Summary

Isolering av myeloida dendritiska celler och epitelceller från Human Thymus

Published: September 19, 2013
doi:

Summary

Detta protokoll specificerar en metod för isolering av antigenpresenterande celler från human tymus via olika stegen i enzymatisk spjälkning av vävnaden följt av densitetscentrifugering av enkelcellsuspension och slutligen magnetiskt och / eller FACS-sortering av cellpopulationer av intresse.

Abstract

I detta protokoll ger vi en metod för att isolera dendritiska celler (DC) och epitelceller (TEC) från den mänskliga bräss. DC och TEC är den stora antigenpresenterande celler (APC) typer som finns i en normal tymus och det är väl känt att de spelar olika roller under thymic val. Dessa celler är lokaliserade i olika mikromiljöer i tymus och varje APC typ utgör endast en mindre population av celler. För att ytterligare förstå biologin av dessa celltyper, är karakterisering av dessa cellpopulationer mycket önskvärt men på grund av sin låga frekvens, isolering av någon av dessa celltyper kräver ett effektivt och reproducerbart förfarande. Detta protokoll detaljer en metod för att få celler som är lämpliga för karakterisering av olika cellulära egenskaper. Tymusvävnad är mekaniskt avbrutna och efter olika steg av enzymatisk digerering, är den resulterande cellsuspension anrikad med användning av en Percoll-densitetscentrifugeringssteg. För isolering av myeloid DC (CD11c <sup> +), celler från låg densitet fraktion (LDF) är immunoselected genom magnetisk cellsortering. Anrikning av TEC-populationer (Mtec, CTEC) uppnås genom uttömning av hematopoietiska (CD45 hi)-celler från den låg densitet Percoll-cellfraktionen som möjliggör deras efterföljande isolering genom fluorescensaktiverad cellsortering (FACS) med användning av specifika cellmarkörer. De isolerade cellerna kan användas för olika tillämpningar nedströms.

Introduction

Tymus är det organ i vilket T-cellutveckling sker. Dess relativa och absoluta storlek minskar med åldern när det blir successivt ersätts av fett även thymic aktivitet fortfarande kan detekteras i ålderdomen. Dess betydelse för immunsvar visades i början av 1960-talet 1.

Den T-cellrepertoaren formas genom samverkan mellan T-cellreceptorer med peptid-MHC-komplex på olika typer av tymus-APC, som ger överlevnad eller död cues att utveckla T-celler, vilket resulterar i en funktionell och i stor utsträckning självtoleranta T-cellrepertoaren 2.

Ungefär 98% av cellerna i människo tymus utvecklar T-celler kallade tymocyter. De återstående 2% bestå av ett antal olika celltyper, inklusive en variation av TEC (kortikal, medullär, subkapsulär), myeloida och plasmacytoid DC (MDC, PDC), makrofager, B-celler, mogna åter cirkulerande T-celler, granulocyter, fibroblasts, endotelceller och mycket sällsynta epiteliala celler med en expressions fenotyp som liknar det av celler från andra vävnader, såsom muskler, neuroner och respiratoriskt epitel (Figur 1). Av dessa TEC och DC är de stora APC typer som finns i en normal tymus. Under senare år har reningen av dessa APC typer för kultur och molekylär profilering fått mer och mer intresse. På grund av sin låga frekvens, isolering av någon av dessa celltyper för detaljerad analys kräver ett effektivt, reproducerbart och kostnadseffektiv procedur. Den metod som presenteras här är en ändring från tidigare publicerade studier 3,4.

Som med någon annan vävnad kan cellutvinning från tymus uppnås genom enzymatisk sönderdelning av den cell-cell-och cell-matrix-interaktionsnätverk, för att erhålla en suspension av enstaka celler. Det finns vissa parametrar som god dissociation effektivitet, cell avkastning, cellviabiliteten och bibehållande av cell surface markörer som är avgörande och måste optimeras för den framgångsrika isoleringen av dessa sällsynta cellpopulationer.

I detta protokoll, är isolering av DC och TEC grupper utförs genom att göra en encelliga suspension av vävnaden genom mekanisk störning och enzymatisk nedbrytning. Vi använder kollagenas A från Clostridium histolyticum, som har en balans mellan olika enzymaktiviteter, för att bryta ner den infödda kollagen som håller vävnaden tillsammans. DNas ingår i enzymlösningen för att minska cell aggregering grund fri DNA från döda celler (tymocyter är mycket känsliga). Vi erbjuder även ett alternativ till den typiska enzymatisk vävnad matsmältningen involverar mekanisk och enzymatisk vävnadsbehandling med bistånd av en vävnad dissociator. Den enda cellsuspension underkastas sedan en enda Percoll-densitetscentrifugering för anrikning av lågdensitetsfraktionen (LDF) av celler. Ur denna fraktion av celler, kan DC isoleras genom färgning feller DC-ytmarkörer (dvs. CD11c +) och med hjälp av magnetisk separation eller fluorescensaktiverad cellsortering (FACS). Till skillnad från de lymfoida celler som innefattar den stora majoriteten av celler i tymus, behöver TEC inte uttrycka CD45 vid höga nivåer, men är positiva för epitelial celladhesionsmolekyl EpCAM. CTEC kan särskiljas från medullära TEC genom uttrycket av en ännu odefinierad antigen som igenkännes av den CDR-2 (kortikal dendritisk retikulocyt-2) antikropp 4,5 och något lägre EpCAM expression. Differential co-uttryck av EpCAM och CDR2 möjliggör effektiv isolering av dessa TEC grupper via höghastighetscellsortering 6.

Protokollet presenteras här är optimerad för human tymusvävnad. Varaktigheten av förfarandet beror på mängden av vävnad och förmågan hos den som utför experimentet liksom hastigheten på cellsorterare, om FACS-sortering användes. Normalt kan protokollet för isolering av DC vara avslutad inom 5-6 H och för isoleringen av TEC i 8-10 timmar. Isoleringen av DC och TEC grupper från tymusvävnad är tidskänsliga. Ju snabbare isoleringsförfarandet, desto bättre tillstånd hos cellerna. Slutligen kan de isolerade cellerna kan användas för ytterligare undersökningar såsom jämförande studier av mRNA och proteinuttryck, PCR-experiment, proteinisolering, molekylär profilering (dvs transkriptomik, mikro-RNA-analys) samt cellodlings 6.

Ethics Uttalande

För att kunna arbeta med mänsklig bräss vävnad behöver forskaren att få godkännande från den lokala etiska kommittén eller ansvariga myndigheter samt ett informerat skriftligt samtycke av givaren (eller oftast hans eller hennes föräldrar, eftersom vävnaden erhålls vanligtvis från sändare barn). Dessutom bör alla mänskliga vävnader hanteras som potentiellt smittsamma och lämpliga åtgärder bör vidtas, till exempel att arbeta med handskar, osv.

Protocol

1. Beredning av verktyg, Enzyme Lösningar och buffertar Utför följande förberedande steg före början av protokollet. Verktyg Ren, torr och autoklavera följande verktyg och hålla dem i sterila förpackningar fram till användning. Liten vass sax med antingen böjda eller raka tips för att skära bräss vävnad. Små böjda pincett med tandade tips för hantering av vävnaden. 50 ml Oak Ridge Centrifugrör, PC, för Percoll densitet centrifugerings…

Representative Results

Som utgångsmaterial i detta protokoll använder vi bräss vävnad tas bort från barn som genomgår korrigerande kardiovaskulär kirurgi (Thorax och kardiovaskulär kirurgi, universitetskliniken Tübingen) erhålls efter informerat samtycke och under institutionens riktlinjer. Detta kasse material kan variera mycket i storlek 2-30 g eller mer. Antalet MDC och TEC-delmängder (CTEC och Mtec) som erhålls beror på storleken och åldern hos provet tymus vävnad som används för isolering. <s…

Discussion

Protokollet som beskrivs här är en modifiering av det protokoll som publicerats av Gotter et al 4. Kritiska steg i protokollet är de tillstånd och initial beredning av vävnaden samt Percoll densitetsseparation. Vi rekommenderar starkt att behandla vävnaden så snart som möjligt efter provtagningen. Det är viktigt att arbeta snabbt men noggrant vid rengöring och skär vävnaden. Under tymocyt tvätta beskrivs i steg 2,3, är det viktigt att hitta rätt balans vid tillämpning tryck med baksid…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi är tacksamma för kirurgerna i Thorax och kardiovaskulär kirurgi, universitetskliniken Tübingen för att förse oss med bräss prover och Bruno Kyewski (DKFZ, Heidelberg, Tyskland) för att tillhandahålla CDR2 kroppen. Vi vill även tacka Hans-Jörg Bühring och Sabrina Grimm från sorteringsanläggning (universitetet i Tübingen). Detta arbete stöddes av SFB 685 och Hertie Foundation.

Materials

Reagents and Materials
RPMI 1640 PAA E15-842
Dulbecco's PBS PAA H15-002
Fetal Bovine Serum-Gold PAA A15-151
Bovine Serum Albumin PAA K41-001
Collagenase A Roche 10 103 586 001
DNase I, grade II bovine pancreatic Roche 10 104 159 001
Trypsin-EDTA 10x in PBS PAA L11-001 stock conc. 20 mg/ml
Alexa Fluor 488 Protein Labelling kit Molecular Probes A-10235
anti-human CDR2 (purified) Bruno Kyewski, DKFZ- Heidelberg, Germany labeled with Alexa Fluor 488
anti-human CD45 (Pacific Blue) Biolegend 304022
anti-human EpCAM (APC) Miltenyi Biotec 130-091-254
anti-human CD11c (PE) Miltenyi Biotec 130-092-411
anti-PE Microbeads Miltenyi Biotec 130-048-801
anti-CD45 Microbeads, human Miltenyi Biotec 130-045-801
LS columns Miltenyi Biotec 130-042-401
gentleMACS C Tubes Miltenyi Biotec 130-093-237 for tissue dissociator
Percoll (density 1.130 g/ml) GE Healthcare, Life Sciences 17-0891-01
Sterile distilled Water (DNAse/ RNAse free) GIBCO 10977-035
Gamunex 10% Tajecris-Biotherapeutics G120052 1:10 pre-dilution, use 20 μl/1 x 106cells
0.22 μm filter Millex GS SLGS033SS Syringe driven
Stericup filter unit Millipore SCGPU05RE Pump driven
50 ml PC oak ridge centrifuge tubes Nalgene 3118-0050 50 ml
50 ml PP conical tubes Becton Dickinson 352070
12 mm x 75 mm 5 ml test tubes Becton Dickinson 352058 FACS stainings
Cell strainer 70 μm Becton Dickinson 352350
INSTRUMENTS
Flow Cytometer-Sorter (BD FACSAriaTMIIu) Becton Dickinson
Sorvall Evolution R6 (rotor) Kendro
Rotator REAX 2 Heidolph
gentleMACS Dissociator Miltenyi Biotec 130-093 235 tissue dissociator

Referências

  1. Miller, J. F. A. P. The discovery of thymus function and of thymus-derived lymphocytes. Immunological Reviews. 185, 7-14 (2002).
  2. Klein, L., Hinterberger, M., Wirnsberger, G., Kyewski, B. Antigen presentation in the thymus for positive selection and central tolerance induction. Nat Rev Immunol. 9, 833-844 (2009).
  3. Vandenabeele, S., Hochrein, H., Mavaddat, N., Winkel, K., Shortman, K. Human thymus contains 2 distinct dendritic cell populations. Blood. 97, 1733-1741 (2001).
  4. Gotter, J., Brors, B., Hergenhahn, M., Kyewski, B. Medullary Epithelial Cells of the Human Thymus Express a Highly Diverse Selection of Tissue-specific Genes Colocalized in Chromosomal Clusters. The Journal of Experimental Medicine. 199, 155-166 (2004).
  5. Rouse, R. V., Bolin, L. M., Bender, J. R., Kyewski, B. A. Monoclonal antibodies reactive with subsets of mouse and human thymic epithelial cells. Journal of Histochemistry & Cytochemistry. 36, 1511-1517 (1988).
  6. Stoeckle, C., et al. Cathepsin S dominates autoantigen processing in human thymic dendritic cells. Journal of Autoimmunity. 38, 332-343 (2012).
  7. Woods Ignatoski, K. M., Bingham, E. L., Frome, L. K., Doherty, G. M. Directed trans-differentiation of thymus cells into parathyroid-like cells without genetic manipulation. Tissue Eng Part C Methods. 17, 1051-1059 (2011).
  8. Williams, K. M., et al. Single Cell Analysis of Complex Thymus Stromal Cell Populations: Rapid Thymic Epithelia Preparation Characterizes Radiation Injury. Clinical and Translational Science. 2, 279-285 (2009).
  9. Bendriss-Vermare, N., et al. Human thymus contains IFN-α-producing CD11c-, myeloid CD11c+, and mature interdigitating dendritic cells. The Journal of Clinical Investigation. 107, 835-844 (2001).
  10. Schmitt, N., et al. Ex vivo characterization of human thymic dendritic cell subsets. Immunobiology. 212, 167-177 (2007).
  11. Dzionek, A., et al. BDCA-4: Three Markers for Distinct Subsets of Dendritic Cells in Human Peripheral Blood. The Journal of Immunology. 165, 6037-6046 (2000).
  12. Wu, L., Shortman, K. Heterogeneity of thymic dendritic cells. Seminars in Immunology. 17, 304-312 (2005).
  13. Seach, N., Wong, K., Hammett, M., Boyd, R. L., Chidgey, A. P. Purified enzymes improve isolation and characterization of the adult thymic epithelium. Journal of Immunological Methods. 385, 23-34 (2012).
  14. Adamopoulou, E., Tenzer, S., Hillen, N., Klug, P., Rota, I. A., Tietz, S., Gebhardt, M., Stevanovic, S., Schild, H., et al. Exploring the MHC-peptide matrix of central tolerance in the human thymus. Nature Communications. , (2013).
check_url/pt/50951?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Stoeckle, C., Rota, I. A., Tolosa, E., Haller, C., Melms, A., Adamopoulou, E. Isolation of Myeloid Dendritic Cells and Epithelial Cells from Human Thymus. J. Vis. Exp. (79), e50951, doi:10.3791/50951 (2013).

View Video