Ratón Naïve CD4<sup> +</sup> Aislamiento de células T y<em> In vitro</em> Diferenciación en subconjuntos de células T
Summary
Naïve CD4+ T cells polarize to various subsets depending on the environment at the time of activation. The differentiation of naïve CD4+ T cells to various effector subsets can be achieved in vitro through the addition of T cell receptor stimuli and specific cytokine signals.
Abstract
Antigen inexperienced (naïve) CD4+ T cells undergo expansion and differentiation to effector subsets at the time of T cell receptor (TCR) recognition of cognate antigen presented on MHC class II. The cytokine signals present in the environment at the time of TCR activation are a major factor in determining the effector fate of a naïve CD4+ T cell. Although the cytokine environment during naïve T cell activation may be complex and involve both redundant and opposing signals in vivo, the addition of various cytokine combinations during naive CD4+ T cell activation in vitro can readily promote the establishment of effector T helper lineages with hallmark cytokine and transcription factor expression. Such differentiation experiments are commonly used as a first step for the evaluation of targets believed to promote or inhibit the development of certain CD4+ T helper subsets. The addition of mediators, such as signaling agonists, antagonists, or other cytokines, during the differentiation process can also be used to study the influence of a particular target on T cell differentiation. Here, we describe a basic protocol for the isolation of naïve T cells from mouse and the subsequent steps necessary for polarizing naïve cells to various T helper effector lineages in vitro.
Introduction
El concepto de linajes o subconjuntos de CD4 + T helper distintas células (Th) ha estado presente desde la última parte del siglo 20 1. El reconocimiento de antígeno afín en presencia de señales coestimuladoras resultados en varias rondas de proliferación celular y la eventual diferenciación en células Th efectoras. El tipo de célula Th generado durante este proceso es dependiente del entorno de citoquinas presentes durante la activación 2. Inicialmente, se creía que las células Th ingenuas para polarizar en 2 linajes distintos siguientes receptor de células T (TCR) de activación, la ligadura de CD28 coestimuladora, y la señalización de citoquinas. Tipo 1 de células helper (Th1) se caracterizan por su producción efector de la citocina IFN así como su requisito para la señalización de IL-12 durante el proceso de diferenciación 3,4. Finalmente se descubrió que las células Th1 diferenciadas tienen un perfil genético que se caracteriza más claramente by la expresión del factor de transcripción de la familia caja T, TBX21 (T-bet), que se considera el regulador maestro del programa genético Th1 5. Además, IL-12, así como IFN puede promover la expresión de T-bet 6,7. En la respuesta inmune, las células Th1 son importantes para la defensa del huésped contra patógenos intracelulares, así como promotores fuertes de la inflamación autoinmune. En contraste, las células helper de tipo 2 (Th2) requieren IL-4 para su desarrollo y sus citocinas efectoras, incluyendo IL-4, IL-5 e IL-13, son importantes para la conducción de las respuestas de células B y son patógenos en la alergia 8, 9. De manera similar a las células Th1, se encontró que las células Th2 para expresar su propio regulador transcripcional principal, denominado GATA-3 10,11. Curiosamente, la presencia de citocinas polarizantes y la generación de un linaje Th específicas son antagónicos al desarrollo de otros 2,12, lo que sugiere que sólo un subconjunto Th particular puede llegar a ser dominante durante una re inmunerespuesta.
Desde la identificación de los linajes Th1 y Th2, un trabajo adicional ha demostrado aún más único subconjuntos de células T auxiliares, incluyendo folicular helper (TFH), IL-9-producción (Th9), e IL-22 de producción de (Th22) (recientemente revisado en 13). Para los propósitos de los experimentos in vitro de diferenciación, este protocolo se centrará solamente en dos subconjuntos de Th adicionales, denominados células T reguladoras (Treg) y células T CD4 + de IL-17 de producción de (Th17). Las células T reguladoras CD25 + pueden ocurrir naturalmente (nTreg) en el timo; células Th naïve también pueden ser inducidas (iTreg) para convertirse en regulador en la periferia (revisado en 14,15). Ambos tipos de células T reguladoras expresan un factor de transcripción característico, denominado caja forkhead P3 (Foxp3), que es crítica para sus mecanismos de supresión efectoras que incluyen la producción soluble anti-inflamatoria mediador, IL-2 el consumo, y la célula de mecanismos dependientes del contacto 14,15. La falta de FOXP3 resultados de la expresión de un trastorno autoinmune multiorgánico grave denominan desregulación inmune, poliendocrinopatía, enteropatía, síndrome ligado al cromosoma X (IPEX), lo que demuestra el papel fundamental de este subconjunto Th en la resolución de la inflamación y la regulación de la tolerancia periférica a la libre antígenos 16. In vitro, las células T auxiliares CD4 + vírgenes hasta de regular Foxp3 y se convierten comprometido con el programa Treg a la estimulación con IL-2 y TGF-β 14,15. Puede haber moderado a considerable plasticidad en linajes de células T CD4 +, especialmente cuando se considera solamente la producción de citoquinas (revisado en 17,18). Sin embargo, a los efectos de protocolos de diferenciación in vitro, vamos a discutir cada subconjunto como un linaje único.
Recientemente, un subconjunto de células Th17 que produce la citoquina IL-17 se identificó como un linaje único con funciones de pro-inflamatorias que son particularmente patógena durante la inflamación autoinmune 19-21. Células Th17 expresan un factor de transcripción único, denominado relacionados retinoide-receptor gamma huérfano t (RORγt) que coordina el programa genético Th17 22. TGF es importante para la generación de Th17 linaje a través de la inducción de RORγt. Sin embargo, se cree que el efecto de la señalización de TGF sólo para inducir el compromiso Th17 en sinergia con IL-6 (revisado en 12). Otros estudios han demostrado que una variedad de otras señales que pueden regular positivamente el compromiso Th17, incluyendo IL-1β, el aumento de sodio, y TLR de señalización 23-26. Otros informes han sugerido que las células Th17 patógenos in vivo son los que realmente omiten la señalización de TGF y en su lugar se basan en una combinación de IL-1, IL-6 e IL-23 para su diferenciación 27. Así, las células Th17 se pueden derivar de una variedad de vías de señalización; para los fines de este protocolo, que se utiliza comúnmente el (TGF e IL-6) y la vía de Th17 linaje compromisoserá presentado.
Los protocolos de diferenciación se describen a continuación para todos los linajes efectoras se basa en anticuerpo fija como estímulos para la TCR y CD28 a lo largo de todo el curso del experimento. Sin embargo, otros han demostrado que la activación del TCR con células presentadoras de antígeno 28 o entrecruzamiento de anticuerpos anti-CD28 con el anticuerpo de hámster anti-CD3 y durante 2 días 29 también son medio muy eficaz para inducir la generación de diversos subgrupos Th. El protocolo que aquí se presenta se basa en métodos reportados previamente para el aislamiento de células T CD4 + murinas de los órganos linfoides secundarios 30 y la generación de células Th17 31. Una diferencia importante es que este protocolo se basa en el uso de un clasificador de células para aislar células T CD4 + vírgenes de los tejidos linfoides. Sin embargo, muchas compañías ahora ofrecen kits de separación rápidos que pueden enriquecer las células T naïve CD4 +, que puede ser capaz de pasar por alto el requisito fo clasificación dependiendo del experimento. Los métodos y reactivos que se presentan en este protocolo son lo que habitualmente utilizamos y encontramos a ser el más eficaz. Sin embargo, tenga en cuenta que existen reactivos y metodologías alternativas para muchos de los pasos que se presentan a continuación y le corresponde al laboratorio individual para determinar lo que funciona mejor para sus propósitos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mientras que el bazo contiene células Th ingenuo, la proporción de esta población en los ganglios linfáticos es mucho mayor. No identificar correctamente y extirpar los ganglios linfáticos en este protocolo se traducirá en un pobre rendimiento de células ingenuas. Esto puede ser especialmente difícil en ratones más viejos o los ratones machos que tienen más tejido adiposo. Como se muestra en la Figura 1, la fijación adecuada y la fijación de las extremidades y la piel de animales permitirá …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer a todos los miembros del laboratorio de Reynolds en Rosalind Franklin de la Universidad de Medicina y Ciencia, y el laboratorio de Chen Dong de la Universidad del Centro Oncológico MD Anderson de Texas para la optimización de este protocolo. Este trabajo fue apoyado por una beca para JMR de los Institutos Nacionales de la Salud (K22AI104941).
Materials
| Complete RPMI: | Warm in a 37 oC water bath before use | ||
| RPMI 1640 Media | Life Technologies | 11875119 | |
| 10 % FBS | Life Technologies | 26140-079 | |
| 1000X 2-mercaptoethanol | Life Technologies | 21985023 | |
| 100X Pen/Strep | Life Technologies | 15140122 | |
| 100X L-glutamine | Life Technologies | 25030081 | |
| 120 micron nylon mesh | Amazon | CMN-0120-10YD | Cut into 2 cm2 squares and autoclave |
| Alternative: 100 micron cell strainers | Fisher | 08-771-19 | Alternative to cutting nylon mesh |
| autoMACS running buffer | Miltenyi | 130-091-221 | Warm in a 37 oC water bath before use |
| autoMACS rinsing solution | Miltenyi | 130-091-222 | Warm in a 37 oC water bath before use |
| CD4 beads | Miltenyi | 130-049-201 | |
| ACK lysis buffer | Life Technologies | A10492-01 | |
| Cytokines: | |||
| Human (h) IL-2 | Peprotech | 200-02 | |
| Recombinant mouse (rm) IL-4 | Peprotech | 214-14 | |
| rmIL-6 | R & D Systems | 406-ML-025 | |
| rmIL-12 | Peprotech | 210-12 | |
| hTGFb | R & D Systems | 240-B-010 | |
| Antibodies: | |||
| 2C11 (anti-CD3) | BioXcell | BE0001-1 | |
| 37.51 (anti-CD28) | BioXcell | BE0015-1 | |
| 11B11 (anti-IL-4) | BioXcell | BE0045 | |
| XMG1.2 (anti-IFNg) | BioXcell | BE0055 | |
| anti-CD62L-FITC | BioLegend | 104406 | Use at 1:100 |
| anti-CD25-PE | BioLegend | 102008 | Use at 1:400 |
| anti-CD4-PerCP | BioLegend | 100434 | Use at 1:1000 |
| anti-CD44-APC | BioLegend | 103012 | Use at 1:500 |
| Phorbol 12-myristate 13 acetate (PMA) | Sigma-Aldrich | P-8139 | Prepare a stock at 0.1 mg/ml in DMSO and freeze aliquots at -20 oC |
| Ionomycin | Sigma-Aldrich | I-0634 | Prepare a stock at 0.5 mg/ml in DMSO and freeze aliquots at -20 oC |
| Brefeldin A | eBioscience | 00-4506-51 | Use at 1:1000 |
Referências
- Mosmann, T. R., Cherwinski, H., Bond, M. W., Giedlin, M. A., Coffman, R. L. Two types of murine helper T cell clone. I. Definition according to profiles of lymphokine activities and secreted proteins. J Immunol. 136 (7), 2348-2357 (1986).
- Dong, C., Flavell, R. A. Cell fate decision: T-helper 1 and 2 subsets in immune responses. Arthritis Res. 2 (3), 179-188 (2000).
- Hsieh, C. S., et al. Development of TH1 CD4+ T cells through IL-12 produced by Listeria-induced macrophages. Science. 260 (5107), 547-549 (1993).
- Seder, R. A., Gazzinelli, R., Sher, A., Paul, W. E. Interleukin 12 acts directly on CD4+ T cells to enhance priming for interferon gamma production and diminishes interleukin 4 inhibition of such priming. Proc Natl Acad Sci U S A. 90 (21), 10188-10192 (1993).
- Szabo, S. J., et al. A novel transcription factor, T-bet, directs Th1 lineage commitment. Cell. 100 (6), 655-669 (2000).
- Afkarian, M., et al. T-bet is a STAT1-induced regulator of IL-12R expression in naive CD4. T cells. Nat Immunol. 3 (6), 549-557 (2002).
- Zhu, J., et al. The transcription factor T-bet is induced by multiple pathways and prevents an endogenous Th2 cell program during Th1 cell responses. Immunity. 37 (4), 660-673 (2012).
- Le Gros, G., Ben-Sasson, S. Z., Seder, R., Finkelman, F. D., Paul, W. E. Generation of interleukin 4 (IL-4)-producing cells in vivo and in vitro: IL-2 and IL-4 are required for in vitro generation of IL-4-producing cells. J Exp Med. 172 (3), 921-929 (1990).
- Swain, S. L., Weinberg, A. D., English, M., Huston, G. IL-4 directs the development of Th2-like helper effectors. J Immunol. 145 (11), 3796-3806 (1990).
- Zhang, D. H., Cohn, L., Ray, P., Bottomly, K., Ray, A. Transcription factor GATA-3 is differentially expressed in murine Th1 and Th2 cells and controls Th2-specific expression of the interleukin-5 gene. J Biol Chem. 272 (34), 21597-21603 (1997).
- Zheng, W., Flavell, R. A. The transcription factor GATA-3 is necessary and sufficient for Th2 cytokine gene expression in CD4 T cells. Cell. 89 (4), 587-596 (1997).
- Dong, C. TH17 cells in development: an updated view of their molecular identity and genetic programming. Nat Rev Immunol. 8 (5), 337-348 (2008).
- Jiang, S., Dong, C. A complex issue on CD4(+) T-cell subsets. Immunol Rev. 252 (1), 5-11 (2013).
- Rudensky, A. Y. Regulatory T cells and Foxp3. Immunol Rev. 241 (1), 260-268 (2011).
- Sakaguchi, S., Yamaguchi, T., Nomura, T., Ono, M. Regulatory T cells and immune tolerance. Cell. 133 (5), 775-787 (2008).
- Barzaghi, F., Passerini, L., Bacchetta, R. Immune dysregulation, polyendocrinopathy, enteropathy, x-linked syndrome: a paradigm of immunodeficiency with autoimmunity. Front Immunol. 3, 211 (2012).
- Shea, J. J., Paul, W. E. Mechanisms underlying lineage commitment and plasticity of helper CD4 T cells. Science. 327 (5969), 1098-1102 (2010).
- Zhou, L., Chong, M. M., Littman, D. R. Plasticity of CD4+ T cell lineage differentiation. Immunity. 30 (5), 646-655 (2009).
- Harrington, L. E., et al. Interleukin 17-producing CD4+ effector T cells develop via a lineage distinct from the T helper type 1 and 2 lineages. Nat Immunol. 6 (11), 1123-1132 (2005).
- Langrish, C. L., et al. IL-23 drives a pathogenic T cell population that induces autoimmune inflammation. J Exp Med. 201 (2), 233-240 (2005).
- Park, H., et al. A distinct lineage of CD4 T cells regulates tissue inflammation by producing interleukin 17. Nat Immunol. 6 (11), 1133-1141 (2005).
- Ivanov, I. I., et al. The orphan nuclear receptor RORgammat directs the differentiation program of proinflammatory IL-17+ T helper cells. Cell. 126 (6), 1121-1133 (2006).
- Chung, Y., et al. Critical regulation of early Th17 cell differentiation by interleukin-1 signaling. Immunity. 30 (4), 576-587 (2009).
- Reynolds, J. M., Martinez, G. J., Chung, Y., Dong, C. Toll-like receptor 4 signaling in T cells promotes autoimmune inflammation. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (32), 13064-13069 (2012).
- Reynolds, J. M., et al. Toll-like receptor 2 signaling in CD4(+) T lymphocytes promotes T helper 17 responses and regulates the pathogenesis of autoimmune disease. Immunity. 32 (5), 692-702 (2010).
- Wu, C., et al. Induction of pathogenic TH17 cells by inducible salt-sensing kinase SGK1. Nature. 496 (7446), 513-517 (2013).
- Ghoreschi, K., et al. Generation of pathogenic T(H)17 cells in the absence of TGF-beta signalling. Nature. 467 (7318), 967-971 (2010).
- Veldhoen, M., Hocking, R. J., Atkins, C. J., Locksley, R. M., Stockinger, B. TGFbeta in the context of an inflammatory cytokine milieu supports de novo differentiation of IL-17-producing T cells. Immunity. 24 (2), 179-189 (2006).
- Avni, O., et al. T(H) cell differentiation is accompanied by dynamic changes in histone acetylation of cytokine genes. Nat Immunol. 3 (7), 643-651 (2002).
- Matheu, M. P., Cahalan, M. D. Isolation of CD4+ T cells from mouse lymph nodes using Miltenyi MACS purification. J Vis Exp. (9), (2007).
- Bedoya, S. K., Wilson, T. D., Collins, E. L., Lau, K., Larkin, J. Isolation and th17 differentiation of naive CD4 T lymphocytes. J Vis Exp. (79), e50765 (2013).
