Summary

Isolering og karakterisering rensing av makrofager fra vev av fedme-relaterte betennelse

Published: April 03, 2017
doi:

Summary

Denne protokollen tillater forsker å isolere og karakterisere vev-resident makrofager i ulike hallmark betent vev utvunnet fra kosthold-indusert modeller av metabolske forstyrrelser.

Abstract

Fedme fremmer en kronisk inflammatorisk stat som er i stor grad formidlet av vev-resident makrofager samt monocytt-avledet makrofager. Diett-indusert fedme (DIO) er en verdifull modell studere rollen macrophage heterogenitet; tilstrekkelig macrophage isolasjoner er imidlertid vanskelig å skaffe fra betent vev. I denne protokollen skissere vi isolasjon trinnene og nødvendig retningslinjer for feilsøking avledet fra våre studier for å få en passende befolkning på vev-resident makrofager fra mus etter 18 uker høy fett (HFD) eller høy-fett/høy-kolesterol ( HFHCD) kosthold intervensjon. Denne protokollen fokuserer på tre hallmark vev i fedme og åreforkalkning inkludert leveren og hvite liggende under adipose vev (WAT) aorta. Vi markere hvor dualistiske bruk av cytometri kan oppnå en ny dimensjon av isolering og karakterisering av vev-resident makrofager. En grunnleggende del av denne protokollen adresser vanskelighetene underliggende vev-spesifikke enzymatisk digestions og macrophage isolasjon og påfølgende celle-overflate antistoff flekker for flyt cytometric analyse. Denne protokollen adresser eksisterende kompleksiteten underliggende fluorescerende-aktivert celle sortering (FACS) og presenterer avklaringer til disse kompleksiteten for bredt spekter karakterisering fra tilstrekkelig sorterte celle populasjoner. Alternative berikelse metoder er inkludert for sortering celler, for eksempel tett leveren, gir fleksibilitet og tid når du arbeider med FACS. I korthet, denne protokollen hjelpemidler forskeren evaluere macrophage heterogenitet fra en rekke betent vev i en gitt studie og tilbyr innsiktsfulle feilsøkingstips som har vært vellykket for gunstige mobilnettet isolering og karakterisering av immunceller i DIO-mediert betennelse.

Introduction

Musen modeller har blitt brukt til å studere dynamikken i menneskelig sykdommer. Riktig isolasjon av vev bosatt celler fra mus i en sykelig tilstand kan gi en plattform for å forstå den molekylære og mobilnettet bidrag til patogenesen av sykdom1. En lidelse som er av avgjørende betydning er fedme. Forekomsten av fedme fortsetter å stige over hele verden sammen med insulinresistens og type 2 diabetes mellitus, hjerte-og karsykdommer og fatty leversykdom2,3. Overdreven næringsstoffet forbruk ytterligere forvrenges av redusert fysisk aktivitet utløser endret signaler fra fettvev, som kan endre andre perifere vev som aorta og lever4mobilnettet miljøet. Slike avbrudd i metabolske homeostase resulterer i en kronisk lav karakter systemisk betennelse5.

Klassisk aktivering av makrofager bosatt aorta og leveren samt rekruttering til hvit fettvev (WAT) har vist seg å ikke bare starte feilregulering metabolske signaler, men også opprettholde betennelse6,7. Den fenotypiske og funksjonell mangfold i makrofager er sterkt assosiert med patogenesen av fedme relatert Co-morbidities7. Dynamisk plastisitet i macrophage polarisering gjør for disse cellene til å vise en rekke aktivert fenotyper som koordinerer utviklingen og oppløsning av betennelse8. Mens klassisk aktivert (M1) makrofager er innblandet i utbredelsen av betennelse, er alternativt aktivert (M2) makrofager forbundet med oppløsning og tissue reparasjon9,10.

Som kroppen gjennomgår metabolske stress, akkumuleres hvit fettvev unormalt. Utvidet fettvev tiltrekker og beholder inflammatoriske celler som dypt endre normal adipocyte funksjonen for å fremme insulinresistens, hyperglykemi og til slutt type 2 diabetes mellitus, insulinresistens eller hyperglykemi11, 12. Parallelt, hvit fettvev remodels svar på inflammatorisk signaler utgitt av infiltrert klassisk aktivert (M1) fettvev makrofager (ATMs)13,14. Denne multi-mobilnettet organ utøver en kaskade av signaler at derails normal funksjon av andre kroppens organer som aorta og leveren4.

Leveren er en metabolsk kraftpakke som tilpasser seg i respons på stimuli fra nærliggende dysregulated WAT15. Hepatic makrofager eller Kupffer celler, svar på metabolske forandringer, skiller inflammatoriske cytokiner som transformerer både parenchymal og ikke-parenchymal celle fenotypen og fremme vev remodeling. Hepatic lipid akkumulering, betennelse, overdreven ekstracellulær matrix innskudd, nekrose og eventuell funksjonen tap følger inflammatorisk fornærmelser bidra til bredt spekter av leverskader tilknyttet alkoholfrie fatty leversykdom 16,17,18.

Parallelt med kompromittert WAT og leverfunksjon akkumuleres store arterier lipider i arterieveggen som kroppen gjennomgår kronisk metabolsk stress19. Arterial lipid akkumulering utløser utskillelsen av chemokines av aktivert endotelceller og påfølgende rekruttering av monocytter20. Når rekruttert, monocytter sprer, skille, ingest lipoproteiner og bli skum celler. Atherogenesis er initiert og opprettholdes av pro-inflammatoriske aktiviteten rekruttert og vev bosatt lipid-laden makrofager. Succumbing til ekstracellulære og intracellulær stressignaler videreformidlet i denne atherogenic microenvironment, delta disse makrofager deretter i en apoptotisk signalering cascade. Som disse skum cellene dør, bidrar lipid fylt innholdet til nekrotisk kjernen av lesjonen, som så fører til plakk brudd, hjerteinfarkt og hjerneslag.

Kollektivt, orkestrerer heterogeniteten macrophage fenotyper delvis fedme indusert av inflammatoriske endringer observert i dysregulated vev som WAT, lever og aorta8,21. Karakteristikk av rekruttert og vev bosatt makrofager kan gi innsikt i potensielle molekylære mål som manipulere macrophage fenotypen1. Effektivt betegner makrofager fra fedme-indusert betent vev, kan en enkeltcelle suspensjon oppnås gjennom enzymatisk fordøyelsen. Slike dissosiasjon protokollene må være effektiv i tilstrekkelig nedverdigende bindevev samtidig minimere immun celledød og gir optimale celle avkastning. Enzym blandingen er avhengig av vev og dens strukturelle utgjør. Robust vev som aorta krever sterkere enzymatisk aktivitet, i forhold til leveren og WAT, å oppnå vev dissosiasjon. Fra enkelt celle suspensjon, kan vev bosatt makrofager utvetydig preget eller isolert for videre nedstrøms analyser som transcriptional profilering.

Her er en vev-spesifikk protokoll beskrevet som collagenase-avhengige vev fordøyelsen og polykromatisk flowcytometri til å effektivt isolere og karakterisere vev-resident makrofager fra tradisjonelt kosthold indusert fedme, aterosklerose, enkel Steatose og steatohepatitis musen modeller. Samtidige farging av cellen overflate markører med antistoffer mot leukocytter-(CD45 og/eller CD11b) og macrophage – (F4/80) bestemt antigener er ofte brukt til å identifisere macrophage bestander22. Fluorescens-aktivert cellen sortering (FACS) er en kraftig strategi brukes sortere populasjonene identifisert på høy renhetsgrad. Sorterte befolkningen kan deretter bli vurdert for fenotypen bestemte genet profiler som bruker nedstrøms molekylær analyse (for eksempel kvantitative sanntid polymerasekjedereaksjons)23. Selv om standard flowcytometri og flyt cytometri-baserte celle sortering er kraftige verktøy i atskillende makrofager i en svært heterogen celle suspensjon, må tidligere protokollene være optimalisert for å sikre vellykket utgang. I denne studien beskrevet som effektivt isolere og karakterisere levedyktig vev bestemt makrofager; enda viktigere, gir denne studien viktig innsikt i tekniske problemer som ofte oppstår, og proaktiv og feilsøking strategier for å hindre og/eller løses.

Protocol

Alle eksperimentelle protokoller (seksjoner 1, 1.2 og 1.3) ble godkjent av institusjonelle Animal Care og bruk Committee (IACUC) ved Pennsylvania State University. Vev Dissosiasjon buffere forberedelse Siste volum Lagring Hvit fettvev (WAT) Dissosiasjon Buffer: 2,5% HEPES, 10 mg/mL Bovine serum albumin (BSA),…

Representative Results

Når du bruker apolipoprotein E mangelfull (ApoE KO) C57BL/6 (BL6) mus vedlikeholdes på en høy fett høyt kolesterol diett (HCHFD eller HCD) i 18 uker, 1 x 104 – 2 x 104 CD45+F4/80+ aorta makrofager kan isoleres når to prøvene samlet. Lever dissekert fra HFHCD-matet ApoE KO mus, produsert større enn 5 x 105 sortert Kupffer celler (som avhenger av tilgjengelig sortering tid). Når benytter høy fett diett (HFD) matet vill type (WT…

Discussion

Diett-indusert stoffskiftesykdom modeller som etterligner Co-morbidities som åreforkalkning, enkel Steatose, steatohepatitis og type 2 diabetes er mye brukt for forstå underliggende molekylære mekanismer av sykdomsprogresjon. Collagenase avhengige fordøyelsen brukes ofte til å distansere vev å frigjøre celler fra ekstracellulær matrix (EFM)16,27. Enzymer som collagenase forstyrre kollagen som gir strukturell støtte for omkringliggende celler. Vev struktu…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi vil gjerne takke Flow cytometri Core anlegget på The Pennsylvania State University Millennium Science Complex.

Materials

26G x 5/8 in Needles BD 305115
23G x 0.75 in needle x 12 in. tubing Blood Collection Set BD 367297 Used for cannulation of subhepatic IVC during liver perfusion
21G 1 1/2 in. Needles BD 305156
1mL syringe with rubber stops BD 309659
10mL Syringes BD 309604
1mL Syringe BD 309659
F4/80 PE Biolegend 123110
CD11c PE/Cy7 Biolegend 117318
CD11b PE/Cy5 eBioscience 15-0112-81
Anti-mouse CD16/32 Fc Block  Biolegend 101320
CD45 Pacific Blue Biolegend 103126
PE Rat IgG2a Biolegend 400508
PE/Cy7 Armenian Hamster IgG Biolegend 400922
PE/Cy5 Rat IgG2b Biolegend 400610
Pacific Blue Rat IgG2c Biolegend 400717
Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM)  Cellgro 15-017-CV
1X Phosphate Buffered Saline (PBS) Cellgro 21-031-CV
70 micron cell strainers Corning, Inc. 352350
 1.7 mL microcentrifuge tube  Denville C2170
Paraformaldehyde Aqueous Solution -16X Electron Microscopy Sciences CAS #30525-89-4
Micro Dissecting Scissors, 3.5 inch, Straight, 23mm, Sharp  Stoelting 52132-10P Used for general dissecting purposes
Micro Forceps, 4in, full curve, 0.8mm Stoelting 52102-37P  Used for general dissecting purposes
Spring dissection scissors – 3 mm Cutting edge  Fine Science Tool 15000-10 Used for aorta dissection Steps 1.3.3.17 to 1.3.3.28
Curved 0.07 x 0.04 mm Tip Forceps  Fine Science Tool 11297-10 Used for aorta dissection Steps 1.3.3.17 to 1.3.3.28
Hemostatic Forceps (Curved) Fine Science Tool 13021-12
Heparin Sodium Salt Fischer Scientific 9041-08-1
35mm Cell Culture/Petri Dishes Fischer Scientific 12-565-90
Polystyrene Petri Dishes (10 cm) w/lid Fischer Scientific 08-757-100D
15mL Conical Centrifuge Tubes (Polypropylene) Fischer Scientific 14-959-53A
50mL Conical Centrifuge Tubes (Polypropylene) Fischer Scientific 14-432-22
5mL Round-Bottom Polystyrene Tubes  Fischer Scientific 14-959-5
Fetal Bovine Serum Gemini Bio-Products 100-106
Ethanol (Stock Ethyl Alcohol Denatured, Anyhydrous) Millipore EX0285-1
Bovine Serum Albumin Rockland BSA-50
HEPES Sigma-Aldrich H3375
Collagenase Type II Sigma-Aldrich C6885
Collagenasse Type XI Sigma-Aldrich C7657
Hyaluronidase Type I Sigma-Aldrich H3506
DNAse Sigma-Aldrich DN25
Collagenase Type I Sigma-Aldrich C0130
NaOH Sigma Aldrich 1310-73-2 
CaCl2 Sigma Aldrich 449709-10G
500mL beaker  Sigma Aldrich 02-540M
4 cm Hemostatic clamp Stoelting 52120-40
Toothed forceps Stoelting 52104-33P
50 micron Disposable filters Systemex 04-0042-2317
Collagenase Type IV ThermoFischer Scientific 17104019
Ammonium Chloride Potassium (ACK) ThermoFischer Scientific  A1049201
Razors (0.22 mm (0.009")) VWR International 55411-050
Texas Red Live/Dead stain Red viability stain (in Figure 1A)

Referências

  1. Davies, L. C., Taylor, P. R. Tissue-resident macrophages: Then and Now. Immunology. 144 (4), 541-548 (2015).
  2. Kahn, S. E., Hull, R. L., Utzschneider, K. M. Mechanisms linking obesity to insulin resistance and type 2 diabetes. Nature. 444 (12), 840-846 (2006).
  3. Van Gaal, L. F., Mertens, I. L., De Block, C. E. Mechanisms linking obesity with cardiovascular disease. Nature. 444 (12), 875-880 (2006).
  4. Jung, U., Choi, M. -. S. Obesity and Its Metabolic Complications: The Role of Adipokines and the Relationship between Obesity, Inflammation, Insulin Resistance, Dyslipidemia and Nonalcoholic Fatty Liver Disease. Int J Mol Sci. 15 (4), 6184-6223 (2014).
  5. Emanuela, F., Grazia, M., Marco, D. R., Maria Paola, L., Giorgio, F., Marco, B. Inflammation as a link between obesity and metabolic syndrome. Nutr Metab. 2012, 1-7 (2012).
  6. Vieira-Potter, V. J. Inflammation and macrophage modulation in adipose tissues. Cell Microbiol. 16 (10), 1484-1492 (2014).
  7. Chawla, A., Nguyen, K. D., Goh, Y. P. S. Macrophage-mediated inflammation in metabolic disease. Nat Rev Immunol. 11 (11), 738-749 (2011).
  8. Dey, A., Allen, J., Hankey-giblin, P. A. Ontogeny and polarization of macrophages in inflammation : blood monocytes versus tissue macrophages. Front Immunol. 5 (1), 1-15 (2015).
  9. Mills, C. D., Lenz, L. L., Ley, K. Macrophages at the fork in the road to health or disease. Front Immunol. 6 (2), 1-6 (2015).
  10. Italiani, P., Boraschi, D. From monocytes to M1/M2 macrophages: Phenotypical vs. functional differentiation. Front Immunol. 5 (8), 1-22 (2014).
  11. Guilherme, A., Virbasius, J. V., Vishwajeet, P., Czech, M. P. Adipocyte dysfunctions linking obesity to insulin resistance and type 2 diabetes. Nat Rev Mol Cell Biol. 9 (5), 367-377 (2008).
  12. Cummins, T. D., Holden, C. R., et al. Metabolic remodeling of white adipose tissue in obesity. Am J Physiol Endocrinol Metab. 307 (3), 262-277 (2014).
  13. Fujisaka, S., Usui, I., et al. Regulatory Mechanisms for Adipose Tissue M1 and M2 Macrophages in Diet Induced Obese Mice. Diabetes. 58 (9), 2574-2582 (2009).
  14. Lumeng, C. N., Bodzin, J. L., Saltiel, A. R. Obesity induces a phenotipic switch in adipose tissue macrophage polarization. J Clin Invest. 117 (1), 175-184 (2007).
  15. Qureshi, K., Abrams, G. A. Metabolic liver disease of obesity and role of adipose tissue in the pathogenesis of nonalcoholic fatty liver disease. World J Gastroenterol. 13 (26), 3540-3553 (2007).
  16. Bedossa, P., Paradis, V. Liver extracellular matrix in health and disease. J Pathol. 200 (4), 504-515 (2003).
  17. Tilg, H., Moschen, A. R. Evolution of inflammation in nonalcoholic fatty liver disease: The multiple parallel hits hypothesis. Hepatology. 52 (5), 1836-1846 (2010).
  18. Milic, S., Lulic, D., Stimac, D. Non-alcoholic fatty liver disease and obesity: Biochemical, metabolic and clinical presentations. World J Gastroenterol. 20 (28), 9330-9337 (2014).
  19. Williams, I. L., Wheatcroft, S. B., Shah, A. M., Kearney, M. T. Obesity, atherosclerosis and the vascular endothelium: mechanisms of reduced nitric oxide bioavailability in obese humans. Int J Obesity. 26 (12), 754-764 (2002).
  20. Mestas, J., Ley, K. Monocyte-Endothelial Cell Interactions in the Development of Atherosclerosis. Trends Cardiovasc Med. 18 (6), 228-232 (2008).
  21. Wynn, T. A., Chawla, A., Pollard, J. W. Macrophage biology in development, homeostasis and disease. Nature. 496 (7446), 445-455 (2013).
  22. Davies, L. C., Jenkins, S. J., Allen, J. E., Taylor, P. R. Tissue-resident macrophages. Nat Rev Immunol. 14 (10), 986-995 (2013).
  23. Basu, S., Campbell, H. M., Dittel, B. N., Ray, A. Purification of specific cell population by fluorescence activated cell sorting (FACS). J Vis Exp. (41), e1546 (2010).
  24. Mann, A., Thompson, A., Robbins, N., Blomkalns, A. L. Localization, Identification, and Excision of Murine Adipose Depots. J Vis Exp. (94), e52174 (2014).
  25. Butcher, M. J., Herre, M., Ley, K., Galkina, E. Flow cytometry analysis of immune cells within murine aortas. J Vis Exp. (53), e2848 (2011).
  26. Salamone, M., Saladino, S., Pampalone, M. Tissue Dissociation and Primary Cells Isolation Using Recombinant Collagenases Class I and II. Chemical Engineering Transactions. 38, 247-252 (2014).
  27. Wells, R. G. The role of matrix stiffness in regulating cell behavior. Hepatology. 47 (4), 1394-1400 (2008).
  28. Fain, J. N. Isolation of Free Brown and White Fat Cells. Diabetologia. 375 (1964), 555-561 (1968).
  29. Seglen, P. Preparation of isolated rat liver cells. Method Cell Biol. 13, 29-83 (1976).
  30. Yu, S., Allen, J. N., et al. The Ron Receptor Tyrosine Kinase Regulates Macrophage Heterogeneity and Plays a Protective Role in Diet-Induced Obesity, Atherosclerosis, and Hepatosteatosis. J Immunol. 197 (1), 256-265 (2016).
  31. Yu, Y. R. A., O’Koren, E. G., et al. A protocol for the comprehensive flow cytometric analysis of immune cells in normal and inflamed murine non-lymphoid tissues. PLoS ONE. 11 (3), 1-23 (2016).
  32. Zizzo, G., Hilliard, B. A., Monestier, M., Cohen, P. L. Efficient clearance of early apoptotic cells by human macrophages requires "M2c" polarization and MerTK induction. J Immunol. 100 (2), 130-134 (2012).
  33. Jablonski, K. A., Amici, S. A., et al. Novel markers to delineate murine M1 and M2 macrophages. PLoS ONE. 10 (12), 5-11 (2015).
  34. Rőszer, T. Understanding the Mysterious M2 Macrophage through Activation Markers and Effector Mechanisms. Mediators of Inflamm. 2015, 1-16 (2015).
  35. Cho, K. W., Morris, D. L., Lumeng, C. N. Flow Cytometry Analysis of Adipose Tissue Macrophages. Methods Enzymol. 4 (164), 297-314 (2011).
  36. Kim, Y. -. J., Brox, T., Feiden, W., Weickert, J. Technical Note: Flow Cytometry Controls, Instrument Setup, and the Determination of Positivity. Cytometry A. 71 (1), 8-15 (2007).
  37. Tung, J. W., Heydari, K., et al. Modern Flow Cytometry: A Practical Approach. Clin Lab Med. 27 (3), 453-468 (2007).
  38. Martinez, F. O., Gordon, S. The M1 and M2 paradigm of macrophage activation: time for reassessment. F1000. 6 (3), 13 (2014).
  39. Porcheray, F., Viaud, S., et al. Macrophage activation switching: An asset for the resolution of inflammation. Clin Exp Immunol. 142 (3), 481-489 (2005).
  40. Plouffe, B. D., Murthy, S. K., Lewis, L. H. Fundamentals and Application of Magnetic Particles in Cell Isolation and Enrichment. Rep Prog Phys. 1 (78), 1-6 (2010).
check_url/pt/55445?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Allen, J. N., Dey, A., Nissly, R., Fraser, J., Yu, S., Balandaram, G., Peters, J. M., Hankey-Giblin, P. A. Isolation, Characterization, and Purification of Macrophages from Tissues Affected by Obesity-related Inflammation. J. Vis. Exp. (122), e55445, doi:10.3791/55445 (2017).

View Video