 HL018208/HL/NHLBI NIH HHS/Stati Uniti. Questa pubblicazione è stata resa possibile in parte dalla sovvenzione numero T32 GM135134 dall’Institutional Ruth L. Kirschstein National Research Service Award.

Materials

10 cm dish Corning 353003 or equivalent
15 mL conical tube ThermoFisher 339650 or equivalent
1x DPBS Gibco 14190144 without calcium and without magnesium
6 well plate non-TC treated Corning 3736 or equivalent
70 µm cell strainer FisherScientific 352350 or equivalent
ACK lysing buffer ThermoFisher A1049201 or equivalent
Allegra 6KR centrifuge ThermoScientific sorvall 16R with tx400 3655 rotor and bucket or equivalent
Beta mercaptoethanol Sigma M3148 or equivalent
CellTrace Violet ThermoFisher C34571 Or equivalent
Centrifuge ThermoScientific Sorvall ST 16R or equivalent
Collagen (IV) Corning 354233 or equivalent
DeltaT culture dish .17 mm thick glass clear Bioptechs 04200417C
Dynabeads Sheep anti-Rat IgG Invitrogen 11035
DynaMag 15 Magnet ThermoFisher Scientific 12301D or equivalent
Easy sep mouse T cell isolation kit Stem Cell 19851
FBS SigmaAldrich F2442-500ML or equivalent
Fibronectin SigmaAldrich 10838039001 or equivalent
Fiji http://fiji.sc/ weblink
Filter cubes Nikon or Olympus
GK1.5 ATCC TIB-207
HEPES ThermoFisher 15630080 or equivalent
HQ CCD camera CoolSNAP or equivalent
ImageJ http://imagej.nih.gov/ij/h weblink
ImageJ automatic tracking plug in http://imagej.net/TrackMate weblink
ImageJ manual tracking plug in https://imagej.nih.gov/ij/plugins/track/track.html weblink
L-15 Various See Materials Medium Recipe: Leibovitz’s L-15 medium without phenol red (Gibco) supplemented with 1-5 g/L glucose
Liebovitz's L-15 medium, no phenol red ThermoFisher 21083027
Luer Lok disposable syringe Fisher Scientific 14-955-459 or equivalent
Lymphocyte separation medium Corning 25-072-CI or equivalent
M5/114 ATCC TIB-120
MEM Non-Essential Amino Acids ThermoFisher 11140050 or equivalent
Microscope heating system Okolab okolab.com Custom designs available
Millicell EZ slide Millipore C86024
Mojosort mouse CD8+ Naïve T cell isolation kit Biolegend 480043
Mouse E-cadherin R&D systems 8875-EC-050 or equivalent
Mouse surgical dissection kit Fisher Scientific 13-820-096 or equivalent
NIS elements Nikon Software
non-TC 24wp Corning 353047 or equivalent
Penicillin-streptomycin ThermoFisher 15140122 or equivalent
Protein A ThermoFisher Scientific or equivalent
R9 Various See Materials Medium Recipe: RPMI 1640x supplemented with 10 % FBS, 1 % antibiotic-antimycotic (Gibco), 20 mM HEPES buffer (Gibco), 1 % MEM Non-Essential Amino Acids (Gibco), 50 μM β-mercaptoethanol (Sigma-Aldrich)
Recombinant mouse ICAM-1 Fc chimera R&D systems 796-IC-050 or equivalent
Recombinant Mouse IL2 Biolegend 575410 or equivalent
RPMI 1640x ThermoFisher 11875093 or equivalent
T pins Fisher Scientific S99385 or equivalent
TE2000-U microscope Nikon or equivalent
Various recombinant mouse chemokine R&D systems or equivalent
VCAM-1 Fc chimera R&D systems 643-VM-050 or equivalent
Volocity PerkinElmer Software

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Ryan, A. T., Dahal, A., Mir, S., Kim, M., Lim, K. Real-Time In Vitro Migration Assay for Primary Murine CD8+ T Cells. J. Vis. Exp. (207), e66580, doi:10.3791/66580 (2024).

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