Immature dendritic cells can be selectively differentiated into tolerogenic or mature dendritic cells to regulate the balance between immunity and tolerance. This work presents a means to generate from immature monocyte derived dendritic cells (moDCs), in vitro tolerogenic and mature moDCs that differ in metabolic phenotypes.
תוצאות תגובה חיסוניות של יחסי גומלין מורכבים בין מערכת החיסון המולדת הלא-specific antigen והמערכת החיסונית אדפטיבית אנטיגן ספציפי. המערכת החיסונית היא איזון מתמיד בשמירה סבילה מולקולות עצמיות ותגובה במהירות לפתוגנים. תאי דנדריטים (DCS) הם תאי מציגי אנטיגן מקצועיים חזקים מקשרים מערכת החיסון המולדת למערכת חיסון אדפטיבית ולאזן את התגובה מסתגלת בין העצמי שאינו עצמי. בהתאם אותות התבגרות, תאים דנדריטים בשלים יכול להיות מגורה באופן סלקטיבי להתמיין DCs immunogenic או tolerogenic. תאי דנדריטים immunogenic לספק אותות התפשטות לתאי T אנטיגן ספציפי עבור שיבוטים; תוך התאים הדנדריטים tolerogenic להסדיר סובלנות על ידי אנטיגן ספציפי T-cell המחיקה או הרחבת המשובטים של תאי T רגולטוריים. בשל מאפיין ייחודי זה, תאים הדנדריטים הם בקשו במיוחד לאחר סוכנים טיפוליים כמו לסרטן dise אוטואימוניותases. תאים דנדריטים ניתן לטעון עם אנטיגנים ספציפיים במבחנה מוזרק לגוף האדם לעלות תגובה חיסונית ספציפית הן immunogenic ו tolerogenic. עבודה זו מציגה אמצעי ליצירת במבחנה מן מונוציטים, תאים דנדריטים בשלים נגזר מונוציטים (moDCs), tolerogenic ו moDCs בוגרת, הנבדלים זה מזה ביטוי סמן פני השטח, פונקציה פנוטיפים מטבוליים.
DC תוארה לראשונה על ידי פול לנגרהנס (תאי לנגרהנס) במאה התשע עשרה אשר בסימוכין ידי Jolles 1 ומאופיינת ראלף שטיינמן זנוויל כהן בשנת 1973 שזיהו אותם מציגי אנטיגן מקצועיים תאים 2. DCs נמצא בדם היקפי וברוב הרקמות של הגוף, במיוחד בשפע ברקמות חשופות לסביבה החיצונית כמו העור (בהווה כתאים לנגרהנס) ובסופו של רפידות האף, הריאות, הקיבה והמעיים המאפשרות אותם נתקלים אנטיגנים חיצוניים. יש בשלה DCs יכולת endocytic אך יכולת נמוכה יחסית כדי לעורר תאי T 3. בשלה DCs לבטא קולטנים זיהוי דפוסים שונים (PRRs) כי דפוסים מולקולריים ללכוד קשור הפתוגן (PAMPs) או דפוסים מולקולריים הקשורים ניזק (damps) 4. אותות סכנה הפעילו לנהוג הבשלה לקראת DCs immunogenic בעוד מולקולות עצמיות לגרום unresponsivene תא Tss אפופטוזיס 5. DCs immunogenic מאופיין גברת הביטוי של מולקולות MHC ומולקולות משטח שיתוף גירוי ויכולתי תאי T נאיביים ממשלת 6,7.
בשלה DCs ניתן גם התבגר כלפי מדינה Treg וישכנע או tolerogenic בתגובה 1a המטבוליט ויטמין D3, 25 (O) 2 D 3 וסוכני אימונוסופרסיבי מסוימים כמו Interleukin-10 (IL-10), dexamethasone ו Rapamycin 8-9. DCs Tolerogenic מאופיין ביטוי immunoreceptor שלהם טירוזין מבוסס מוטיבים מעכבים (ITIMs) המכילים קולטנים ligands שטח. התמרה האות של ITIMs המכילים בני משפחה ILT, ILT3 ו ILT4 ב DCs tolerogenic לעכב alloproliferation ולנסוע Foxp3 + Treg הרחבת 10,11. תכונות ייחודיות אלה של DCs tolerogenic להוביל העצמה העמוקה שלהם in vivo, כלומר את יכולתו להשפיע על סובלנות עמידה שתלי אלוגנאית מושתלי supprESS להתפתחותן של מחלות אוטואימוניות. Tolerogenic DCs ניתן לראות אפוא כמו תת-סוג של DCs בוגרת מקוטב שבו לתפקד בלימת אקטיבציה החיסונית.
נכון לעכשיו, יש שני תת הכללי של תאים דנדריטים בדם ההיקפי האנושי: DCS plasmacytoid ו DCs מיאלואידית 12. DCs במחזור הם המהווים נדירים פחות מ -2% של לויקוציטים בדם אנושי וזה מהווה קושי לבידודה של מספר מתאים של DCs ללמוד פונקציות immunoregulatory שלהם. כדי להתגבר על בעיה זו, DCS בדיל מונוציטים משמש מודל במבחנה לחקר תפקוד תאים דנדריטים. יש DCs במבחנה אלה קולטנים פונקציות דומות לעומת in vivo DCs. השוואה מפורטת של in vivo DCS ו ב DCs נגזר מונוציטים שנוצר במבחנה (moDCs) נחקרות על ידי מעבדות אחרות 13, 14, 15. הוא דיווח גם כי moDCs ו- CD1c + DCs היו מקביל ב אנטיגן בהצגת גרימת תפקוד תא T 15.
במאמר זה, אנו מתארים שיטה להפקת moDCs בשלה מן מונוציטים בדם ההיקפי ולאחר מכן הבחנה אותם DCs immunogenic ו tolerogenic. מונוציטים נגזרים אלה תאים דנדריטים (moDCs) מאופיינים סמני פני השטח שלהם, פרופיל ציטוקינים, פונקציות immunoregulatory ומדינות מטבולית. תאים דנדריטים immunogenic ו tolerogenic לייצר ציטוקינים שונים אשר לגרום להתרחבות או של תאי T אלוגנאית או תאי T רגולטוריים. במאמר זה, פרופיל ציטוקינים מבוצע עם מערכות בטכנולוגיית זמנית. מדיום של תאי צמיחה מודגרת עם חרוזים בצבעים משותק נוגדן ולקרוא מנתח קומפקטי. מדינות מטבולית של DCs מנותחות באמצעות מנתחי שטף תאיים המודדים שיעור צריכת חמצן, אינדיקטור נשימה תאית, וקצב החמצה תאי משקף glycolyticשטף בתאים דנדריטיים. מדידת שיעורי bioenergetics אלה מספקת אמצעי כדי לעקוב אחר השינויים המטבוליזם תאי שחיוניים בפיתוח תאים דנדריטים ותפקוד.
מאמר זה מתאר שיטה להפקה מ moDCs מונוציטים בשלה, moDCs tolerogenic ו moDCs הבוגרת. הצעדים החשובים בפרוטוקול זה נדונים בהרחבה בפסקאות הבאות. חשוב לציין כי דם היקפי אדם משמש כחומר החל בפרוטוקול זה ואמצעי זהירות אוניברסלית לטיפול דם אדם צריך להיות מתורגל. למרות זאת קיים היתכנות טכנית לגזור DCs ממח עצם בבני האדם 24, הבידול במבחנת DC מתאי נמצא בדם היקפי עדיף בשל הזמינות של דם היקפי לעומת מח עצם. בין התאים הנמצאים בדם היקפי, תאי CD34 + גזע hematopoietic ומונוציטים משמשים עבור הדור במבחנה של DCs. CD34 Hematopoietic + תאי גזע בתרבית עם GM-CSF ו- TNF-α לגזור CD1a + ו- CD14 + תת אשר לאחר מכן הם מובחנים יותר לתוך לנגרהנסכמו תאים ותאים דנדריטיים. לעומת זאת, מונוציטים הם בתרבית GM-CSF ו- IL-4 כדי ליצור moDCs בשלה. פרוטוקולים כמה משמשים להעשרת מונוציטים מדם היקפי; למשל, על ידי דבקות צלחות פלסטיק, elutriation וערכות בידוד 25, 26 היתרונות של הפרוטוקול הדבק הם ניזק מינימאלי תאים יחסית חסכוניים תא אולם הטוהר עלול להיות בסיכון.; אשר היוו צעד נוסף נדרש כדי לנתק את התאים עבור ניסויים נוספים. Elutriation היא טכניקה שמפרידה תאים בהתבסס על הגודל והצפיפות שלהם. היתרונות של elutriation הם כדאי תא מונוציטים יכול לשמש בקלות עבור ניסויים נוספים; טכניקת אולם זה מוגבל על ידי הזמינות של elutriator וחוסר היכולת להפריד אוכלוסיות שונות של תאים (T תאים מונוציטים) עם פרמטרי שקיעה דומים. מסחרי ערכות בידוד זמינות לנצל microbeads מגנטי או חיובי לבחור אולבחור את אוכלוסיית monocytic שלילית. כמה פרוטוקולים מוטים כלפי בידוד מונוציטים באמצעות הסלקציה השלילית כמו מונוציטים המבודדים להישאר "נגעו" (לא כבול על ידי סמנים או microbeads). בפרוטוקול זה, חרוזי CD14 שמשו מונוציטים אדם בחרו חיוביים PBMCs. CD14 חסר תחום ציטופלסמית ומחייבת של נוגדנים CD14 אינה מפעילה הולכת אותות. יתר על כן, microbeads יהיה להתנתק מונוציטים אחרי תרבות ומכאן לא לעכב את תהליך הבידול. בנוסף, CD14 מתבטא בחריפות על רוב מונוציטים ו חלוש על נויטרופילים וכמה תאי דנדריטים מיאלואידית, ומכאן שיטה זו של תוצאות בידוד בטהרת תא גבוהה יותר מאשר השיטות האחרות 17.
מונוציטים בדם יכול להיות מובחן לתוך DCs או מקרופאגים ועל גורל מונוציטים תלוי במידה רבה על הסביבה ציטוקינים. במאמר זה, moDCs מופקים על ידי הוספת גורם מגרה המושבה מקרופאג-גרנולוציט (GM-CSF) ו- interleukin 4 (IL-4) כדי מונוציטים בדם היקפיים אנושיים. GM-CSF נדרש להישרדות מונוציטים ו- IL-4 מפעילה פעילות מעכבת על בידול מקרופאג; והתוספת קומבינטורית של GM-SCSF ו- IL-4 מונוציטים להניב אחוז גבוה יותר של moDCs בשלה לעומת ציטוקינים הפרט 27. ישנם פרוטוקולים אחרים שיוצרים moDCs ידי הוספת אלפא tumor necrosis factor (TNF-α), אינטרפרון אלפא (IFN-α) ו -13 Interleukin (IL-13) כדי מונוציטים בדם ההיקפי 28, 29, 30. השילוב של GM-CSF ו- IL-4 היה מותאם בשנת 1990 ועכשיו פרוטוקול מקובל שיוצר DCs בשלה פלסטיק מובחן לתוך moDCs immunogenic או tolerogenic ומקוטבת לתוך Th1, moDCs קידום Th2 או TH17.
moDCs בשלה הם מובחנים לתוך moDCs tolerogenic על ידי תוספת של ויטמין D3 ו dexamethasone. ישנם מספר פרוטוקולים ליצור DCs tolerogenic למשל, באמצעותגורם-kappa B גרעיני (NF-kB) עיכוב, הפעלה β-קטנין, ויטמין D3, Dexamethasone ו -31 Rapamycin, 32, 33, 34, 35, 9, 36, 37. למרות ששני הוויטמין D3 ו dexamethasone לבד דווחו לגרום שפעת tolerogenic על DCS, השילוב של ויטמין D3 ו תוצאת dexamethasone בתוך דיכוי גדול יותר של alloproliferation מאשר כאשר תרופות פרט משמשות. לכן, בפרוטוקול הקיים עבור הדור של tolerogenic DCs שונה כדי שילוב של ויטמין D3 ו dexamethasone. שיטה זו מתבצעת מקובל כיום כמודל DCs tolerogenic אדם עם תועלת טיפולית. כמו כן, חשוב לציין כי ויטמין D3 מחדש ו dexamethasone יש חיי מדף קצרים.
בפרוטוקול זה, lipopolysaccharides (LPS) נוסף כמו inducer התבגרות DC. moDCs בשלה יכולה להיגרם גם בשלה באמצעות קוקטייל פרו-דלקתי:(TNF-α), בטא Interleukin 1 (IL-1β), Interleukin 6 (IL-6) ו- E2 פרוסטגלנדין) או ציטוקינים פרו-דלקתיים (TNF-α ו גמא אינטרפרון (IFN-Γ)). קוקטייל פרו-דלקתיים מייצר moDCs בוגרת עם גבוה שיתוף גירוי ופונקציות נודדות אבל הם מייצרים רמות נמוכות יחסית של IL-12 38. TNF-α או IFN-Γ לבדו אינו מסוגל לעורר פנוטיפ הדנדריטים יציב 39. LPS מגרה כמו-אגרה קולטן 4 (TLR4), מתווכת את ההפעלה של NF-kB ו קינאזות חלבון מופעל mitogen (MAPKs) כדי לגרום התבגרות DC. התבגרות DC המושרה על ידי LPS מראה בתקנה עד סמני התבגרות DC (CD83, CD86, HLA-DR) וגם הובילה את הייצור של IL-12p70. בנוסף, שלב זה יכול להיות שונה יותר לשייך LPS עם אגוניסטים TLR3 לייצר DCs בוגרת חיסונים לסרטן קליניים. במאמר זה, DCS tolerogenic מוצג להיות עמיד בפני התבגרות על טיפול LPS. אלה למחצה להתבגר כמו DCs אינם immunogenic ולעשות לא release הפרו דלקתי ציטוקינים 40.
המגבלות של פרוטוקול זה לשכב את תהליך הבידול. התהליך לוקח 8 ימים מהיום 0 עד יום 7 שמהווה קושי להיות מותאם לתוך תפוקה גבוהה מנתח. שינוי בפרוטוקול נדרש לקצר את תהליך הבידול עדיין להניב מספר רב של DCs קיימא במדינות השונות. שנית, הקל DCS מופק על ידי תוספת של ציטוקינים בפרוטוקול זה וציטוקינים אלה לא לקיים אוכלוסיית DC עבור תקופה ארוכה של זמן. יתר על כן, ציטוקינים משמשים בריכוזים גבוהים בהרבה in vivo ועלולה לגרום להתפתחות מוטה של המסלולים שאינם זהים מבחינה פיזיולוגית in vivo DCs. לדוגמא בתרבויות במבחנה של מבשרי DC הוכח להגיב GM-CSF, שאינו ציטוקינים חיוני לבידול נורמלי DC in vivo 41. אף על פי כן, גירוי ציטוקינים יכול להיות שיטה שימושית גןלדרג מספרים גבוהים של DC במבחנה לניסויים. היכולת להכפיף תאים אלה המופקים בפרוטוקול זה כדי ניתוחים אחרים כגון מכתים immunofluorescence, cytometry זרימה, allo מחקרי תגובה ואת חילוף חומרי מחקרים מגדילים את התועלת של שיטה זו. DCs במבחנה אלה לשמש מודל טוב כדי לשפר את הידע של פיתוח DC, התבגרות והצגת אנטיגן וזה קשה לעשות בעבר עם המספרים הנדירים של in vivo DCs.
יכולתם של DCs להסדיר חסינות אימונולוגיים לעומת סובלנות גורם להם מועמדים אטרקטיביים הרפוי נגד סרטן ומחלות אוטואימוניות 42, 43, 44, 45. DCs immunogenic שנוצר בפרוטוקול זה יכול לשמש כדי לשפר את יעילות החיסון נגד מחלות זיהומיות וגידולים; בעוד שניתן להשתמש DCs tolerogenic לשלוט בתגובות תא T הרצוי ולמנוע דחיות לאחר השתלה. המורכבאיזון בין חסינות וסובלנות תלוי מאוד על מצב בידול DC. בידול DC הוא תכנית הסלולר ומתואמת נשלטת על ידי מסלולי איתות מרובים גורל מטבולים. מדינות בידול שונים של DC שונה בצרכים bioenergetic וביוסינטזה; למשל, DCS מופעל דורש עיבודים מטבולית אנרגטיים יותר חשובים להישרדות והגירה לעומת DCs ב נח מדינה. חשוב לציין כי ויטמין D3, dexamethasone ו rapamycin ידועים ביכולתם לגרום DCs tolerogenic, תוארו להשפיע מטבוליזם DC. במאמר זה, את חילוף החומרים האנרגטיים של moDCs ממדינות בידול שונות אופיינו באמצעות מנתחי שטף תאיים ו moDCs tolerogenic הציג פלסטיות המטבולית הגבוהה ביותר LPS-induced התבגרות ירד פלסטיות זו. מטבוליזם אנאבוליים תומך התבגרות DCs תוך השפעות חילוף החומרים קטבולי tolerogenic DC מתפקד 46. קל DCSהמופק פרוטוקול זה יכול לשמש כדי להעריך האם לשנות את המצב מהטבולים של DCs טומן בחובם את מפתח השינוי חסינות וסובלנות רפויה. לסיכום, הצגנו פרוטוקול הדור של בוסר, tolerogenic ובוגרת moDCs חיוני ללימוד פונקציות immunoregulatory 'DCs.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי הסוכנות למדע, טכנולוגיה Reasearch מימון Core (כדי JEC).
Ficoll | GE Healthcare | 17-1440-03 | PBMC isolation |
Syringe | Becton, Dickinson | 302832 | PBMC isolation |
1.5 mL centrifuge tube | Axygen | MCT-150-C | PBMC isolation |
15 mL falcon tube | Falcon | 352096 | PBMC isolation |
50 mL falcon tube | Falcon | 352070 | PBMC isolation |
Centrifuge | Eppendorf | 5810R | PBMC isolation |
0.2 µm filter | Sartorius stedim biotech | 17597 | PBMC isolation |
MACs kit | Miltenyi biotec | 130-042-201 | Monocyte enrichment |
MiniMACS Separator | Miltenyi biotec | 130-042-102 | Monocyte enrichment |
Cell culture grade water | Invitrogen, Life Technologies | Cell culture | |
RPMI | Gibco, Life Technologies | 11875-093 | Cell culture |
FBS | Hyclone | SH30070103 | Cell culture |
Penicillin-streptomycin | Gibco, Life Technologies | 15140 | Cell culture |
Phosphate Buffered Saline |
Gibco, Life Technologies | 10010-031 | Cell culture |
NEAA | Gibco, Life Technologies | 11140-040 | Cell culture |
EDTA | Gibco, Life Technologies | 15575 | Cell culture |
HEPES | Gibco, Life Technologies | 15630-080 | Cell culture |
Sodium Pyruvate | Gibco, Life Technologies | 11360-070 | Cell culture |
GM-CSF | Miltenyi biotec | 130-093-868 | Cell culture |
IL-4 | Miltenyi biotec | 130-093-924 | Cell culture |
Vitamin D3 | Sigma | D1530 | Cell culture |
Dexamethasone | Sigma | D2915 | Cell culture |
LPS | Sigma | l2755 | Cell culture |
trypan blue | Gibco, Life Technologies | 15250-061 | Cell culture |
PerCP-conjugated HLADR | BioLegend | 307628 | Cytometry |
PE-conjugated CD80 | BD Biosciences | 557227 | Cytometry |
PE-conjugated CD83 | BD Biosciences | 556855 | Cytometry |
PE-conjugated CD86 | BD Biosciences | 555665 | Cytometry |
APC-conjugated CD11c | BD Biosciences | 340544 | Cytometry |
PE-conjugated CD14 | Miltenyi biotec | 130-091-242 | Cytometry |
PE-conjugated BDCA3 | Miltenyi biotec | 130-090-514 | Cytometry |
APC-conjugated ILT3 | eBioscience | 12-5139-73 | Cytometry |
Isotype matched PerCP- conjugated Mab |
BioLegend | 400250 | Cytometry |
Isotype matched PE- conjugated Mab |
Miltenyi biotec | 130-091-835 | Cytometry |
Isotype matched APC- conjugated Mab |
Miltenyi biotec | 130-091-836 | Cytometry |
BD LSR II Flow Cytometer | BD Pharmingen | BD LSR II | Cytometry |
cytofix/cytoperm | BD Biosciences | 554714 | Cytometry |
APC/CY7-conjugated CD25 | BD pharmingen | 557753 | Cytometry |
PE/CY7-conjugated CD4 | Biolegend | 300512 | Cytometry |
PerCP-conjugated CD3 | Biolegend | 300428 | Cytometry |
EasySep Human CD4+ T cell enrichment kit | STEMCELL Technologies | 19052 | Alloreaction study |
EasySep magnet | STEMCELL Technologies | 18000 | Alloreaction study |
Cell Trace CFSE cell proliferation kit | Molecular probes | C34554 | Alloreaction study |
HBSS | Gibco, Life Technologies | 14025092 | Alloreaction study |
Alexa Fluor 647-conjugated FoxP3 | BD Biosciences | 560889 | |
Milliplex MAP Human Cytokine/Chemokine magnetic bead panel |
Millipore | HCYTOMAG-60K | Cytokine analysis |
5 mL Polystyrene tube | Falcon | 352058 | Cytokine analysis |
Luminex Sheath Fluid | Millipore | SHEATHFLUID | Cytokine analysis |
FLEXMAP 3D system with xPONENT software | Luminex Corporation | FLEXMAP 3D | Cytokine analysis |
MitoTracker Red CMXRos | Cell Signalling | 9082 | Mitochondrial activity |
DMSO | Sigma Aldrich | D2650 | Mitochondrial activity |
XF Assay Medium (OCR) | Seahorse Bioscience | 102352-000 | Metabolic adaptation |
Glucose | Sigma Aldrich | G8769 | Metabolic adaptation |
XF Base Medium (ECAR) | Seahorse Bioscience | 102353-100 | Metabolic adaptation |
L-glutamine | Gibco, Life Technologies | 25030-081 | Metabolic adaptation |
Calibrant | Seahorse Bioscience | 100840-000 | Metabolic adaptation |
XF Cell Mito Stress kit | Seahorse Bioscience | 103015-100 | Metabolic adaptation |
XF Glycolysis Stress kit | Seahorse Bioscience | 103020-100 | Metabolic adaptation |
Seahorse | Seahorse Bioscience | XFe96 | Metabolic adaptation |