JoVE Journal > Immunology and Infection
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
русский

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Immunology and Infection

Индукция экспериментального аутоиммунного энцефаломиелита у мышей и оценка болезни зависимого распределения иммунных клеток в различных тканях

Published: May 08, 2016
doi:
10.3791/53933
, , , , , ,
1Institute of Clinical Pharmacology,Goethe University Hospital Frankfurt, 2Project Group for Translational Medicine & Pharmacology,Fraunhofer IME

Summary

This manuscript describes the methods for induction and scoring of the experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) model, together with the assessment of immune cell distribution and mRNA cytokine levels in lymph nodes, spleen, blood and spinal cord using flow cytometry and quantitative PCR, respectively, at various disease phases.

Abstract

Рассеянный склероз, как предполагают, воспалительное аутоиммунное заболевание, которое характеризуется образованием поражения центральной нервной системы (ЦНС), что приводит к когнитивной и двигательных нарушений. Экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит (ЭАЭ) является полезной животной моделью MS, так как он также характеризуется образованием поражением ЦНС, нарушение двигательной и также определяется аутоиммунных и воспалительных реакций. Одна из моделей EAE индуцируют с пептидом , полученным из миелин олигодендроцитов белка (MOG) 35-55 у мышей. Мыши EAE разработать прогрессивное течение заболевания. Этот курс делится на три фазы: доклинические фазы (день 0 – 9), начало заболевания (день 10 – 11) и острой фазы (день 12 – 14). МС и ЕАЕ индуцируются аутореактивных Т-клеток, которые проникают в ЦНС. Эти Т-клетки секретируют хемокины и цитокины, которые приводят к набору дополнительных иммунных клеток. Таким образом, распределение иммунных клеток в спинном мозге Dйти во время трех фаз заболевания была исследована. Для того, чтобы выделить момент времени болезни, при которой начинается активация / пролиферации / накопление Т-клеток, В-клеток и моноцитов, распределение иммунных клеток в лимфатических узлах, селезенке и крови также оценивали. Кроме того, уровни ряда цитокинов (IL-1 & beta;, IL-6, IL-23, TNF-alpha, IFN & gamma;) в трех фазах заболевания были определены, чтобы получить представление о воспалительных процессах заболевания. В заключение отметим, что данные обеспечивают обзор функционального профиля иммунных клеток в процессе EAE патологии.

Introduction

Рассеянный склероз (РС) и соответствующая модель животного, экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит (ЭАЭ), показывают, аутоиммунные изменения нейровоспаления в центральной нервной системе (ЦНС). Ранние активные поражения MS и EAE характеризуются наличием проникших иммунных клеток. Этиология МС остается неизвестным, но широко считается вовлечь разрушение миелина, опосредованного аутореактивных Т-клеток. Эти аутореактивные Т-клетки секретируют провоспалительные цитокины и хемокины, которые привлекают другие иммунные клетки, такие как В-клетки, моноциты и нейтрофилы из кровообращения. Моноциты дифференцируются в макрофаги. Интерферон гамма (IFN & gamma;), секретируемые аутореактивного Т-клетки поляризует макрофаги в текущем провоспалительных макрофагов. Провоспалительных макрофаги высвобождения цитокинов и активных форм кислорода, которые способствуют апоптозу в олигодендроциты. Смерть олигодендроцитов приводит к демиелинизации. Кроме того, В-клетки дифференцировались в рКлетки Lāsma и высвобождения аутоантитела против миелиновой оболочки, в конечном счете, приводит к ухудшению миелина. Потеря миелина приводит к деградации аксонов и нейронов и тем самым к образованию участков поражения в ЦНС , которые представляют собой основную характеристику МС 1. На периферии, Т-клетки и В-клетки активируются в лимфатических узлах, они пролиферируют в селезенке и мигрируют через циркуляцию в центральную нервную систему. Моноциты и нейтрофилы пролиферировать в костном мозге, а также мигрируют через циркуляцию в центральную нервную систему.

Лейкоцитов из костного мозга, селезенки и лимфатических узлов в кровь или из кровотока в ЦНС является многоэтапный процесс, который зависит от нескольких факторов, в том числе молекулярных взаимодействий между лейкоцитами и эндотелием, опосредованных хемокинов и рецепторов хемокинов. Производство хемокинов различными типами клеток могут быть вызваны во время иммунной reactioN цитокинами , такими как фактор некроза опухоли альфа (ФНО), IFN & gamma ; и интерлейкина-6 (ИЛ-6), который впоследствии вербует иммунные клетки к месту воспаления 2,3. Иммунные клетки представляют подмножество рецепторов хемокинов на их поверхности, в зависимости от типа клеток и пути миграции в воспаленном участке. Таким образом, CXCR2, CCR1 и CXCR1 экспрессируются на зрелых нейтрофилов в костном мозге и крови 4, и связывание его лигандов, CXCL2, CCL5 или CXCL6, соответственно, активирует нейтрофилы и способствует их адгезии к эндотелию и в дальнейшем, миграцию клеток в ткани 5-9. CCL2 и CCL20 привлекают моноциты и клетки Th1 / Th17 10, которые выражают CCR2 11 и CCR6 12, соответственно. CCR1 и CCR5, выраженное различными типами клеток, включая Т – клетки, моноциты и макрофаги 13, связывают CCL3, CCL5 и CCL7 и усиливает свою активность во время МС 14. CXCR3 экспрессируется на Т-клетках и связывает CCL9, CCL10 иCCL11 15.

Одной из основных стратегия лечения рассеянного склероза является истощение иммунных клеток или предотвращение инфильтрации клеток иммунной в ЦНС. Таким образом, блокада специфических рецепторов хемокинов было исследовано в EAE. Антагонизм или генетическое удаление CCR1 16, CCR2 17, CCR7 18 или CXCR2 19 уменьшает EAE патологии, в то время как антагонизм или генетического удаления CCR1 20, 20 CCR5 или CXCR3 21 не снижали патологии. Следовательно, экспрессия специфических рецепторов хемокинов на лейкоцитах является решающим для проникновения последнего в ЦНС и диктует ход EAE.

Истощение иммунных клеток является эффективной стратегией для лечения пациентов с рассеянным склерозом, так как внедренные иммунные клетки высвобождают цитокины, такие как TNF & alpha ; , IL-6 и IL-1 , который, в свою очередь, способствуют воспалительного процесса или деградацию нейронов 22. Кроме того, ав-реактивные Th1-клетки, релиз IFN & gamma; в свою очередь, стимулирует макрофаги к выпуску TNF-alpha, IL-1 & beta; и IL-23.

Эта рукопись описывает индукцию ЭАЭ, определения распределения иммунных клеток и уровни цитокинов (мРНК) в различных тканях у мышей EAE. Клетки были выделены в различные моменты времени в течение болезни, чтобы обеспечить обзор воспалительных процессов, которые в конце концов приводят к образованию поражений в ЦНС зависит от времени.

Protocol

ЭТИКА ЗАЯВЛЕНИЕ: Наши экспериментальные процедуры одобрены Комитетом по этике Regierungspräsidium Дармштадт (Германия) по и подтвердить к национальным и европейским нормам. Все усилия были сделаны, чтобы минимизировать страдания животных и уменьшить количество используемых животных. <p class="…

Representative Results

На рисунке 1 приведен схематический обзор различных способов , описанных в этой статье. 1) Мыши получали инъекцию MOG 35-55 антигена и развить начальные клинические симптомы после 10,7 ± 0,3 дней 28. Представитель Конечно болезнь EAE мышей показано ?…

Discussion

Модель EAE , описанный здесь получил наибольшее внимание как модель MS и обычно используется при тестировании терапевтических стратегий для MS 32. Заболевание мыши обладает многими клинические и гистологические характеристики МС и обусловлена ​​индукцией аутоиммунитета к нейрона…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by the Else Kröner-Fresenius Foundation (EKFS) Research Training Group Translational Research Innovation – Pharma (TRIP) and by the “Landesoffensive zur Entwicklung wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz (LOEWE), Schwerpunkt: Anwendungsorientierte Arzneimittelforschung” of the State of Hesse.

Materials

ABI Prism 7500 Sequence Detection System  Applied Biosystems, Austin, USA quantitative PCR system
Accutase Sigma Aldrich Munich, Germany A6964 cell detachment solution
CD3-PE-CF594 BD, Heidelberg, Germany 562286
CD4-V500 BD, Heidelberg, Germany 560782
CD8-eFluor650 eBioscience, Frankfurt, Germany 95-0081-42
CD11b-eFluor605 eBioscience, Frankfurt, Germany 93-0112-42
CD11c-AlexaFluor700 BD, Heidelberg, Germany 560583
CD19-APC-H7  BD, Heidelberg, Germany 560143
CD45-Vioblue  Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany 130-092-910
CompBeads BD, Heidelberg, Germany 552843 compensation beads
Collagenase A Sigma Aldrich Munich, Germany C0130
Cytometric absolute count standard  Polyscience, Eppelheim, Germany BLI-580-10
Cytometer Setup and Tracking beads  BD, Heidelberg, Germany 642412
DNase I Sigma Aldrich Munich, Germany D5025
EAE Kit Hooke Laboratories, Lawrence, USA EK2110
F4/80-PE-Cy7  BioLegend, Fell, Germany 123114
First Strand cDNA-Synthesis kit  Thermo Scientific, Schwerte, Germany K1612
Fc receptor-1 blocking buffer  Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany 130-092-575
Flow cytometric absolute count standard Polyscience, Eppelheim, Germany 580
FlowJo software v10  Treestar, Ashland, USA flow cytometry software
LSRII/Fortessa  BD, Heidelberg, Germany flow cytometer
Ly6G-APC-Cy7  BD, Heidelberg, Germany 560600
Lysing solution  BD, Heidelberg, Germany 349202
Maxima SYBR Green  Thermo Scientific, Schwerte, Germany K0221 fluorescent DNA binding dye 
RNeasy Mini Kit  Qiagen, Hilden, Germany 74104 RNA extraction kit
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. McFarland, H. F., Martin, R. Multiple sclerosis: a complicated picture of autoimmunity. Nat Immunol. 8, 913-919 (2007).
  2. Proudfoot, A. E. Chemokine receptors: multifaceted therapeutic targets. Nat Rev Immunol. 2, 106-115 (2002).
  3. Mihara, M., Hashizume, M., Yoshida, H., Suzuki, M., Shiina, M. IL-6/IL-6 receptor system and its role in physiological and pathological conditions. Clin Sci (Lond). 122, 143-159 (2012).
  4. Strydom, N., Rankin, S. M. Regulation of circulating neutrophil numbers under homeostasis and in disease. J Innate Immun. 5, 304-314 (2013).
  5. Kerstetter, A. E., Padovani-Claudio, D. A., Bai, L., Miller, R. H. Inhibition of CXCR2 signaling promotes recovery in models of multiple sclerosis. Exp Neurol. 220, 44-56 (2009).
  6. Kolaczkowska, E., Kubes, P. Neutrophil recruitment and function in health and inflammation. Nat Rev Immunol. 13, 159-175 (2013).
  7. Fan, X., et al. Murine CXCR1 is a functional receptor for GCP-2/CXCL6 and interleukin-8/CXCL8. J Biol Chem. 282, 11658-11666 (2007).
  8. Hartl, D., et al. Infiltrated neutrophils acquire novel chemokine receptor expression and chemokine responsiveness in chronic inflammatory lung diseases. J Immunol. 181, 8053-8067 (2008).
  9. Barcelos, L. S., et al. Role of the chemokines CCL3/MIP-1 alpha and CCL5/RANTES in sponge-induced inflammatory angiogenesis in mice. Microvasc Res. 78, 148-154 (2009).
  10. Wojkowska, D. W., Szpakowski, P., Ksiazek-Winiarek, D., Leszczynski, M., Glabinski, A. Interactions between neutrophils, Th17 cells, and chemokines during the initiation of experimental model of multiple sclerosis. Mediators Inflamm. , 590409 (2014).
  11. Bose, S., Cho, J. Role of chemokine CCL2 and its receptor CCR2 in neurodegenerative diseases. Arch Pharm Res. 36, 1039-1050 (2013).
  12. Mony, J. T., Khorooshi, R., Owens, T. Chemokine receptor expression by inflammatory T cells in EAE. Front Cell Neurosci. 8, 187 (2014).
  13. Katschke, K. J., et al. Differential expression of chemokine receptors on peripheral blood, synovial fluid, and synovial tissue monocytes/macrophages in rheumatoid arthritis. Arthritis Rheum. 44, 1022-1032 (2001).
  14. Trebst, C., et al. CCR1+/CCR5+ mononuclear phagocytes accumulate in the central nervous system of patients with multiple sclerosis. Am J Pathol. 159, 1701-1710 (2001).
  15. Karin, N., Wildbaum, G. The role of chemokines in adjusting the balance between CD4+ effector T cell subsets and FOXp3-negative regulatory T cells. Int Immunopharmacol. , (2015).
  16. Rottman, J. B., et al. Leukocyte recruitment during onset of experimental allergic encephalomyelitis is CCR1 dependent. Eur J Immunol. 30, 2372-2377 (2000).
  17. Izikson, L., Klein, R. S., Charo, I. F., Weiner, H. L., Luster, A. D. Resistance to experimental autoimmune encephalomyelitis in mice lacking the CC chemokine receptor (CCR)2. J Exp Med. 192, 1075-1080 (2000).
  18. Kuwabara, T., et al. CCR7 ligands are required for development of experimental autoimmune encephalomyelitis through generating IL-23-dependent Th17 cells. J Immunol. 183, 2513-2521 (2009).
  19. Liu, L., et al. Myelin repair is accelerated by inactivating CXCR2 on nonhematopoietic cells. J Neurosci. 30, 9074-9083 (2010).
  20. Matsui, M., et al. Treatment of experimental autoimmune encephalomyelitis with the chemokine receptor antagonist Met-RANTES. J Neuroimmunol. 128, 16-22 (2002).
  21. Liu, L., et al. Severe disease, unaltered leukocyte migration, and reduced IFN-gamma production in CXCR3-/- mice with experimental autoimmune encephalomyelitis. J Immunol. 176, 4399-4409 (2006).
  22. Lee, M., Suk, K., Kang, Y., McGeer, E., McGeer, P. L. Neurotoxic factors released by stimulated human monocytes and THP-1 cells. Brain Res. 1400, 99-111 (2011).
  23. Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. Whole animal perfusion fixation for rodents. J Vis Exp. , (2012).
  24. O’Connor, R. A., et al. Adjuvant immunotherapy of experimental autoimmune encephalomyelitis: immature myeloid cells expressing CXCL10 and CXCL16 attract CXCR3+CXCR6+ and myelin-specific T cells to the draining lymph nodes rather than the central nervous system. J Immunol. 188, 2093-2101 (2012).
  25. Olesch, C., et al. MPGES-1-derived PGE2 suppresses CD80 expression on tumor-associated phagocytes to inhibit anti-tumor immune responses in breast cancer. Oncotarget. 6, 10284-10296 (2015).
  26. Chomczynski, P., Sacchi, N. Single-step method of RNA isolation by acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction. Anal Biochem. 162, 156-159 (1987).
  27. Livak, K. J., Schmittgen, T. D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) Method. Methods. 25, 402-408 (2001).
  28. Barthelmes, J., et al. Lack of ceramide synthase 2 suppresses the development of experimental autoimmune encephalomyelitis by impairing the migratory capacity of neutrophils. Brain Behav Immun. 46, 280-292 (2015).
  29. Schiffmann, S., et al. Ceramide synthase 6 plays a critical role in the development of experimental autoimmune encephalomyelitis. J Immunol. 188, 5723-5733 (2012).
  30. Schiffmann, S., et al. PGE2/EP4 signaling in peripheral immune cells promotes development of experimental autoimmune encephalomyelitis. Biochem Pharmacol. 87, 625-635 (2014).
  31. Giglio, S., Monis, P. T., Saint, C. P. Demonstration of preferential binding of SYBR Green I to specific DNA fragments in real-time multiplex PCR. Nucleic Acids Res. 31, e136 (2003).
  32. Vesterinen, H. M., et al. Improving the translational hit of experimental treatments in multiple sclerosis. Mult Scler. 16, 1044-1055 (2010).
  33. ‘t Hart, B. A., Gran, B., Weissert, R. EAE: imperfect but useful models of multiple sclerosis. Trends Mol Med. 17, 119-125 (2011).
  34. Serada, S., et al. IL-6 blockade inhibits the induction of myelin antigen-specific Th17 cells and Th1 cells in experimental autoimmune encephalomyelitis. Proc Natl Acad Sci U S A. 105, 9041-9046 (2008).
  35. Berer, K., et al. Commensal microbiota and myelin autoantigen cooperate to trigger autoimmune demyelination. Nature. 479, 538-541 (2011).
  36. Shetty, A., et al. Immunodominant T-cell epitopes of MOG reside in its transmembrane and cytoplasmic domains in EAE. Neurol Neuroimmunol Neuroinflamm. 1, 22-22 (2014).
  37. Schmitz, K., et al. R-flurbiprofen attenuates experimental autoimmune encephalomyelitis in mice. EMBO Mol Med. 6, 1398-1422 (2014).
  38. Procaccini, C., De Rosa, V., Pucino, V., Formisano, L., Matarese, G. Animal models of Multiple Sclerosis. Eur J Pharmacol. 759, 182-191 (2015).
  39. Pollinger, B., et al. Spontaneous relapsing-remitting EAE in the SJL/J mouse: MOG-reactive transgenic T cells recruit endogenous MOG-specific B cells. J Exp Med. 206, 1303-1316 (2009).
  40. Rodriguez, M., Oleszak, E., Leibowitz, J. Theiler’s murine encephalomyelitis: a model of demyelination and persistence of virus. Crit Rev Immunol. 7, 325-365 (1987).
  41. Lipton, H. L. Theiler’s virus infection in mice: an unusual biphasic disease process leading to demyelination. Infect Immun. 11, 1147-1155 (1975).
  42. Matsushima, G. K., Morell, P. The neurotoxicant, cuprizone, as a model to study demyelination and remyelination in the central nervous system. Brain Pathol. 11, 107-116 (2001).
  43. El-behi, M., Rostami, A., Ciric, B. Current views on the roles of Th1 and Th17 cells in experimental autoimmune encephalomyelitis. J Neuroimmune Pharmacol. 5, 189-197 (2010).
  44. Mann, M. K., Ray, A., Basu, S., Karp, C. L., Dittel, B. N. Pathogenic and regulatory roles for B cells in experimental autoimmune encephalomyelitis. Autoimmunity. 45, 388-399 (2012).
  45. Lassmann, H., Bruck, W., Lucchinetti, C. F. The immunopathology of multiple sclerosis: an overview. Brain Pathol. 17, 210-218 (2007).
  46. Simmons, S. B., Pierson, E. R., Lee, S. Y., Goverman, J. M. Modeling the heterogeneity of multiple sclerosis in animals. Trends Immunol. 34, 410-422 (2013).
  47. Praet, J., Guglielmetti, C., Berneman, Z., Vander Linden, A., Ponsaerts, P. Cellular and molecular neuropathology of the cuprizone mouse model: clinical relevance for multiple sclerosis. Neurosci Biobehav Rev. 47, 485-505 (2014).

Tags

Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE)Multiple SclerosisDemyelinationImmune Cell InfiltrationMiceMyelin Oligodendrocyte GlycoproteinComplete Freund’s AdjuvantPertussis ToxinLymph NodeSpinal CordClinical Symptoms

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Barthelmes, J., Tafferner, N., Kurz, J., de Bruin, N., Parnham, M. J., Geisslinger, G., Schiffmann, S. Induction of Experimental Autoimmune Encephalomyelitis in Mice and Evaluation of the Disease-dependent Distribution of Immune Cells in Various Tissues. J. Vis. Exp. (111), e53933, doi:10.3791/53933 (2016).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image