Summary

3D organotípicos Co-cultura de apoyo medular tímica epitelial proliferación celular, la diferenciación y la Expresión Génica Promiscuo Modelo

Published: July 30, 2015
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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

El desarrollo de células T Intra-tímico requiere una malla tridimensional intrincada compuesta de diversas células del estroma, es decir, las células no-T. Timocitos atraviesan este andamio en un orden temporal y espacial altamente coordinada mientras secuencialmente pasando los puntos de control obligatorios, es decir, T compromiso de linaje celular, seguido por la generación repertorio T y la selección antes de su exportación en la periferia. Los dos tipos principales de células residentes que forman este andamio son células epiteliales del timo corticales (CTEC) y medulares (mTECs). Una característica clave de mTECs es la denominada expresión promiscua de numerosos antígenos restringida de tejido. Estos antígenos restringido de tejidos se presentan a los timocitos inmaduros directa o indirectamente por mTECs o células dendríticas tímicas, respectivamente resultante en la auto-tolerancia.

Modelos adecuados in vitro emulando las vías de desarrollo y las funciones de CTEC y mTECs Actualmente lacrey. Esta falta de modelos experimentales adecuados, por ejemplo, ha obstaculizado el análisis de la expresión génica promiscua, que todavía está poco conocida a nivel celular y molecular. Se adaptó un modelo de co-cultivo organotípico 3D a la cultura ex vivo mTECs aisladas. Este modelo fue originalmente ideado para cultivar queratinocitos de tal manera como para generar un equivalente de piel in vitro. El modelo 3D conserva características funcionales clave de MTEC biología: (i) la proliferación y la diferenciación terminal de CD80 he aquí-Aire negativa en CD80 hi, mTECs-Aire positivo, (ii) la capacidad de respuesta de RANKL, y (iii) la expresión sostenida de Foxn1, Aire y genes restringido de tejidos en CD80 hi mTECs.

Introduction

Timocitos en desarrollo constituyen aproximadamente el 98% del timo, mientras que el 2% restante consiste en una variedad de células que colectivamente componen el estroma tímico (es decir, células epiteliales, células dendríticas, macrófagos, células B, fibroblastos, células endoteliales). Las células epiteliales corticales exteriores (CTEC) procuran la inmigración de las células pro-T de la médula ósea, linaje de células T de inducción en multipotentes células pre-T y la selección positiva de la auto-MHC restringida timocitos inmaduros. Las células internas medulares del timo epiteliales (mTECs) están involucrados en la tolerancia a la inducción de los timocitos con un TCR de alta afinidad para los complejos de auto-péptido / MHC por cualquiera de inducir la selección negativa o su desviación en el linaje de células T reguladora. En el contexto de la inducción de la tolerancia central, mTECs son los únicos que expresan un amplio espectro de antígenos propios restringido de tejidos (TRAS) reflejando así el auto periférica. Este fenómeno se llama promiscua expresión génica (PGE)1,2.

La mayoría de los estudios actuales sobre este fascinante tipo de célula se basan en células aisladas ex vivo, como diversos sistemas de cultivo 2D a corto plazo como resultado invariablemente en la pérdida de PGE y moléculas clave como regulador de MHC de clase II, Foxn1 y Aire dentro de los primeros 2 días 3-6 . Se mantuvo sin embargo no está claro, que los componentes y características de la malla 3D intacta del timo particulares faltaban en modelos 2D. El cultivo de órganos tímico re-agregación (RTOC) ha sido hasta ahora el único sistema 3D que permite el estudio de desarrollo de las células T, por un lado, y la biología de células del estroma, por otro lado, en un microambiente tímico intacta 7. Sin embargo, RTOCs tienen ciertas limitaciones, es decir, que ya contienen una mezcla compleja de células, requieren la entrada de las células del estroma fetales y soportar un período de cultivo máxima de 5 a 10 días.

La falta de reduccionista en los sistemas de cultivo in vitro ha dificultado el estudio devarios aspectos del desarrollo de las células T y la organogénesis del timo no menos importante la regulación molecular de PGE y su relación con la biología del desarrollo de mTECs.

Debido a la estrecha relación-de la organización estructurada de las células epiteliales de la piel y el timo, se optó por un sistema 3D cultura organotípico (OTC) que había sido desarrollado originalmente para emular a la diferenciación de los queratinocitos in vitro y por lo tanto crear un equivalente dérmico. El sistema OTC consiste en una matriz inerte andamio superpuesta con fibroblastos dérmicos que se encuentran atrapados en un gel de fibrina, en la que los queratinocitos se siembran 8,9. Aquí, hemos sustituido los queratinocitos con mTECs purificados. Manteniendo las características básicas de este modelo, hemos optimizado ciertos parámetros.

En el modelo de venta libre aprobado mTECs proliferaron, se sometió a la diferenciación terminal y mantenido la identidad MTEC y PGE, imitando así de cerca en el desarrollo mTECs vivo <sup> 10. Esta nota técnica proporciona un protocolo detallado que permite el paso a paso la configuración de OTC timo.

Protocol

Este estudio ha sido aprobado por el comité de ética de la Regierungspräsidium Karlsruhe. Todos los animales fueron alojados en condiciones específicas libres de patógenos en el Centro Alemán de Investigación Oncológica (DKFZ). Para todos los cachorros experimentos de cultivo de ratón que van de 1 a 7 días de edad fueron utilizados. 1. Aislamiento de mTECs de timo NOTA: Se realizaron las siguientes etapas de digestión como se describió anteriormente <su…

Representative Results

Hemos adoptado un modelo de co-cultivo organotípico 3D (3D OTC) que había sido desarrollado originalmente para la cultura a largo plazo in vitro de queratinocitos 9. MTECs MACS enriquecidos (ver MACS enriquecimiento esquema de la figura 1) fueron sembradas en un andamio que comprende de un gel de fibrina y fibroblastos atrapadas. Los fibroblastos proporcionan la matriz extracelular esencial (ECM) que soporta mTECs in vitro. MTECs se cultivaron en OTC de 4-14 días en prese…

Discussion

Junto RTOCs, la OTC 3D haber sido muy superior en términos de diferenciación TEC y PGE mantenimiento / inducción (Tabla 1) en comparación con otros (i) «culturas 3D simplificados 'usando – fibroblastos solo sin el andamio; (Ii) sistemas 2D utilizando – células fibroblastos / alimentador co-cultivadas con TEC 10, (iii) las células 3T3-J2 en el que se desarrollan clones TEC, pero PGE se pierde, (iv) matrigel o (v) los componentes de ECM (datos no publicados). PGE se mantuvo durante u…

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

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Cite This Article
Pinto, S., Stark, H., Martin, I., Boukamp, P., Kyewski, B. 3D Organotypic Co-culture Model Supporting Medullary Thymic Epithelial Cell Proliferation, Differentiation and Promiscuous Gene Expression. J. Vis. Exp. (101), e52614, doi:10.3791/52614 (2015).

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