Promotion 3-D agrégation de cellules FACS purifiées thymique épithéliales avec EAK 16-II / EAKIIH6 auto-assemblage Hydrogel
Summary
This video demonstrates a protocol to enrich thymic epithelial cells (TECs) with density gradient for FACS isolation. It also shows the use of EAK16-II/EAKIIH6 peptides to promote the TEC aggregate formation. The microenvironments of EAK16-II/EAKIIH6 hydrogel provide the 3-D configuration necessary to maintain the survival and function of the TECs.
Abstract
Thymus involution, associated with aging or pathological insults, results in diminished output of mature T-cells. Restoring the function of a failing thymus is crucial to maintain effective T cell-mediated acquired immune response against invading pathogens. However, thymus regeneration and revitalization proved to be challenging, largely due to the difficulties of reproducing the unique 3D microenvironment of the thymic stroma that is critical for the survival and function of thymic epithelial cells (TECs). We developed a novel hydrogel system to promote the formation of TEC aggregates, based on the self-assembling property of the amphiphilic EAK16-II oligopeptides and its histidinylated analogue EAKIIH6. TECs were enriched from isolated thymic cells with density-gradient, sorted with fluorescence-activated cell sorting (FACS), and labeled with anti-epithelial cell adhesion molecule (EpCAM) antibodies that were anchored, together with anti-His IgGs, on the protein A/G adaptor complexes. Formation of cell aggregates was promoted by incubating TECs with EAKIIH6 and EAK16-II oligopeptides, and then by increasing the ionic concentration of the medium to initiate gelation. TEC aggregates embedded in EAK hydrogel can effectively promote the development of functional T cells in vivo when transplanted into the athymic nude mice.
Introduction
Le thymus est l'organe lymphoïde primaire responsable de la génération d'une population diverse de cellules T auto-réactives tolérant pathogènes qui est essentiel à la fonction du système immunitaire acquise. Il est un organe dynamique, où les thymocytes en voie de développement, ont émigré de la moelle osseuse en tant que cellules souches des lymphocytes, migrent à travers les trois dimensions (3-D), la matrice de type éponge du stroma thymique, subir une lignée spécification et de différenciation, et éventuellement émigrer matures T-cellules. Le succès de ce processus bien programmé dépend largement de la diaphonie entre les thymocytes migrateurs et les cellules résidentielles thymiques épithéliales (CET), la population majoritaire du stroma thymique qui sont essentielles pour établir et maintenir l'intégrité du microenvironnement thymus.
Sur la base de leur localisation anatomique et la fonction unique, TECs peut être divisé en deux sous-ensembles: les TECs dans le cortex (CTEC) qui sont responsible pour sélectionner l' auto-MHC (complexe majeur d'histocompatibilité) limitée T-cellules (sélection positive), et les TECs dans la moelle (mTECs) qui sont essentielles pour l' élimination des lymphocytes T autoréactifs (sélection négative) 1,2. De nombreux facteurs (par exemple, le vieillissement, l' infection, l' irradiation, les traitements médicamenteux) peuvent causer des dommages irréversibles à l'épithélium thymique, ce qui entraîne l' immunité adaptative compromise. Malgré de nombreuses tentatives, la restauration de la fonction thymique a été difficile en raison de la difficulté à reproduire le microenvironnement thymique. Notamment, (3-D) configuration thymique en trois dimensions est essentielle à la survie et la fonction des TEC, alors que TECs cultivées dans un environnement 2-D diminuent rapidement l'expression de gènes critiques pour thymopoïèse 3,4.
EAK16-II (AEAEKAKAEAEAKAK) et son analogue histidinylated C-terminal EAKIIH6 (AEAEKAKAEAEAKAKHHHHHH) sont de bas poids moléculaire, oligopeptides amphiphiles qui sont solubles dans wate désioniséer, mais subissent une gélification pour former des ß-fibrilles lorsqu'elles sont exposées à la force ionique supérieure à 20 mM de NaCl (concentration saline normale dans un fluide corporel humain est 154 mM). Cette propriété sensible de l'environnement les rend blocs de construction polyvalents pour former des structures 3D. Le His-tag sur EAKII-H6 fournit un mécanisme d'amarrage, par lequel les anti-His IgG / Fc de liaison protéine recombinante A / G (αH6: pA / G) complexes peuvent servir d'adaptateur pour ancrer les médicaments de protéines et d'autres biomolécules ( par exemple, des anticorps) sur le composite d'hydrogel 5-8.
Nous avons précédemment démontré que les molécules d' IgG marqués par fluorescence ancrés sur l'hydrogel peuvent être retenus au niveau du site d'injection pendant 13 jours 9. En outre, lorsque les αH6: adaptateurs pA / G ancrés avec des anticorps anti-CD4 IgG ont été ajoutés à l'hydrogel EAK16-II / EAKIIH6 (EAK), des cellules T CD4 + ont été spécifiquement capturé 10. En utilisant une technique similaire, nous avons récemment démontré que l'agrégation 3-D de TECs could être promu en EAK hydrogel avec des complexes d'adaptateur portant des anticorps anti-EpCAM spécifique-TEC (αH6: pA / G: αEpCAM). Lorsque transplanté sous les capsules rénales de souris nues, les clusters de TEC intégrés dans EAK hydrogel peuvent soutenir efficacement le développement des cellules fonctionnelles T in vivo 11,12.
Ici, nous illustrons notre méthode pour purifier rapidement et efficacement TECs avec cellule activé par fluorescence (FACS) et générer TEC 3-D des agrégats avec le système EAK d'hydrogel.
Protocol
Representative Results
Discussion
Alors que les TEC sont la population majoritaire du stroma thymique et jouent un rôle essentiel pour la structure et la fonction des glandes de thymus, ils représentent seulement environ 0,1-0,5% de la cellularité thymique totale. Ils sont également des cellules fragiles comme un pourcentage élevé de mort cellulaire sont parfois observée après digestion par la collagénase, à savoir le traitement de dissocier TECs de la matrice extracellulaire (ECM). Leur rareté (~ 200.000 par thymus de la souris) et …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu en partie par les Instituts nationaux de la santé accorde R21 AI113000 (WSM) et R01 AI123392 (YF).
Materials
| 1. TEC Isolation | |||
| 70% Ethanol | Decon Laboratories | 2701(1 Gallon) | Ethanol 200 Proof, deionized water |
| Dissecting scissors, straight | Fine Science Tools, Inc. | 91460-11 | |
| Graefe forceps, straight | Fine Science Tools, Inc. | 11053-10 | |
| Graefe forceps, curved | Fine Science Tools, Inc. | 11052-10 | |
| Washing solution | 1X PBS, 0.1% BSA, 2mM EDTA | ||
| 1x PBS (Phosphate buffered saline) | Gibco | 10010-023 | |
| BSA (Bovine serum albumin) | Sigma | A1470-100G | |
| EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) | Invitrogen | 15575-038 | |
| Digestion solution | 9 mL RPMI-1640, 0.025 mg/mL Liberase TM Research grade, 10 mM HEPES, 0.2 mg/mL DNaseI | ||
| RPMI-1640 | Gibco | 11879-020 | |
| Liberase TM Research Grade | Roche | 05 401 127 001 | referred as "purified collagenase" |
| 1M HEPES | Lonza | 17-737E | |
| Dnase I | Roche | 10 104 159 001 | |
| 50mL Centrifuge tube | Corning | 430290 | |
| 60mm tissue culture dish | Falcon | 353002 | |
| 1/2cc U-100 Insulin syringe 28G1/2 | Becton Dickinson | 329461 | |
| 5mL Polystyrene round-bottom tube | Falcon | 352058 | |
| 5ml glass pipet | Fisher Healthcare | 13-678-27E | Use for rinsing the thymic fragments. Thymic fragments tend to stick to the wall with plastic pipets. |
| MACSmix tube rotator | Miltenyi | 130-090-753 | |
| 100um Cell strainer | Falcon | 352360 | |
| Density gradient medium: OptiPrep | Axis-Shield | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2. Cell sorting | |||
| 5mL Polypropylene round-bottom tube | Falcon | 352063 | |
| Anti-mouse CD16/CD32 (Fc Block) | BD Biosciences | 553142 | Use as undiluted, 2uL per sample |
| Anti-mouse CD45-PercpCy5.5 | eBioscience | 45-0451-80 | Use at 1:150, 10uL per sample |
| Anti-mouse CD326 (EpCAM)-PE | eBioscience | 12-5791-82 | Use at 1:100, 10uL per sample |
| BD Influx | BD Biosciences | ||
| Single cell analysis software | FlowJo | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2. EAK gel assembly | |||
| Anti-His-Tag | AnaSpec | 29673 | "anti-His-Tag IgG" |
| Purified anti-mouse CD326 (EpCAM) | BioLegend | 118202 | "anti-EpCAM IgG" |
| Recombinant protein A/G | Pierce Biotechnology | ||
| 1.5mL Safe-Lock Tubes, Biopur, Sterile | Fisher Healthcare | 05-402-24B | referred as "1.5mL microcentrifuge tube" |
| 96-well, Tissue culture plate, Round-bottom with low evaporation lid | BD Falcon | 353917 | |
| Rocking platform: Nutator Mixer no.1105 | BD Clay Adams | ||
| 10% sucrose | Sigma | S0389 | Prepare with sterile distilled water |
| EAK16-II (AcNH-AEAEAKAKAEAEAKAK-CONH2) | American Peptide Company | custom synthesized, 10mg/mL | |
| EAKIIH6 (AcNH-AEAEAKAKAEAEAKAKHHHHHH-CONH2) | American Peptide Company | custom synthesized, 7.5mg/mL | |
| Complete medium | RPMI-1640, 10% FBS, 1% Pen/Strep, 1% L-glutamine, 1% NEAA, 5mM HEPES, 50uM 2-Mercaptoethanol | ||
| RPMI-1640 | Gibco | 11879-020 | |
| FBS (Fetal Bovine Serum) | Atlanta Biologicals | S11150 | Heat inactivated before use |
| Pen/Strep | Gibco | 15140-122 | |
| L-glutamine 200mM (100x) | Gibco | 25030-081 | |
| NEAA (non-essential amino acid) 100x | Gibco | 11140-050 | |
| 1M HEPES | BioWhittaker | 17-737E | |
| 2-Mercaptoethanol (100X) | Millipore | ES-007-E | |
| Platform shaker: The Belly Dancer | Stovall Life Sciences Inc. | model: USBDbo |
References
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