Hier präsentieren wir ein Protokoll zur Lähmung und Opticospinal Entzündung durch Übertragung von Aquaporin-4 (AQP4) induzieren-spezifischen T-Zellen von AQP4– / – Mäusen in WT-Mäuse. Darüber hinaus führen wir serielle optische Kohärenztomographie verwenden, um visuelle System Funktionsstörung zu überwachen.
Während es erkannt wird, dass Aquaporin-4 (AQP4)-spezifischen T-Zellen und Antikörper zu beteiligen, in der Pathogenese der Neuromyelitis Optica (NMO), menschliche Zentralnervensystem (ZNS) demyelinisierende Autoimmunerkrankung, Schaffung eines Modells AQP4 gezielt mit den beiden klinische und histologische Manifestationen von CNS Autoimmunität bewährt herausfordernd. Immunisierung der Wildtyp (WT) Mäuse mit AQP4 Peptide löste T-Zell-Proliferation, obwohl diese T-Zellen nicht Krankheit auf naive Empfänger Mäuse übertragen könnte. Vor kurzem, zwei Roman AQP4 T Zelle Epitope, Peptid (p) 135-153 und p201-220, wurden identifiziert als Studium Immunantworten auf AQP4 in AQP4-defizienten (AQP4– / –) Mäuse, was auf T-Zell-Reaktivität auf diese Epitope normalerweise durch Zebrafischembryonen gesteuert wird negative Auslese. AQP4– / – Th17 polarisiert T-Zellen grundiert, p135-153 oder p201-220 induzierte Paralyse im Empfänger WT Mäuse, die überwiegend Leptomeningeal Entzündung des Rückenmarks und des Sehnerven zugeordnet war. Umliegenden Sehnerven Entzündung und Beteiligung der Netzhaut Innenlagen (IRL) wurden durch Änderungen in serielle Optische Kohärenztomografie (OCT) manifestiert. Hier zeigen wir die Ansätze zur Erstellung dieses neue in-Vivo -Modell von AQP4-bezogene CNS Autoimmunität (ATCA), die jetzt eingesetzt werden können, um Mechanismen zu studieren, die Entwicklung der pathogenen AQP4-spezifischen T-Zellen und wie sie mit B zusammenarbeiten können zulassen Zellen in der Pathogenese der NMO.
Neuromyelitis Optica (NMO) ist ein zentrales Nervensystem (ZNS) entzündliche demyelinisierende Autoimmunerkrankung, die wiederkehrende Episoden von Lähmung und Sehverlust führt zu dauerhafter neurologischer Behinderung1verursacht. NMO gilt heute in erster Linie auf eine humorale Autoimmunerkrankung2 sein, da sie Antikörper (Igs) gezielt Aquaporin-4 (AQP4), einem Wasserkanal ausgedrückt reichlich am Astrozyten3,4zugeordnet ist. CNS Entzündung ist jedoch eine Voraussetzung für CNS-Eintrag von AQP4 Ig5,6. So war es nicht möglich, ein Modell der NMO durch Übertragung von Anti-AQP4 Igs allein zu etablieren. Die Ergebnisse, dass (1) Pathogene AQP4-spezifische Igs in NMO Patienten IgG11,2sind, ist eine T-Zell-abhängigen Ig Unterklasse7 (2) T-Zellen in NMO Läsionen8,9 (3) NMO identifiziert werden verbunden mit bestimmten MHC-II-Gene (z. B. HLA-DR17 (DRB1 * 0301))10und (4) proinflammatorischen AQP4-reaktive DR-eingeschränkte Th17 Zellen werden in NMO Patienten11,12 alle erweitert geht hervor, dass AQP4-spezifischen T-Zellen eine wichtige Rolle in NMO Pathogenese. Daher ist es wichtig, entwickeln Tiermodelle um festzustellen, wie AQP4-spezifischen T-Zellen zur NMO Pathogenese beitragen können.
Vor einigen Jahren wurden mehrere AQP4 T Zelle Epitope in Wildtyp (WT) Mäuse13,14 und Ratten15identifiziert. Während es beobachtet wurde, dass AQP4-reaktive T-Zellen Opticospinal Entzündung im naive Empfänger Ratten15,16auslösen könnte, wurden deutliche klinische Anzeichen der CNS Krankheit nicht beobachtet. In ähnlicher Weise direkte Immunisierung von Mäusen, WT mit Peptiden mit AQP4 T Zelle Epitope14,17, oder Übertragung von proinflammatorischen T-Zellen gezielt jene Determinanten17, nicht die Ursache für klinische Symptome oder histologische Nachweis der CNS Autoimmunität.
Vor kurzem, es wurde beobachtet, dass Immunisierung von Mäusen C57BL/6 AQP4-defizienten (AQP4– / –) mit AQP4-Peptid (p) 135-153 oder p201-220, zwei Determinanten binden MHC-II (I-A-b) voraussichtlich mit hoher Affinität18, löste starke CD4 + T-Zell-Antworten-17. Im Gegensatz dazu löste diese zwei Peptide nur bescheidene proliferative Reaktionen bei WT-Mäusen. Darüber hinaus war der T-Zell-Rezeptor (TCR) Repertoire zur Anerkennung dieser Determinanten von T-Zellen von AQP4– / – Mäusen einzigartig. Diese Feststellungen zufolge gemeinsam Zebrafischembryonen negative Auslese T Zelle Anerkennung von AQP4 geregelt ist. AQP4 p135-153 oder p201-220-spezifische Th17 Zellen von AQP4– / – Spender Mäusen induzierte Paralyse in fast 100 % der naive Empfänger WT Mäuse; Dies war verbunden mit Opticospinal Infiltrate von T-Zellen, B-Zellen und Monozyten. Serielle Opticospinal Kohärenztomografie (OCT) demonstriert dynamische visuelle System Beteiligung. Mäuse mit T-Zell-vermittelten AQP4-bezogene CNS Autoimmunität (ATCA) von Lähmung und visuelles System Verletzungen erholt. Im Gegensatz zu EAE induziert durch Myelin Oligodendrozyt Glykoprotein (MOG) p35-55-spezifische T-Zellen, was zu persistent klinischen Erkrankung führte, war ATCA induziert durch T-Zellen allein nicht axonalen Verlust oder Reduzierung der retinalen Ganglienzellen (Routinggruppenconnectors) zugeordnet. Unsere Ergebnisse haben deutlich gezeigt, dass gibt es mehrere Pathogene AQP4 T Zelle Determinanten. Dieses neue Modell der ATCA eignet sich für die Untersuchung der Mechanismen, die Entwicklung der pathogenen AQP4-spezifischen T-Zellen, lernen, wie diese Zellen CNS Entzündung auslösen und wie sie zusammenarbeiten können, mit AQP4-spezifische B-Zellen und Antikörper, NMO Pathogenese zu fördern .
In diesem Bericht beschreiben wir die verwendeten Protokolle zum induzieren und T-Zell-induzierte ATCA zu bewerten. Wir beginnen mit den Techniken für Immunisierung, T-Zell-Kultur und Th17 Polarisation zur Erzeugung von pathogener AQP4-spezifischen T-Zellen, Flow-Zytometrie-Analyse, Polarisation und Adoptiveltern Übertragung dieser T-Zellen zu bestätigen. Wir beschreiben dann Methoden zur Bewertung von klinischen und histologischen Krankheit und die Verwendung von seriellen OCT, visuelle System Verletzungen im Empfänger Mäuse zu überwachen.
AQP4 wurde als das primäre Ziel in NMO-IgG in 20053identifiziert. Dann wurde es erkannt, dass es wichtig wäre, AQP4-bezogene Tiermodell der CNS Autoimmunität zu etablieren. Ein solches Modell könnte nützlich sein, zu untersuchen, wie AQP4-spezifischen T- und B-Zellen in der Entwicklung von CNS Autoimmunität teilnehmen und Kandidat Therapeutika für NMO zu testen. Obwohl die Identifikation von AQP4-spezifischen T-Zell Epitope in Wildtyp Mäusen zuerst in 201013, T-Zellen reagieren auf diese Epitope berichtet wurde histologische oder klinische Krankheit14,17nicht verursacht haben. Die Unfähigkeit, ein Modell von CNS Autoimmunität basierend auf immune Reaktivität, AQP4 erzeugen blieb ein Rätsel bis 2015 bei Jones, Et Al. 25 entdeckt, dass Spender AQP4-p135-153-grundiert-T-Zellen von AQP4– / – Mäusen verursacht klinischen und histologische Zeichen der CNS Autoimmunität bei WT Mäusen konnten. Von Interesse dürfte AQP4 p135-153 MHC-II (I-A-b) binden mit hoher Affinität17. Nur eine andere AQP4 Aminosäure-Sequenz, 201-220, wird voraussichtlich-Ab mit ähnlich hoher Affinität zu binden. In der Tat haben wir beobachtet, dass AQP4 p135-153 und p201-220 sowohl robuste Verbreitung in AQP4– / –, aber nicht WT, Mäuse zu entlocken. Hier haben wir gezeigt, wie man isolieren und insgesamt Th17 AQP4 p135-153 – und p201-220-reaktive T-Zellen von AQP4– / – Mäusen zu erweitern. Wenn in WT Empfänger Mäuse übertragen, induzierte AQP4-reaktive Th17 Spenderzellen Lähmung, begleitet von mononukleären Zellen Infiltrate in Rückenmark und Sehnerven. Afferenten Sehsystem Verletzungen ist bei Patienten mit AQP4-seropositiv NMOSD26bekannt. Hier beobachteten wir, dass Sehnerv Entzündung induziert durch AQP4-reaktive und MOG-reaktive Th17-Zellen deutlich wurde. Während AQP4-spezifische Th17-Zellen faseroptische Perineuritis induziert, induziert MOG-spezifische Th17-Zellen schwere Optikusneuritis. Wir haben auch die Techniken zur Überwachung der Sehnerv Entzündung durch AQP4-spezifische und MOG-spezifischen T-Zellen induziert serielle OCT beschrieben. Andere Forscher sollte nun in der Lage, die Protokolle, die hier beschrieben, um ihre eigenen Studien konzentrierte sich auf pathogene Mechanismen der ATCA voraus.
Leicht kann man vermeiden, dass drei potenzielle Fallstricke in unserem Protokoll. Erstens die Adoptiveltern Übertragung von ATCA erfordert Verwendung von AQP4-spezifischen T-Zellen von AQP4– / – Spender-Mäusen. Insbesondere WT AQP4 p135-153-spezifische T-Spenderzellen nicht ATCA Empfänger WT Mäusen die Ursache. Zweitens ist es wichtig, eine “Wasser-Test” mit einem Tropfen das Peptid/CFA-Emulsion vor Immunisierung von AQP4– / – Mäusen (Protokoll Schritt 1.5) durchzuführen. Die Emulsion sollte nicht im Wasser zerstreuen, wenn es zur s.c. Injektion geeignet ist. Wenn die Emulsion verteilt, sollte eine mischen die Emulsion wieder, wieder entspannen und wiederholen Sie den Wasser-Test. Zu guter Letzt induzieren aktivierten Spender CNS antigenspezifischen T-Zellen CNS Autoimmunität effizienter als ruhenden T-Zellen. Man sollte diese Kulturen unter dem Lichtmikroskop vor der Ernte der Spender-T-Zellen für Adoptiveltern Transfer Sichtkontrolle. Sich schnell teilenden Zellen kann Cluster bilden, die leicht identifiziert werden. Auch, wenn Kulturen viele aktivierte T-Zellen enthalten, können die Medien von Rosa zu Orange oder sogar gelb, durch Reduzierung des pH-Wertes Übergang. Eine kann auch Aktivierung von Spender AQP4 grundiert Lymphknoten T-Zellen zur Vermehrung von 3H-Thymidin Gesellschaftsgründung, bewerten, wie im Protokoll Schritt 3 beschrieben.
Unsere Entdeckung, dass die beiden pathogenen AQP4 T Zelle Epitope (1) vorhergesagt werden zu binden MHC-II mit hoher Affinität und (2) entlocken potente proliferative Reaktionen in AQP4– / –, aber nicht WT, Mäuse empfehlen T-Zellen gezielt jene Determinanten sind in der Regel Zebrafischembryonen negative Auslese17gesteuert. Die TCR-Repertoire genutzt für die Anerkennung von AQP4 p135-153 und p201-220 in AQP4– / – Mäuse sind einzigartig (Abbildung 2), das steht auch im Einklang mit klonalen Löschung durch Zebrafischembryonen medullären Epithelzellen vermittelt. Andere tolerogene Mechanismen können normalerweise Immunantworten auf AQP4 zurückhalten. Im Anschluss an unseren ersten Bericht17eine andere Gruppe auch gezeigt, dass AQP4 p201-220 ein insgesamt T Zelle bestimmende27enthält. Wenn α/β (TCRα– / –) T-Zell-defizienten Mäusen wurden mit AQP4– / – CD4 rekonstituiert+ T-Zellen, war es möglich, ein insgesamt AQP4-spezifischen T-Zell-Antwort, aber keine AQP4-spezifische humorale Antwort, was bedeutet, dass in entlocken WT-Mäuse AQP4-spezifische B-Zell-Antworten, ähnlich wie AQP4-spezifischen T-Zell-Antworten, unterliegen der negativen Auslese. In der Tat erfordern Verlust des Rückenmarks Axone und Routinggruppenconnectors, die nicht im WT Mäuse mit ATCA induziert durch AQP4-spezifischen T-Zellen allein zu beobachten war, Beteiligung von pathogenen AQP4-spezifischen Antikörpern. Es ist klar, dass die Maus-Modellen von AQP4-bezogene CNS Autoimmunität weiterhin entwickeln, wie wir lernen, mehr zu tolerogene Mechanismen normalerweise Steuerung AQP4-spezifischen T-Zellen und B-Zell-Immunität.
Auch andere Modelle von AQP4-bezogene CNS Autoimmunität werden entwickelten6,16,28,29,30. Jeder kann bieten Vorteile für das Studium besondere Aspekte, die für NMO Pathogenese sind. AQP4-spezifischen T-Zellen wurden im WT Ratten6,16,29nachgewiesen. Diese AQP4-spezifische T-Zellen verursacht histologische Veränderungen der CNS Autoimmunität, aber ähnlich wie bei Beobachtungen in den Mäusen, WT-Ratte-AQP4-spezifischen T-Zellen verursachen keine deutliche Anzeichen einer klinischen Erkrankung. Daher werden die Mechanismen der Toleranz, die Einschränkung der T-Zellen und B-Zellen AQP4-spezifische Immunantworten bei WT Mäusen auch in Ratten. Unabhängig davon sollte man nicht unterschätzen die Macht im Umgang mit Maus-Modellen für die Untersuchung von Mechanismen in der Pathogenese der Krankheit. Der Reichtum der Knock-out-transgenen und Reporter Mäuse kann vorteilhaft sein. Es sollte auch anerkannt werden, dass mehrere grundlegende Entdeckungen in der Autoimmunität mit EAE Mausmodellen vorgenommen wurden. Z. B. Demonstration, dass T-Zell-Klone für ein selbst-Antigen spezifischen Autoimmunerkrankung31,32, Identifizierung von die Rolle des T-Zell-Costimulation Autoimmunität33 und die Entdeckung der vermitteln kann die Developmental Weg für Th17 Differenzierung34 wurden erstmals beschrieben mit EAE Mausmodellen. Mit der Maus-Modell der ATCA, die wir entwickelt haben, muss man nun die Mittel zur Entwicklung und Regulierung der pathogenen AQP4-spezifische Immunantworten in vivo Studie die wichtige Erkenntnisse im Zusammenhang mit NMO Pathogenese bieten sollte.
The authors have nothing to disclose.
S.S.Z. war durch das National Institute of Health (RO1 AI073737 und RO1 NS092835-01), National Multiple Sclerosis Society (RG 4768, RG 5179 und RG 5180), Maisin Foundation und Guthy Jackson Charitable Foundation unterstützt.
M. tuberculosis H37Ra | BD Difco | 231141 | Dessicated, killed M. tuberculosis |
Incomplete Freund's Adjuvant | BD Difco | 263910 | |
AQP4 peptide p135-153 | Genemed | Custom Synthesis | Peptide sequence: LVTPPSVVGGLGVTMVHGN |
AQP4 peptide p201-220 | Genemed | Custom Synthesis | Peptide sequence: HLFAINYTGASMNPARSFGP |
MOG peptide p35-55 | Genemed / Auspep | Custom Synthesis | Peptide sequence: MEVGWYRSPFSRVVHLYRNGK |
3-way Stopcock | Kimble | 420163-4503 | |
HyClone Fetal Bovine Serum (Characterized) | GE Healthcare Life Sciences | SH30071 | |
Recombinant Mouse IL-23 | R&D Systems (BioTechne) | 1887-ML | |
Recombinant Mouse IL-6 | R&D Systems (BioTechne) | 406-ML | |
Recombinant Mouse IL-12 | R&D Systems (BioTechne) | 419-ML | |
Thymidine [Methyl-3H] | PerkinElmer | NET027 | |
Glass Fiber Filtermats | PerkinElmer | 1450-421 | |
Anti-mouse antibodies | eBioscience (Affymetrix) | [various] | |
Anti-mouse TCR Vβ Screening Panel | BD Biosciences | 557004 | |
LIVE/DEAD Fixable Dead Cell Stain | ThermoFisher Scientific | [various] | |
Paraformaldehyde (16%) | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
Fixation/Permeabilization Solution Kit with GolgiPlug | BD Biosciences | 555028 | |
Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) | Sigma-Aldrich | P8139 | |
Iomomycin (calcium salt) | Sigma-Aldrich | I0634 | |
Pertussis Toxin from B. pertussis | List Biological Laboratories | 181 | |
10% Formalin | VWR | 89370-094 | |
Variable-Flow Peristaltic Pump | Fisher Scientific | 13-876-2 | |
Foam Biopsy Pads, Rectangular | Fisher Scientific | 22-038-221 | |
Isothesia (isoflurane, USP) | Henry Schein Animal Health | 050033 | NDC : 11695-0500-2 |
Tropicamide Ophthalmic Solution, USP (1%) | Akorn | NDC: 17478-102-12 | |
Spectralis Diagnostic Imaging Platform | Heidelberg Engineering |