3D organotipica Co-cultura Modello Sostenere midollare timica epiteliale proliferazione, differenziazione e promiscua genica
Summary
Studying medullary thymic epithelial cells in vitro has been largely unsuccessful, as current 2D culture systems do not mimic the in vivo scenario. The 3D culture system described herein – a modified skin organotypic culture model – has proven superior in recapitulating mTEC proliferation, differentiation and maintenance of promiscuous gene expression.
Abstract
Lo sviluppo delle cellule T Intra-timico richiede un reticolo tridimensionale complessa composta da varie cellule stromali, cioè cellule non-T. Timociti attraversano questo patibolo in un ordine temporale e spaziale altamente coordinato, mentre in sequenza passa punti di controllo obbligatori, cioè, l'impegno linea cellulare T, seguita da generazione repertorio recettore delle cellule T e la selezione prima della loro esportazione nella periferia. I due principali tipi di cellule che formano residente questa impalcatura sono cellule epiteliali del timo corticali (CTEC) e midollari (mTECs). Una caratteristica fondamentale di mTECs è la cosiddetta espressione promiscua di numerosi antigeni tissutali limitato. Questi antigeni tissutali con restrizioni vengono presentati immaturi timociti direttamente o indirettamente da mTECs o cellule dendritiche del timo, causando rispettivamente in self-tolleranza.
Adatto in vitro modelli che emulano i percorsi di sviluppo e le funzioni di CTEC e mTECs sono attualmente lacre. Questa mancanza di adeguati modelli sperimentali è per esempio ostacolato l'analisi dell'espressione genica promiscua, che è ancora poco conosciuta a livello cellulare e molecolare. Abbiamo adattato una organotipica modello di co-coltura 3D per la cultura ex vivo mTECs isolati. Questo modello è stato originariamente concepita per coltivare cheratinociti in modo tale da generare un equivalente pelle in vitro. Il modello 3D conservato caratteristiche funzionali chiave di MTEC biologia: (i) la proliferazione e la differenziazione terminale di CD80 ecco, Aire-negativo in CD80 hi, Aire-positivi mTECs, (ii) la risposta a RANKL, e (iii) espressione sostenuta di FoxN1, Aire e geni tessuto-limitato a CD80 mTECs hi.
Introduction
Timociti sviluppo costituiscono circa il 98% del timo, mentre il restante 2% è costituito da una varietà di cellule che compongono collettivamente stroma timico (cioè, cellule epiteliali, cellule dendritiche, macrofagi, cellule B, fibroblasti, cellule endoteliali). Le cellule epiteliali esterni corticali (CTEC) procurano immigrazione di cellule pro-T dal midollo osseo, induzione linea cellulare T in multipotenti cellule pre-T e selezione positiva di auto-MHC limitati timociti immaturi. Le cellule interne midollari timiche epiteliali (mTECs) sono coinvolti nella induzione della tolleranza di questi timociti con un alta affinità TCR per complessi auto-peptide / MHC da uno inducendo selezione negativa o loro deviazione nella linea cellulare T normativo. Nel contesto di induzione della tolleranza centrale, mTECs sono unici in quanto esprimono un ampio spettro di auto-antigeni tissutali-limitato (Tras) rispecchiando così il sé periferica. Questo fenomeno è chiamato espressione genica promiscua (PGE)1,2.
La maggior parte degli studi in corso su questo tipo di cellule affascinante si basano su cellule isolate ex vivo, come i vari sistemi di coltura 2D a breve termine invariabilmente portato alla perdita di PGE e molecole regolatore chiave come MHC di classe II, FoxN1 e Aire entro i primi 2 giorni 3-6 . Rimase tuttavia poco chiaro, che particolari componenti e le caratteristiche del reticolo 3D intatto del timo mancavano in modelli 2D. La riaggregazione coltura dell'organo timica (RTOC) è stato finora l'unico sistema 3D che permette lo studio dello sviluppo delle cellule T, da una parte, e la biologia cellule stromali, d'altra parte, in un microambiente timico intatta 7. Tuttavia, RTOCs hanno alcune limitazioni, cioè, essi contengono già una miscela complessa di cellule, richiederà il contributo delle cellule stromali fetali e sopportare un periodo di coltura massima di 5 a 10 giorni.
La mancanza di riduzionista nei sistemi di coltura in vitro ha ostacolato lo studio didiversi aspetti di sviluppo delle cellule T e thymic organogenesi non ultima la regolazione molecolare di PGE e il suo rapporto con la biologia dello sviluppo di mTECs.
A causa del primo relazionalità dell'organizzazione strutturata delle cellule epiteliali della pelle e del timo, abbiamo optato per un sistema 3D cultura organotipica (OTC), che era stato sviluppato originariamente per emulare la differenziazione dei cheratinociti in vitro e creare un equivalente cutanea così. Il sistema OTC costituito da una matrice inerte scaffold sovrapposti con fibroblasti dermici che sono intrappolati in un gel di fibrina, su cui cheratinociti vengono seminate 8,9. Qui, abbiamo sostituito con cheratinociti mTECs purificati. Pur mantenendo le caratteristiche di base di questo modello, abbiamo ottimizzato alcuni parametri.
Nel modello OTC adottato mTECs proliferato, ha subito la differenziazione terminale e mantenuto l'identità MTEC e PGE, quindi mimando in vivo sviluppo mTECs <sup> 10. Questa nota tecnica fornisce un protocollo dettagliato che permette la graduale messa a punto di OTC timo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Accanto RTOCs, l'OTC 3D sono stati di gran lunga superiore in termini di differenziazione TEC e PGE manutenzione / induzione (Tabella 1) rispetto ad altri (i) 'culture 3D semplificati' utilizzando – fibroblasti da solo senza il patibolo; (Ii) i sistemi 2D utilizzando – cellule fibroblasti / alimentatore co-coltura con TEC 10, (iii) le cellule 3T3-J2 cui cloni TEC sviluppano, ma PGE è perso, (iv) matrigel o (v) componenti ECM (dati non pubblicati). PGE è stato mantenuto fino a 7 …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work has been supported by the German Cancer Research Center (DKFZ), the EU-consortium “Tolerage”, the Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 938) and the Landesstiftung Baden-Württemberg.
Materials
| Pregnant C57BL/6 mice | Charles River WIGA | ||
| LS columns | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| MS columns | Miltenyi Biotec | 130-042-201 | |
| CD45 Microbeads, mouse | Miltenyi Biotec | 130-052-301 | |
| Anti-PE Microbeads | Miltenyi Biotec | 130-048-801 | |
| Streptavidin Microbeads | Miltenyi Biotec | 130-048-101 | |
| EpCAM (G8.8 -Alexa 647 and -biotin) | Ref. 12 | ||
| CD80-PE antibody | BD Pharmingen | 553769 | |
| CD45-PerCP antibody | BD Pharmingen | 557235 | |
| Ly51-FITC antibody | BD Pharmingen | 553160 | |
| CDR1-Pacific Blue | Ref. 15 | ||
| Keratin 14 antibody | Covance | PRB-155P | |
| Vimentin antibody | Progen | GP58 | |
| Cy3-conjugated AffiniPure Goat anti-Rabbit IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 111-165-003 | |
| Alexa 488-conjugated AffiniPure F(ab')2 Fragment Goat anti-Guinea Pig IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 106-546-003 | |
| Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 conjugate | Molecular Probes (Invitrogen GmbH) | A-11008 | |
| Click-iT EdU Alexa Fluor 594 Imaging Kit | Invitrogen | C10339 | |
| Click-iT EdU Alexa Fluor 488 Flow Cytometry Assay Kit | Invitrogen | C10425 | |
| 12-well filter inserts (thincerts) | Greiner bio-one | 657631 | |
| 12-well plate | Greiner | 665180-01 | |
| Jettex 2005/45 | ORSA, Giorla Minore, Italy | ||
| Fibrinogen TISSUECOL-Kit Immuno | Baxter | ||
| Thrombin TISSUECOL-Kit Immuno | Baxter | ||
| PBS | Serva | 47302.03 | |
| DMEM | Lonza | BE12-604F | |
| DMEM/F12 | Lonza | BE12-719F | |
| HEPES | Gibco | 15630-049 | |
| FBS Gold | GE Healthcare | A11-151 | |
| Aprotinin (Trasylol) | Bayer | 4032037 | |
| Cholera toxin | Biomol | G117 | |
| Hydrocortisone | Seromed (Biochrom) | K3520 | |
| L-ascorbic acid | Sigma | A4034 | |
| TGF-ß1 | Invitrogen | PHG9214 | |
| RANKL | R&D systems | 462-TR-010 | |
| Thermolysin | Sigma Aldrich | T-7902 | |
| OCT Compound | TissueTek | 4583 | |
| Trizol (aka. Denaturing solution – Acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction) | Invitrogen | 10296028 | |
| FastPrep FP120 | Thermo Scientific | ||
| Collagenase Type IV | CellSystems | LS004189 | 0.2 mg/ml and 57U/ml final conc. |
| Neutrale Protease (Dispase) | CellSystems | LS002104 | 0.2 mg/ml and 1.2U/ml final conc. |
| DNase I | Roche | 11 284 932 001 | 25 µg/ml final conc. |
References
- Derbinski, J., Schulte, A., Kyewski, B., Klein, L. Promiscuous gene expression in medullary thymic epithelial cells mirrors the peripheral self. Nat Immunol. 2, 1032-1039 (2001).
- Kyewski, B., Klein, L. A central role for central tolerance. Annual review of immunology. 24, 571-606 (2006).
- Bonfanti, P., et al. Microenvironmental reprogramming of thymic epithelial cells to skin multipotent stem cells. Nature. 466, 978-982 (2010).
- Kont, V., et al. Modulation of Aire regulates the expression of tissue-restricted antigens. Molecular Immunology. 45, 25-33 (2008).
- Mohtashami, M., Zuniga-Pflucker, J. C. Three-dimensional architecture of the thymus is required to maintain delta-like expression necessary for inducing T cell development. J Immunol. 176, 730-734 (2006).
- Palumbo, M. O., Levi, D., Chentoufi, A. A., Polychronakos, C. Isolation and characterization of proinsulin-producing medullary thymic epithelial cell clones. Diabetes. 55, 2595-2601 (2006).
- White, A., Jenkinson, E., Anderson, G. Reaggregate thymus cultures. Journal of visualized experiments : JoVE. , (2008).
- Stark, H. J., et al. Epidermal homeostasis in long-term scaffold-enforced skin equivalents. J Investig Dermatol Symp Proc. 11, 93-105 (2006).
- Boehnke, K., et al. Effects of fibroblasts and microenvironment on epidermal regeneration and tissue function in long-term skin equivalents. Eur J Cell Biol. 86, 731-746 (2007).
- Pinto, S., et al. An organotypic coculture model supporting proliferation and differentiation of medullary thymic epithelial cells and promiscuous gene expression. J Immunol. 190, 1085-1093 (2013).
- Gabler, J., Arnold, J., Kyewski, B. Promiscuous gene expression and the developmental dynamics of medullary thymic epithelial cells. Eur J Immunol. 37, 3363-3372 (2007).
- Farr, A., Nelson, A., Truex, J., Hosier, S. Epithelial heterogeneity in the murine thymus: a cell surface glycoprotein expressed by subcapsular and medullary epithelium. The journal of histochemistry and cytochemistry : official journal of the Histochemistry Society. 39, 645-653 (1991).
- Stark, H. J., et al. Authentic fibroblast matrix in dermal equivalents normalises epidermal histogenesis and dermoepidermal junction in organotypic co-culture. Eur J Cell Biol. 83, 631-645 (2004).
- Schoop, V. M., Mirancea, N., Fusenig, N. E. Epidermal organization and differentiation of HaCaT keratinocytes in organotypic coculture with human dermal fibroblasts. J Invest Dermatol. 112, 343-353 (1999).
- Rouse, R. V., Bolin, L. M., Bender, J. R., Kyewski, B. A. Monoclonal antibodies reactive with subsets of mouse and human thymic epithelial cells. The journal of histochemistry and cytochemistry : official journal of the Histochemistry Society. 36, 1511-1517 (1988).
