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.
抗原非特異的な自然免疫系および抗原特異的適応免疫系との間の複雑な相互作用から免疫応答結果。免疫系は、自己分子に対する寛容性を維持し、病原体に迅速に反応するで一定のバランスです。樹状細胞(DC)は、適応免疫系に自然免疫系をリンクし、自己と非自己の間の適応応答のバランスを取る強力なプロフェッショナル抗原提示細胞です。成熟信号に応じて、未成熟樹状細胞は、選択的に、免疫原性または寛容原性樹状細胞への分化を刺激することができます。免疫原性樹状細胞は、クローン増殖のための抗原特異的T細胞に増殖シグナルを提供します。寛容原性樹状細胞は、抗原特異的T細胞の欠失又は調節性T細胞のクローン性増殖によって耐性を調節します。これによりユニークなプロパティに、樹状細胞は非常に癌や自己免疫DISEのための治療薬として後に求められていますアーゼ。樹状細胞は、インビトロで特異的抗原を装填し、免疫原性および免疫寛容の両方特異的免疫応答をマウントするために人体に注入することができます。この作品は、表面マーカーの発現、機能および代謝表現型が異なる単球、未成熟単球由来樹状細胞(MoDCを)、寛容原性と成熟のMoDCから、in vitroで生成するための手段を提供します。
ヨレス1で参照されるとプロフェッショナル抗原提示細胞2としてそれらを認識し、1973年にラルフ・スタインマンとZanvilコーンによって特徴付けられるように、DCは、最初に、19世紀後半にポールランゲルハンス(ランゲルハンス細胞)によって記述されました。 DCは(ランゲルハンス細胞として存在する)、皮膚などの外部環境にして有効鼻、肺、胃や腸のライニングにさらされている組織に特に豊富で、末梢血中と身体のほとんどの組織で発見されていますそれらは、外因性抗原に遭遇します。未成熟DCは、T細胞3を刺激するエンドサイトーシス能力が、比較的低い能力を有しています。未成熟DCは、様々なパターン認識受容体(PRR)がキャプチャ病原体関連分子パターン(PAMP)または損傷関連分子パターン(DAMPS)を4発現します。自己分子がT細胞unresponsiveneもたらしながら、活性化の危険信号は、免疫原性DCの成熟に向かっを駆動しますssのアポトーシス5。免疫原性DCはMHC分子および共刺激表面分子のアップレギュレーション及びナイーブT細胞の能力6,7 によって特徴付けられます。
未成熟DCはまた、ビタミンD3代謝物1aを、25(O)2 D 3と特定の免疫抑制剤、インターロイキン10(IL-10)のように、デキサメタゾン及び8-9ラパマイシンに応答したTreg誘導または寛容原性状態に向かって成熟することができます。寛容誘導性DCは表面受容体およびリガンドを含む免疫受容体チロシンベースの阻害モチーフ(のITIM)の発現によって特徴付けられます。 ILTファミリーメンバーを含むのITIMのシグナル伝達、寛容原性DCにおけるILT3とILT4はalloproliferationを阻害したFoxp3 + Treg細胞の拡大10,11を駆動します 。寛容原性DCのこれらのユニークな特性は、in vivoでの彼らの深い効力、すなわち移植同種移植片に耐久性の寛容を誘導する能力とsupprにつながります自己免疫疾患の発症をESS。寛容原性DCは、免疫活性化の阻害において機能成熟偏DCのサブタイプとして、従って見ることができます。
形質DCと骨髄のDC 12:現在、ヒト末梢血中の樹状細胞の二つの一般的なサブセットがあります。循環DCは、ヒト血液中の白血球の2%未満になるまれであり、これは彼らの免疫調節機能を研究するためのDCの適切な数の分離に困難をもたらします。この問題を克服するために、単球分化したDCは、樹状細胞の機能の研究のためのin vitroモデルとして使用されています。これらのインビトロ DCは、in vivoでのDCと比較して類似の受容体との機能を有しています。 in vivoでの DCのおよびin vitro生成単球由来DC(MoDCを) 内の詳細な比較は、他の研究室13、14、15によって調査されています。それはまたのMoDCとCDと報告されています図1c + DCは、抗原提示及びT細胞機能15の誘導において同等でした。
本稿では、末梢血単核球から未成熟したMoDCを生成し、その後、免疫原性と寛容誘導性樹状細胞にそれらを識別する方法について説明します。これらの単球由来樹状細胞(MoDCを)は、それらの表面マーカー、サイトカインプロファイル、免疫機能および代謝状態によって特徴付けられます。免疫原性および寛容原性樹状細胞は、同種異系T細胞又は調節性T細胞のいずれかの展開をもたらす別のサイトカインを産生します。本論文では、サイトカインプロファイリングは、多重化技術を用いたシステムを用いて行われます。細胞の増殖培地は、抗体固定化色分けされたビーズと共にインキュベートし、コンパクトな分析装置に読み込まれます。 DCの代謝状態は酸素消費速度、細胞呼吸の指標、及び解糖反映する細胞外酸性化速度を測定し、細胞外フラックス分析器を用いて分析します樹状細胞内の磁束。これらの生体エネルギー率の測定は、樹状細胞の発達と機能に不可欠である細胞代謝の変化を追跡する手段を提供します。
本稿では、単球、未成熟MoDCを、寛容原性のMoDCと成熟したMoDCから生成する方法について説明します。このプロトコルにおける重要なステップは、以下の段落で詳細に説明します。ヒト末梢血は、このプロトコルで出発原料として使用され、ヒトの血液を処理するための普遍的な予防措置が実施されるべきであることに留意することが重要です。それは、ヒト24に骨髄からDCを導出することは技術的に可能であるが、末梢血中に見出される細胞からin vitroで DCの分化を伴う骨髄と比べて、末梢血の利用に好適です。末梢血中に見出される細胞、造血CD34 +幹細胞および単球の間で一般的にDCのin vitroでの生成のために使用されます。造血CD34 +細胞は、その後さらにランゲルハンスに分化されたCD1a +およびCD14 +サブセットを導出するために、GM-CSFおよびTNF-αと共に培養する幹細胞および樹状細胞などが挙げられます。逆に、単球を未成熟のMoDCを生成するために、GM-CSFおよびIL-4で培養されます。いくつかのプロトコルは、末梢血からの単球の濃縮のために使用されます。 。例えば、プラスチック皿、水簸および分離キット25、26への付着により付着プロトコルの利点は、細胞への最小限のダメージであり、比較的しかし、細胞の純度が損なわれる可能性があり、費用対効果。余分なステップは、さらなる実験のために細胞を剥離するために必要とされます。水簸は、それらのサイズおよび密度に基づいて細胞を分離する技術です。水簸の利点は、細胞生存率であり、単球は、容易に、さらなる実験のために使用することができます。しかし、この技術は、水簸機の利用可能性と同様の堆積パラメータを有する細胞(T細胞および単球)の異なる集団を分離することができないことによって制限されます。市販の単離キットは、いずれかの積極選択するために、磁気マイクロビーズを利用したり負の単球集団を選択します。分離された単球が(マーカーまたはマイクロビーズによって結合されていない)「そのまま」のままとして、いくつかのプロトコルは、負の選択を用いて単球の分離に偏っています。このプロトコルでは、CD14ビーズをPBMCから正の選択ヒト単球に使用されました。 CD14は細胞質ドメインを欠いており、CD14への抗体の結合は、シグナル伝達を誘発しません。また、マイクロビーズは、培養後の単球から分離させますので、分化過程を妨げません。また、CD14は強く、ほとんどの単球に弱く、好中球およびいくつかの骨髄樹状細胞、他の方法17よりも高い細胞純度の単離結果のためこの方法で発現されます。
血液単球は、DCまたはマクロファージに分化することができ、単球の運命は大きくサイトカイン環境に依存します。本論文では、MoDCをは(GMを顆粒球マクロファージコロニー刺激因子を添加することによって生成されますヒト末梢血単核球に-csf)およびインターロイキン4(IL-4)。 GM-CSFは、単球の生存のために必要とされ、IL-4はマクロファージ分化に対する阻害活性を発揮します。及び単球へのGM-SCSFおよびIL-4の組み合わせの添加は、個々のサイトカイン27に比べて未成熟のMoDCの高いパーセンテージを得ます。末梢血単核球28、29、30、腫瘍壊死因子α(TNF-α)、インターフェロンα(IFN-α)およびインターロイキン13(IL-13)を添加することによりたMoDCを生成する他のプロトコルがあります。 GM-CSFおよびIL-4の組み合わせは、現在、免疫原性または寛容原性のMoDCに分化およびTh1、Th2のか、Th17の促進のMoDCに偏光したプラスチック製の未成熟DCを生成受け入れプロトコルを1990年代に最適化しました。
未熟たMoDCは、ビタミンD3およびデキサメタゾンの添加により寛容原性のMoDCに分化されています。例えば寛容原性DCを生成するには、いくつかのプロトコルを介しがあります核因子カッパB(NF-κB)阻害は、βカテニンの活性化、ビタミンD3、デキサメタゾン及びラパマイシン31、32、33、34、35、9、36、37。単独で、ビタミンD3およびデキサメタゾンの両方は、DC、個々の薬剤を使用した場合よりもalloproliferationの高い抑制ビタミンD3およびデキサメタゾンの結果の組み合わせに寛容原性効果を誘導することが報告されています。したがって、寛容原性樹状細胞の生成のための既存のプロトコルは、ビタミンD3およびデキサメタゾンの組み合わせに変更されました。この方法は、現在、治療上の有用性を有するヒト寛容原性DCのモデルとして受け入れられています。再構成されたビタミンD3およびデキサメタゾンは、短い貯蔵寿命を有することに留意することも重要です。
このプロトコルでは、リポ多糖(LPS)は、DCの成熟誘導剤として添加しました。未熟たMoDCはまた、炎症誘発性カクテルを使用して成熟するように誘導することができます。(TNF-α)、インターロイキン1ベータ(IL-1β)、インターロイキン6(IL-6)およびプロスタグランジンE2)や炎症性サイトカイン(TNF-αおよびインターフェロンγ(IFN-Γ))。プロ炎症性カクテルは高い共刺激及び遊走機能を持つ成熟したMoDCを生成するが、それらは、IL-12 38の比較的低いレベルを生成します。 TNF-αまたはIFN-Γは、単独で安定した樹状表現型39を誘導することができません。 LPSは、Toll様受容体4(TLR4)を刺激するDCの成熟を誘導するためにNF-κB及びマイトジェン活性化プロテインキナーゼ(MAPK)の活性化を媒介します。 LPSによって誘導されるDCの成熟は、DC成熟マーカー(CD83、CD86、HLA-DR)のアップレギュレーションを示し、また、IL-12p70の産生のにつながりました。また、この工程は、さらなる臨床癌ワクチンのための成熟DCを産生するためにTLR3アゴニストとLPSをペアリングするように変更することができます。本論文では、寛容誘導性DCは、LPS処理時の成熟に耐性であることが示されています。これらの半成熟DCなどは免疫原性ではなく、releaしませんSE炎症性サイトカイン40。
このプロトコルの制限は、分化過程にあります。プロセスは、ハイスループット分析に適合させるために困難をもたらす日7に0日目から8日かかります。プロトコルにおける修正はまだ異なる状態で実行可能なDCの高い数値を得分化プロセスを短縮するために必要とされます。第二に、DCは、このプロトコル中のサイトカインを添加することによって生成され、これらのサイトカインは、長時間DC集団を維持しません。また、サイトカインは、 インビボでよりはるかに高い濃度で使用されており、in vivoでのDCに生理的に同一ではない経路のバイアスされた開発につながる可能性があります。例えば、DC前駆体のインビトロ培養物に インビボ 41 における通常のDCの分化に必須のサイトカインではないGM-CSFに応答することが示されています。それにもかかわらず、サイトカイン刺激は、遺伝子に有用な方法することができます実験のためのin vitroで DCの高い数字を評価します。アロ反応の研究および代謝研究、フローサイトメトリーは、このような免疫蛍光染色などの他の分析にこのプロトコルから生成されたこれらの細胞を供する能力は、この方法の有用性を増大させます。これらのインビトロ DCは、in vivoでの DCの希少数をどうする以前には困難であるDCの開発、成熟および抗原提示の知識を改善するための良いモデルとなります。
寛容対免疫学的免疫を調節する樹状細胞の能力は、それらの癌および自己免疫疾患42、43、44、45に対する治療における魅力的な候補になります。このプロトコルで生成された免疫原性DCは、感染症および腫瘍に対するワクチン接種の有効性を改善するために使用することができます。寛容原性DCは、望ましくないT細胞応答を制御し、移植後の拒絶反応を防止するために使用することができるが。複雑な免疫と寛容のバランスがDCの分化状態に非常に依存します。 DCの分化は、複数のシグナル伝達経路および代謝運命に支配される協調細胞プログラムです。 DCの異なる分化状態は、生体エネルギーと生合成のニーズが異なります。静止状態でのDCに比べて、例えば、活性化DCは、生存と移行のための重要な、よりエネルギッシュな代謝適応を必要とします。ビタミンD3、デキサメタゾン及びラパマイシンが寛容原性DCを誘導するそれらの能力について知られていることに留意することが重要であり、DC代謝に影響を与えることが記載されています。本論文では、異なる分化状態からのMoDCのエネルギー代謝は細胞外フラックスアナライザーを使用して特徴付けられたと寛容原性のMoDCは、最高の代謝の可塑性を示し、LPS誘発成熟は、この可塑性を減少させました。異化代謝の影響寛容原性DCが46を機能ながらアナボリック代謝は、DCの成熟を サポートしています。 DCはこのプロトコルから生成されたが治療における免疫寛容を修正するための鍵を握るDCの代謝状態を変化させるかどうかを評価するために使用することができます。結論として、我々は、DC「免疫調節機能を研究するための重要な未成熟、免疫寛容原性と成熟したMoDCの生成のためのプロトコルを提示しました。
The authors have nothing to disclose.
この作品は、科学技術(JEC)はReasearchコアファンディングのための機関によってサポートされていました。
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 |