Summary

Solunum Virüsü Enfeksiyonu Sırasında Doğuştan İmmün Hücre Aktivasyonunun İncelenmesi için Temassız Ko-Kültür Modeli

Published: February 28, 2021
doi:

Summary

Bu protokol, viral olarak enfekte olmuş nazal epitel hücreleri ile doğuştan gelen hücre aktivasyonu arasındaki erken etkileşimlerin araştırılmasını detaylandırır. Bağışıklık hücrelerinin bireysel alt kümeleri, viral enfeksiyonlara yanıt olarak aktivasyonlarına göre ayırt edilebilir. Daha sonra erken antiviral yanıtlar üzerindeki etkilerini belirlemek için daha fazla araştırılabilirler.

Abstract

Viral enfeksiyonlar sırasında nazal epitel tabakası ile doğuştan gelen bağışıklık hücreleri arasındaki erken etkileşimler henüz keşfedilmemiş bir alan olmaya devam etmektedir. Viral enfeksiyonlarda doğuştan gelen bağışıklık sinyalizasyonunun önemi, yüksek doğuştan gelen T hücresi aktivasyonu sergileyen solunum yolu enfeksiyonlu hastalar daha iyi bir hastalık sonucu gösterdiğinden önemli ölçüde artmıştır. Bu nedenle, bu erken doğuştan gelen bağışıklık etkileşimlerini parçalara ayırmak, onları yöneten süreçlerin aydınlatılmasına izin verir ve viral enfeksiyonların erken ilerlemesini azaltmak veya hatta önlemek için potansiyel terapötik hedeflerin ve stratejilerin geliştirilmesini kolaylaştırabilir. Bu protokol, viral olarak enfekte olmuş hava yolu epitel hücreleri tarafından salgılanan faktörlerden doğuştan gelen bağışıklık hücrelerinin erken çapraz etkileşimini, etkileşimlerini ve aktivasyonunu incelemek için kullanılabilecek çok yönlü bir modeli detaylandırır. Temsili virüs modeli olarak bir H3N2 influenza virüsü (A / Aichi / 2 / 1968) kullanılarak, viral enfeksiyona yanıt olarak epitelden salınan çözünür faktörler tarafından aktive edilen hücrelerin alt kümelerini araştırmak için ko-kültürlü periferik kan mononükleer hücrelerinin (PBMC’ler) doğuştan gelen hücre aktivasyonu analiz edilmiştir. Sonuçlar, hücrelerin alt kümelerini ayırt etmek için geçit stratejisini göstermektedir ve PBMC’lerin aktive olmuş popülasyonları ile kontrol ve enfekte epitel ile çapraz etkileşimleri arasındaki açık farklılıkları ortaya koymaktadır. Aktive edilen alt kümeler daha sonra fonksiyonlarını ve hücrelere özgü moleküler değişiklikleri belirlemek için daha fazla analiz edilebilir. Böyle bir çapraz konuşma araştırmasından elde edilen bulgular, viral enfeksiyonun ilerlemesini kontrol etmede ve bastırmada yararlı olan hayati doğuştan gelen hücre popülasyonlarının aktivasyonu için önemli olan faktörleri ortaya çıkarabilir. Dahası, bu faktörler evrensel olarak farklı viral hastalıklara, özellikle de yeni ortaya çıkan virüslere, bu tür virüslerin naif insan popülasyonlarında ilk dolaşıma girdiklerinde etkilerini azaltmak için uygulanabilir.

Introduction

Solunum yolu virüsleri belki de ciddi sağlık ve ekonomik yüke neden olan en yaygın patojenler arasındadır. Ortaya çıkan salgın suşların (örneğin, H1N1, H5N1, H3N2, MERS, COVID-19) periyodik küresel salgınlarından, her yıl mevsimsel grip suşlarına kadar, virüsler halk sağlığı için sürekli bir tehdittir. Her ne kadar aşılar bu küresel halk sağlığı sorunlarına verilen yanıtın ana kütlesini oluştursa da, bu karşı önlemlerin sadece 1,2’ye yanıt verdiğini belirtmek ayıltıcıdır. Ayrıca, yeni bir bulaşıcı suşun ortaya çıkması ile aşısının başarılı bir şekilde geliştirilmesi arasındaki gecikme kaçınılmazdır3 ve virüsün yayılmasını engellemek için mevcut önlemlerin oldukça sınırlı olduğu bir döneme yol açmaktadır.

Bu gecikmeler, ekonomik ve sosyal olarak topluma uygulanan maliyetlerle daha da vurgulanmaktadır. Sadece mevsimsel grip, dolaylı maliyetlerde yaklaşık 8 milyar dolardan, tıbbi maliyetlerde 3,2 milyar dolardan ve Amerika Birleşik Devletleri’nde yılda 36,3 bin ölümden sorumludur4. Bu, aşı geliştirmeyi finanse etmek için gerekli olan araştırma maliyetlerini dikkate almadan öncedir. Epidemik salgınlar, şiddetli akut solunum sendromu koronovirüs 2’nin (SARS-CoV-2) ortaya çıkması ve hızla yayılmasının neden olduğu küresel bozulmaların kanıtladığı gibi, her yıl artan küreselleşme hızıyla birleştiğinde, toplum üzerinde daha da ciddi etkilere sahiptir5,6,7.

Son zamanlarda yapılan çalışmalar, daha fazla aktive olmuş doğuştan gelen T hücresi popülasyonuna sahip enfekte hastaların daha iyi bir hastalık sonucuna sahip olma eğiliminde olduğunu göstermiştir 8,9,10. Ayrıca, doğuştan gelen T hücresi popülasyonu birden fazla alt gruba ayrılır: mukozal ilişkili değişmez T (MAIT) hücreleri, Vδ1 γδ T hücreleri, Vδ2 γδ T hücreleri ve doğal öldürücü T (NKT) hücreleri. Doğuştan gelen T hücrelerinin bu alt grupları da popülasyonlarında heterojenlik sergiler ve doğuştan gelen bağışıklık tepkisinde yer alan hücre popülasyonları arasındaki etkileşimlerin karmaşıklığını arttırır11. Bu nedenle, bu doğuştan gelen T hücrelerini aktive eden mekanizma ve doğuştan gelen T hücrelerinin spesifik alt gruplarının bilgisi, özellikle aşı geliştirme döneminde, bu virüslerin insan konakçısı üzerindeki bulaşıcı etkilerini azaltmak için farklı bir araştırma yolu sağlayabilir.

İnfluenza ile enfekte olmuş epitel hücreleri, doğuştan gelen T hücrelerini hızla aktive eden faktörler üretir12,13,14. Bu bulguya dayanarak, bu temassız Hava-Sıvı Arayüzü (ALI) ortak kültür modeli, erken enfeksiyon sırasında enfekte burun epitel tabakası ile PBMC’ler arasındaki erken kimyasal etkileşimleri (enfekte epitel tabakası tarafından salınan çözünür faktörlerin aracılık ettiği) taklit etmeyi amaçlamaktadır. Nazal epitel tabakası (membran eklerinde kültürlenmiş) ve PBMC’ler (altındaki odada) arasındaki fiziksel ayrım ve epitel bütünlüğü, PBMC’lerin virüs tarafından doğrudan enfeksiyonunu önler ve epitel kaynaklı çözünür faktörlerin PBMC’ler üzerindeki etkilerinin ayrıntılı bir şekilde incelenmesini sağlar. Bu nedenle, tanımlanan faktörler, influenza enfeksiyonuna karşı koruyabilecek uygun doğuştan gelen T hücresi popülasyonunu indüklemede terapötik potansiyelleri açısından daha fazla araştırılabilir. Bu nedenle bu yazıda, epitel kaynaklı çözünür faktörlerden doğuştan gelen T-hücresi aktivasyonunun incelenmesi için bir ko-kültür oluşturma yöntemleri ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

Protocol

NOT: Bu protokolde kullanılan ortam tarifleri için Tablo 1’e bakın.NOT: 12 kuyucuklu transwell’de yetiştirilen hNECS’in, Influenza virüsü ile enfekte olduğunda çözünür faktörlerin bazal odaya kolayca ulaşması için daha optimal kalınlığa dönüştüğü bulunmuştur. Bu nedenle, ko-kültür için 12 iyi boyutlu transwell kullanılması önerilir. 1. 3T3 besleyici katmanının kurulması Dondurulmuş stoklardan kuruluş Dondurulmuş stokla…

Representative Results

Konvansiyonel T hücreleri, viral klirensi kolaylaştırmak için viral enfeksiyona karşı adaptif immün yanıtın ana repertuarını oluştursa da, doğuştan gelen T hücresi popülasyonu, daha sonraki bir aşamada etkili klirens için viral yükü bastırmak için daha geniş bir spektrumda çalışır. Bu nedenle, bu protokol özellikle doğuştan gelen T hücrelerini, aktivasyonlarını ve influenza enfeksiyonunu takiben fonksiyonel popülasyonlarını, aynı donörden epitel ve ba…

Discussion

Virüslere karşı doğuştan gelen immün yanıtlar, antiviral yönetimde az araştırılan bir çalışma alanıdır. Hava yolu epitel hücreleri ve doğuştan gelen bağışıklık hücreleri, bir enfeksiyon sırasında viral replikasyonu baskılamak için uyum içinde çalışır, ayrıca viral yük kontrol altında tutulmazsa aşırı aktif adaptif yanıtın belirleyicisi olarak hizmet eder12,13,17. Bununla birlikte, uygun …

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

NUS Kulak Burun Boğaz Anabilim Dalı ve Mikrobiyoloji ve İmmünoloji Anabilim Dalı’ndaki araştırma personeline, hNEC kültürü ve viral kültür ile ilgili çalışmalardaki yardımları için teşekkür ederiz. Ayrıca, Ulusal Üniversite Hastanesi, Kulak Burun Boğaz Anabilim Dalı’ndaki cerrahlara ve cerrahi ekibe, çalışma için gerekli hücre ve kan örneklerinin sağlanmasındaki yardımları için teşekkür ederiz.
Bu çalışma Ulusal Tıbbi Araştırma Konseyi, Singapur No tarafından finanse edilmiştir. NMRC / CIRG / 1458/2016 (De Yun Wang için) ve MOH-OFYIRG19may-0007 (Kai Sen Tan’a). Kai Sen Tan, Avrupa Alerji ve Klinik İmmünoloji (EAACI) Araştırma Bursu 2019’dan burs desteği almaktadır.

Materials

0.5% Trypsin-EDTA Gibco 15400-054
0.5 M Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), pH 8.0, RNase-free Thermofisher AM9260G 0.5M EDTA
1.5 mL SafeLock Tubes Eppendorf 0030120086 1.5mL Centrifuge Tube
10 mL K3EDTA Vacutainer Tubes BD 366643 10mL Blood Collection Tubes
10x dPBS Gibco 14200-075
10x PBS Vivantis PC0711
12-well Plate Corning  3513
12-well Transwell Insert Corning  3460 membrane insert
1x FACS Lysing Solution BD 349202
2.0 mL SafeLock Tubes Eppendorf 0030120094 2 mL centrifuge tube
24-well Plate Corning  3524
24-well Transwell Insert Corning  3470
3% Acetic Acid with Methylene Blue STEMCELL Technologies 07060
3,3',5-triiodo-l-thyronine Sigma T-074
37% Formaldehyde Solution w 15% Methanol as Stabilizer in H2O Sigma 533998
5810R Centrifuge Eppendorf 5811000320
5 mL polypropylene tubes (flow tubes) BD 352058
70 µm Cell Strainer Corning  431751
A-4-62 Rotor Eppendorf 5810709008
Accutase Gibco A1110501 Cell Dissociation Reagent
Antibiotic-Antimycotic Gibco 15240-062
Avicel CL-611 FMC Biopolymer NA Liquid Overlay
Bio-Plex Manager 6.2 Standard Software Bio-Rad Laboratories, Inc 171STND01 Multiplex Manager Software
Butterfly Needle 21 G BD 367287
Cholera Toxin Sigma C8052
Crystal Violet  Merck C6158
Cytofix/Cytoperm Solution BD 554722 Fixation and Permeabilization Solution
Dispase II Sigma D4693 Neutral Protease
DMEM/High Glucose GE Healthcare Life Sciences SH30243.01
DMEM/Nutrient Mixture F-12 Gibco-Invitrogen 11320033
dNTP Mix Promega U1515 dNTP Mix
EMEM (w L-Glutamine) ATCC 30-2003
EVOM voltohmmeter device WPI, Sarasota, FL, USA 300523
FACS Lysing Solution BD 349202 1x Lysing Solution
Falcon tube 15 mL CellStar 188271 15 mL tube
Falcon tube 50 mL CellStar 227261 50 mL Tube
Fast Start Essential DNA Probes Master Roche 6402682001 qPCR Master Mix
Ficoll Paque Premium Research Instruments 17544203 Density Gradient Media
H3N2 (A/Aichi/2/1968)  ATCC VR547
H3N2 M1 Forward Primer Sequence Sigma 5'- ATGGTTCTGGCCAGCACTAC-3'
H3N2 M1 Reverse Primer Sequence Sigma 5'- ATCTGCACCCCCATTCGTTT-3'
H3N2 NS1 Forward Primer Sequence Sigma 5'- ACCCGTGTTGGAAAGCAGAT-3'
H3N2 NS1 Reverse Primer Sequence Sigma 5'- CCTCTTCGGTGAAAGCCCTT-3'
Heat Inactivated Fetal Bovine Serum Gibco 10500-064
hNESPCs Human Donors NA
Human Epithelial Growth Factor Gibco-Invitrogen PHG0314
Hydrocortisone STEMCELL Techonologies 7925 Collected from nasal biopsies during septal deviation surgeries
Insulin Sigma I3536
Lightcycler 96 Roche 5815916001 qPCR Instrument
Live/DEAD Blue Cell Stain Kit *for UV Excitation Thermofisher L23105 Viability Stain
MILLIPLEX MAP Human Cytokine/Chemokine Magnetic Bead Panel II – Premixed 23 Plex Merck Pte Ltd HCP2MAG-62K-PX23 Immunology Multiplex Assay
Mitomycin C Sigma M4287
M-MLV 5x Buffer Promega M1705 RT-PCR 5x Buffer
M-MLV Reverse Transcriptase Promega M1706 Reverse Transcriptase
N-2 supplement Gibco-Invitrogen 17502-048
NIH/3T3 ATCC CRL1658
Perm/Wash Buffer BD 554723 Permeabilization Wash Buffer
PneumaCult-ALI 10x Supplement STEMCELL Techonologies 5001
PneumaCult-ALI Basal Medium STEMCELL Techonologies 5001
PneumaCult-ALI Maintenance Supplement (100x) STEMCELL Techonologies 5001
Random Primers Promega C1181 Random Primers
Recombinant Rnasin Rnase Inhibitor Promega N2511 RNase Inhibitor
RNA Lysis Buffer Qiagen Part of 52904
RPMI 1640 (w L-Glutamine) ATCC 30-2001
STX2 electrodes WPI, Sarasota, FL, USA STX2 Electrode
T25 Flask Corning 430639
T75 Flask Corning 430641U
TPCK Trypsin Sigma T1426
Trypan Blue Hyclone SV30084.01
Viral RNA Extraction Kit Qiagen 52904 Viral RNA Extraction Kit
V-Shaped 96-well Plate Corning 3894

Referências

  1. Monto, A. S. Vaccines and antiviral drugs in pandemic preparedness. Emerging Infectious Diseases. 12 (1), 55-60 (2006).
  2. Lightfoot, N., Rweyemamu, M., Heymann, D. L. Preparing for the next pandemic. The British Medical Journal. 346, 364 (2013).
  3. Gerdil, C. The annual production cycle for influenza vaccine. Vaccine. 21 (16), 1776-1779 (2003).
  4. Putri, W., Muscatello, D. J., Stockwell, M. S., Newall, A. T. Economic burden of seasonal influenza in the United States. Vaccine. 36 (27), 3960-3966 (2018).
  5. Mas-Coma, S., Jones, M. K., Marty, A. M. COVID-19 and globalization. One Health. 9, 100132 (2020).
  6. Guo, Y. R., et al. The origin, transmission and clinical therapies on coronavirus disease 2019 (COVID-19) outbreak – an update on the status. Military Medical Research. 7 (1), 11 (2020).
  7. Guan, W. J., et al. Clinical characteristics of coronavirus disease 2019 in China. New England Journal of Medicine. 382, 1708-1720 (2020).
  8. van Wilgenburg, B., et al. MAIT cells are activated during human viral infections. Nature Communications. 7, 11653 (2016).
  9. Chien, Y. H., Meyer, C., Bonneville, M. Gammadelta T cells: first line of defense and beyond. Annual Review of Immunology. 32, 121-155 (2014).
  10. van Wilgenburg, B., et al. MAIT cells contribute to protection against lethal influenza infection in vivo. Nature Communications. 9 (1), 4706 (2018).
  11. Dias, J., Leeansyah, E., Sandberg, J. K. Multiple layers of heterogeneity and subset diversity in human MAIT cell responses to distinct microorganisms and to innate cytokines. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (27), 5434-5443 (2017).
  12. Yan, Y., et al. Human nasal epithelial cells derived from multiple individuals exhibit differential responses to H3N2 influenza virus infection in vitro. Journal of Allergy and Clinical Immunology. 138 (1), 276-281 (2016).
  13. Luukkainen, A., et al. A co-culture model of PBMC and stem cell derived human nasal epithelium reveals rapid activation of NK and innate T cells upon Influenza A virus infection of the nasal epithelium. Frontiers in Immunology. 9, 2514 (2018).
  14. Tan, K. S., et al. RNA sequencing of H3N2 influenza virus-infected human nasal epithelial cells from multiple subjects reveals molecular pathways associated with tissue injury and complications. Cells. 8 (9), 986 (2019).
  15. Kim, N., et al. Effect of lipopolysaccharide on diesel exhaust particle-induced junctional dysfunction in primary human nasal epithelial cells. Environmental Pollution. 248, 736-742 (2019).
  16. Tan, K., et al. In vitro model of fully differentiated human nasal epithelial cells infected with rhinovirus reveals epithelium-initiated immune responses. Journal of Infectious Diseases. 217 (6), 906-915 (2018).
  17. Tan, K. S., et al. Comparative transcriptomic and metagenomic analyses of influenza virus-infected nasal epithelial cells from multiple individuals reveal specific nasal-initiated signatures. Frontiers in Microbiology. 9, 2685 (2018).
  18. Cytokine /Chemokine Panel II 96 Well Plate Assay. Millipore Corporation Available from: https://www.merckmillipore.com/SG/en/product/MILLIPLEX-MAP-Human-Cytokine-Chemokine-Magnetic-Bead-Panel-II-Premixed-23-Plex-Immunology-Multiplex-Assay (2020)
  19. Gamage, A. M., et al. Infection of human nasal epithelial cells with SARS-CoV-2 and a 382-nt deletion isolate lacking ORF8 reveals similar viral kinetics and host transcriptional profiles. PLoS Pathogens. 16 (12), 1009130 (2020).
  20. Zhao, X. N., et al. The use of nasal epithelial stem/progenitor cells to produce functioning ciliated cells in vitro. American Journal of Rhinology & Allergy. 26 (5), 345-350 (2012).

Play Video

Citar este artigo
Lew, Z. Z. R., Liu, J., Ong, H. H., Tan, V. J., Luukkainen, A., Ong, Y. K., Thong, M., Puan, K. J., Chow, V. T. K., Tan, K. S., Wang, D. Y. Contact-Free Co-Culture Model for the Study of Innate Immune Cell Activation During Respiratory Virus Infection. J. Vis. Exp. (168), e62115, doi:10.3791/62115 (2021).

View Video