Assay CFSE המבוסס לחקר נדידת תאי דנדריטים עור Murine לתוך ניקוז בלוטות הלימפה במהלך זיהום<em> Mycobacterium בוביס</em> Bacille Calmette-גרן
Summary
An assay in mice to track cell migration from skin to draining lymph node is described which enables the characterization of skin Dendritic cells mobilized to the lymph node after footpad infection with Bacille Calmette-Guérin.
Abstract
תאים דנדריטים (DCS) חשובים ליזום התגובה החיסונית, בין היתר, באמצעות היכולת שלהם לרכוש אנטיגן הסעות אל הצומת לימפה ניקוז (DLN). ההתגייסות של DCs אל DLN מורכבת ונשאר הובהר באופן מלא במהלך ההדבקה. בזאת הוא תיאר את השימוש של assay חדשנית, פשוטה הנשענת על fluorochrome 5 ו 6-carboxyfluorescein אסתר diacetate succinimidyl (CFSE) כדי לעקוב אחר נדידת DCs במהלך ההדבקה שודד עם Mycobacterium בוביס Bacille Calmette-גרן (BCG) ב C57BL / 6 עכברים. assay זה מאפשר אפיון של תת-אוכלוסיות העור DC העוברים באופן פעיל ניקוז, LN popliteal בתגובה BCG. פרוטוקול זה מקורו מודל BCG שבו DCs עור הנודד זוהה על ידי cytometry זרימה. Assay הוא חביב ללימוד וזיהוי DCs או תאים אחרים ביתם של LN popliteal לאחר החיסון של חיידקים, מטבוליטים שלהם או אחרים דלקתייםלגירויים ב שודד דרכים, וכתוצאה מכך ללמוד הגורמים המווסתים את הנדידה של תאים אלה.
Introduction
DCs מקומי משטחי גוף לחוש חיידקים או למוצרים שלהן, ותוך כדי כך לגייס באמצעות כלי הלימפה אל LN ניקוז (DLN) 1,2. רילוקיישן זה נחוץ לעברת אנטיגן חיידקים אל DLN ואת תחול הסוגר של התגובה החיסונית כדי החיידק הפולש. ואכן, מצור או כישלון של DCs להגר מן הרקמה הנגועה אל DLN משתיק את התגובה תא T 3-5. בהתאם לכך, מבחנים שנועדו לעקוב אחר נדידה ברמה-התא בודד הם שימושיים שיעזרו מייחסי פונקציה נודדת לקבוצת משנת DC נתונה.
ישנו גוף גדול של נתונים על הגיוס של DCs עור אל DLN. החשבונות האחרונים עבור הרבה הידיעה על גירת DC מאתרים מוסתים או נגוע 2. הדבר אינו מפתיע שכן עור בתי אוכלוסייה גדולה של DCS ו הוא משטח רמת נגישות גבוהה לניסויים של עכבר המעבדה. כמה טכניקות ובכך פותחו כדי להעריךנדידת DCs murine מהעור אל DLN 2. ציור עור FITC הוא ללא ספק הגישה הנפוצה ביותר. ב assay זה והעמסת-5-isothiocyanate fluorochrome (FITC) מוכן בתערובת עם אצטון גורם האלרגיה. קוקטייל זה מוחל על העור מקולף או מגולח הצטברות של תאים שכותרתו FITC הוא בתורו ניתוחן DLN. הגירה יכול גם להיחקר על ידי הזרקת העור עם ננו fluorochrome מתויג או microparticles, המאפשרת מעקב של תאים phagocytic כי הפנימו חלקיקים פלורסנט בעור. כלי הלימפה ניתן cannulated גם לחלץ DCs נודדות ישירות הלימפה. זהו אולם מאתגר מבחינה טכנית, במיוחד אצל עכברים. מספר DCs השיג לניתוח שלאחר מכן הוא גם גורם מגביל.
למרות מחקרים קודמים רבים על גירת עור DC, נותר חוסר במידע לגבי ניוד עור DC כדי vacci הבא DLNאומה עם Bacille Calmette-גרן (BCG), זן חי ומוחלש של Mycobacterium בוביס בשימוש לחסן נגד M. שחפת. BCG הוא מחוסן בעור, גרימת זיהום מוגבל שמפעיל תגובה T מסייעים תאים מסוג 1. הן תת-אוכלוסיות DC כי לגייס אל DLN מהעור BCG נגועים והגורמים להסדיר הגירה שלהם במהלך התהליך הזה אינם מובנים במלואם. לאור האמור לעיל, שיטה פשוטה אך הרומן פותחה שבו fluorochrome 5 ו 6-carboxyfluorescein אסתר diacetate succinimidyl (CFSE) מוזרק באתרו לעקוב אחר נדידת DCs לתוך DLN 3. עכברי C57BL / 6 מוזרקים שודדים הדרכים האחוריות עם בידוד של BCG ושלשום קרבה, חיות מוזרקות באותו השודד עם ריכוז גבוה של CFSE. עשרים וארבע שעות לאחר מכן חיות מוקרבות ואת LN popliteal ניקוז (PLN) הוסרה והוכנה cytometry זרימה. assay זה מאפשר IDEntification של תאים הנודדים לילה מהעור שודד אל DLN (איור 1).
יתר על כן, עכברים במיקוד גן ניתן להשתמש כדי לסייע בזיהוי גורמים הנדרשים תאיים לגייס את DLN. שימוש assay זה, כותבי הדו"ח הזה מצאו בעבר כי BCG תחבורה DCs העור הנודד הגבוה CD11b נמוך EpCAM אל DLN בתהליך מוסדר על ידי קולטן אינטרלאוקין 1 ואת MyD88 מולקולת המתאם התאי 3. הפרוטוקול עבור assay גירת CFSE מבוסס זה שמקורו מהדוח מעל ידי Bollampalli et al. 3 שם cytometry הזרימה שמש כדי לזהות ולנתח DCs עור נודד, מתואר במסמך זה. היתרונות והחסרונות של assay זה הם דנו.
Protocol
Representative Results
Discussion
noDCs הם תאים מיוחדים מציגי אנטיגן שיכול להגיב לאתגר מיקרוביאלי על משטחי גוף באמצעות רכישת אנטיגן מיקרוביאליים מעבר ל DLN באמצעות lymphatics. יש, DCS להציג אנטיגן זה לתא T באופן שמניע תגובות תאי T עיקריות. תהליך ההגירה DC מרקמות כדי DLN לכן מאוד חשוב להבנת תגובה T-cell פרודוקטיבי היא יזמה. שיטות למדוד הגירה DC ולכן יש מאוד שימושי התגלגלות האמור לעיל.
במודל של עכברים הועסק ללמוד גירת עור DC ל DLN בעקבות זיהום עם BCG, חיסון חי כי מוזרק קליני בעור. בתור, BCG מוזרק שודד הדרכים האחוריות לחקות מסלול עורית זו של חיסון. Assay פשוט פותח וכתוצאה מכך משולב מודל זה לחקור את ההגירה של תת-אוכלוסיות עור DC מאתר חיסון BCG בעור השודד אל PLN הניקוז. רלי פרוטוקול זהes על הזרקת CFSE fluorochrome לאותו שודד כי בעבר קיבל BCG ואז לבודד את hr 24 PLN ניקוז מאוחר יותר בכדי לנתח את נוכחותם של תאים שכותרתו CFSE ידי cytometry הזרימה. למרות שלא כמתואר בפרוטוקול, LNs מהגדרה זה יכול גם להיות מוכן לניתוח על ידי מיקרוסקופיה confocal, ללמוד תהליכי הגירה כגון המיצוב של תאים נודדים ב LN 3. יתר על כן, תוצאות דומות על הגירה DC העור BCG-מופעלות התקבלו באמצעות שני BCG פסטר 1173P2 3 ו BCG SSI 1331 14.
CFSE הוא נפוץ לתייג תאים במבחנה כדי לעקוב אחר תאים שכותרתו כגון in vivo לאחר העברות תא 15. בפרוטוקול הנוכחי לעומת זאת, הוא שימש לתייג ישירות תאי עור באתרו. הבסיס המולקולרי של תיוג CFSE דומה FITC, שהוא גם צבע פלואורסצנטי אמין-reactive. CFSE הוא העדיף זאת על FITC עבור נטיה כפי שהוא creאטס אג"ח carboxamide יציב מאוד 16. יתר על כן, CFSE מאוד קרום חדיר מפזר פסיבי לתאים. ברגע שהיה בפנים, הוא יוצר אמין תאי (ניאון) conjugates שנשמרות בתא שכותרתו 15.
את assay ההגירה מבוססת CFSE שפותחה על ידי המחברים מאפשרת זיהוי של תאי מעבר מן עור DLN בתוך תקופה של 24 שעות בתגובת BCG. בכך הוא מודד הגירה חריפה במהלך פרק זמן מוגדר מאפשר לחקור את היכולת של שונה, מוזרק גירויים כדי לעורר הגירה. assay זה שונה הטכניקה הקלסית של ציור עור FITC, אשר מודדת אירוע הגירה המצטבר מופעל על ידי יישום עורית, אקטואלי של סוכן קשר-רגישות. לפיכך, assay ההגירה המבוססת CFSE יכול להיות מועסק על מנת לזהות DCs עור נודד או תאים אחרים ביתם של PLN לאחר ההזרקה של חיידקים, מוצרי חיידקים או גירויים דלקתיים אחרים footpad. ואכן, הוא נויטרופילים γ: δ תאי T הוכחו להעביר מעור כדי DLN בתגובת BCG 17,18. למעשה, assay שמש לאחרונה בסביבת שיתוף זיהום להראות כי זיהום נמטודות-מקומי במעי יכול להשתיק BCG-מופעלת גירת עור DC ל -14 DLN.
הגירה DC מוערכת לעתים קרובות בין 24 עד 72 שעות בציור העור FITC מאז FITC שכותרתו DCs קשה לזהות 4 עד 5 ימים לאחר צביעת 19. הפסד של האות CFSE על DCs שכותרתו אינה מהווה בעיה ב assay המוצג כאן מאז ניתוח של הגירה הוגבל ל -24 שעות; הסיבה מאחורי זה להיות כי המחברים רצו ללמוד במיוחד "לילה" אירועי הגירה. אחרים מעוניינים assay זה עם זאת מעודדים לחקור קודם לכן או אפילו מאוחר יותר נקודות זמן למעקב מבוסס CFSE. יתר על כן, מאז CFSE הוא הציג בזריקה זה יכול להינתן בכל עת מוגדרת. גמישות זו אפשרה אuthors להעריך הגירה DC בין יום 5 ו -6 לאחר ההדבקה BCG (איור 2 ג) 3. הזרקת CFSE שעלול להגביל את סוגי התאים נגישים באתרו תגובת התיוג. עבור תאים למשל לנגרהנס (LCS), אשר הם DCs הנמצא בשכבה העליונה של העור, האפידרמיס, להעביר גרוע בתגובת BCG ב assay ההגירה המבוססת CFSE (איור 3) 3. עם זאת, במהלך הציור העור FITC, DCS מיקומו של הדרמיס, השכבה שמתחת לאפידרמיס, מסומנים בקלות ולנדוד אל DLN מהר יותר 20,21 LCS. הדבר מצביע על כך תאים יכולים להיות fluorochrome שכותרתו ללא צורך בהכרח למקם על השכבה של העור שבו פתרון התיוג מוחל.
כמודל זיהום BCG, אוזן העכבר מציעה מסלול תוך-עורית בתום לב של חיסון כי הוא יותר בקנה אחד עם הממשל הקליני של BCG כחיסון שחפת. Foהזרקת otpad מצד שני, סביר להניח שילוב של intradermal ומסלולים תת עורית. עם זאת, זה דורש מיומנות והכשרה נכונה reproducibly לספק BCG אל הדרמיס 22, כך בפרקטיקה הקלינית זה לא תמיד תינתן באמת intradermal אלא תת עורית או שילוב של שניהם. כאתר חיסון שודד הדרכים אכן יש שני יתרונות ברורים מאוד על האוזן שצריכה להזכיר. ראשית, התגובה החיסונית מרוכזת אל PLN ניקוז לאחר הזרקה שודדת מה שמסייע בין שאר הבחינה של תגובות. מחברי הדו"ח הזה מצאו את PLN להיות LN הראשונה והעיקרית ניקוז שודד דרכים 3. אחרים הציעו ניקוז הפיצול בין LNs popliteal ו subiliac לאחר ההזרקה של אוון של כחול 23. עם זאת, בכל קשור לאוזן, יש יותר מאחד האוזן DLN בעכברים אלה לא יכולים להיות קבועים נוכחיים או קלים לאתר 24. הלה בבירור מציג liability במחקרים המבקשים לחקור תגובות DLN. שנית, כמויות גדולות יותר ניתן מחוסנות לתוך שודד הדרכים (10 – 50 μl) בהשוואה לאוזן. זה בתורו הוא ממזער ההתחייבות של החדרה לשינויים גדולים זרימת הלימפה ושל הצורך לעבוד עם כרכי הזרקה קטנים מאוד, וזה כשלעצמו בעיה כשמדובר ייחס כמויות גדולות של mycobacteria. באוזן שבו כרכים הזרקת צריך להיות קטן (1-10 μl), אפילו 5 μl רשאי לשנות זרימת הלימפה ואפשרות לכפות כמות גדולה של החומר המוזרק ישירות לתוך DLN בצורה בלתי מבוקרת. לכן חשוב לתת דין וחשבון על כרכי הזרקה. זה חשוב במיוחד בניסויים פונים התרומה של תאי ferrying לחיידקי LN. במודל שודד BCG, כמה BCG אולי הגיע DLN בהעדר תחבורה הסלולר. זה מבוסס על תצפיות כי עדיין אפשר לזהות BCG ב DLN של עכברים שבו נדידת תאים ממרגלותכרית היה ablated לחלוטין על ידי זריקה מקומית של שעלת רעלן 3. בין אם יש בכך כדי להצביע כי BCG יכול לגשת lymphatics ישירות ולהגיע DLN באופן תא ללא באמת עדיין לא נקבע מאז זה לא ניתן לשלול כי mycobacteria במקרה זה שבו ניתן גישת lymphatics בכוח של הנפח המוזרק.
שיקול מעשי עבור חיסונים באוזן או השודד הוא שבעלי חיים צריכים להיות משותקים מספקים זריקות להתבצע כראוי ובאופן לשחזור. גז Isoflurane מתואר בפרוטוקול הנוכחי כשיטה לריסון בעלי חיים כהכנת זריקות שודדות. בפעמי האינדוקציה והתאוששות המהירות יחסית עבור הרדמה בתיווך isoflurane לעשות את זה שיטה פופולרית, אבל דומה סוכני הרדמה אחרים, זה משפיע פיזיולוגיה, שעלול להפריע תוצאות ניסוי 25. ואכן, הוא הרדמה נדיפים בזריקות להפחית את זרימת הלימפה על ידי ביטולתנועות השרירים הרצוניים, הפחתת טונוס השרירים, ולהפחית התכווצות lymphangion 26. יתר על כן, הפחתה של 5 לקפל הגירת DLN של DCs הועברה adoptively ב שודד הדרכים דווחה חיות הרדימו 27. לאור האמור לעיל, ומאחר כיצד לטפל בדבר לפני הרדמה צפויים לגרום ללחץ יותר חיות מאשר ההזרקה עצמה, שהוא גם מהיר לנהל ואינו דורש צעד התאוששות, אפשרות לרסן את החיה כראוי ללא הרדמה צריך תתחשב. עצר עכבר המותאם אישית עבור זריקות שודדות, שבו החיה ניתן להביא במהירות למצב עצמו משותק ואינה מחוסן ב שודד הדרכים בתוך 30 עד 40 שניות יהיה אידיאלי להזריק את העכבר השודד האחורי מבלי לשנות היבטים אחרים של הפיסיולוגיה שלה בתהליך , ו יהיה מאוד שימושי במחקרים פונים נדידת תאים באמצעות lymphatics.
לסיכום, הדו"ח הזהמדגיש פרוטוקול רומן למעקב DCs העור אגב הניוד שלהם DLN באמצעות assay מנטרת הגירה במהלך חלון 24 שעות מוגדרות. Assay הגירה CFSE מבוססי זה מאפשר זיהוי וניתוח של תאים נודדים על ידי cytometry זרימה, כמפורט כאן, כמו גם על ידי מיקרוסקופ confocal 3. הוא מספק פלטפורמה גמישה ללימוד למגוון של גירויים מוזרקים ויכולתי לעורר גירת DC, וחשוב מכך, יכול להיות מועסק על מנת לעקוב אחר לא רק DCs אלא גם באוכלוסיות אחרות נעו עור DLN במהלך הגדרות ניסויים שונות.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by Karolinska Institutet, a project grant from the Swedish Research Council VR (Dnr 2014-2794) and a KID Doctoral Grant from Karolinska Institutet (All to A.G.R). The funders had no role in study design, data collection and analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript.
Materials
| Isoflurane | Baxter | 1001936060 | |
| 5- and 6-carboxyfluorescein diacetate succinimidyl ester (CFSE) |
Invitrogen | C1157 | |
| Dimethyl sulphoxide (DMSO) | Sigma | D2650 | |
| Fetal bovine serum (FBS) | Sigma | F7524 | |
| Bacille Calmette-Guérin (BCG) | strain Pasteur, in house | ||
| Trypan blue solution | Sigma | T8154 | |
| EDTA | In house | ||
| Sodium azide | Sigma | S2002 | |
| PBS | In house | ||
| Filtered water | In house | ||
| BD Plastipak 3 ml syringe | BD Medical Surgical Systems | 309658 | alternative: 5 ml syringe |
| 6 well plates | TPP | 92006 | |
| 15 ml centrifuge tubes | TPP | 91015 | Polypropylene |
| 5 ml round bottom tubes | BD Falcon | 3272948 | Polystyrene |
| Univentor 400 anaesthesia unit | Univentor | 8323001 | |
| Monojet 3/10ml syringe | Medicarrier | 8881511144 | 29 G x 1/2 in. |
| Sterile filter unit | TPP | 99500 | PES membrane |
| EPPI-Pistill homogenizer | Schuett biotech | 3.200 512 | Polypropylene |
| Allegra X-30R centrifuge | Beckman Coulter | B01145 | |
| Bürker counting chamber | VWR | 631-0920 | |
| 0.5 ml screw cap microtube | Sarstedt | 72.730 | Polypropylene |
| 1.5 ml Eppendorf microcentrifuge tube | VWR | 700-5239 | Polypropylene |
| 70 micron cell strainers | VWR | 734-0003 | |
| BD LSR-II flow cytometer, operated with FACSDiva software | BD Biosciences | Discontinued. Other Flow cytometers available, minimum detection of 6 fluorochromes needed | |
| FlowJo cell analysis software | Tree Star | ||
| Antibody | Clone | Company | |
| Antibodies | |||
| MHC-II I-A/I-E | M5/114.15.2 | BD Biosciences | |
| CD11b | M1/70 | BD Biosciences | |
| CD11c | HL3 | BD Biosciences | |
| CD16/CD32 (Fc-block) | 2.4G2 | BD Biosciences | |
| CD326/EpCAM | G8.8 | Biolegend | |
| CD103 | 2E7 | Biolegend | |
| CD80 | 16-10A1 | Biolegend | |
| CD86 | GL-1 | Biolegend |
References
- Platt, A. M., Randolph, G. J. Dendritic cell migration through the lymphatic vasculature to lymph nodes. Adv Immunol. 120, 51-68 (2013).
- Randolph, G. J., Angeli, V., Swartz, M. A. Dendritic-cell trafficking to lymph nodes through lymphatic vessels. Nat Rev Immunol. 5, 617-628 (2005).
- Bollampalli, V. P., et al. BCG Skin Infection Triggers IL-1R-MyD88-Dependent Migration of EpCAMlow CD11bhigh Skin Dendritic cells to Draining Lymph Node During CD4+ T-Cell Priming. PLoS Pathog. 11, e1005206 (2015).
- Allan, R. S., et al. Migratory dendritic cells transfer antigen to a lymph node-resident dendritic cell population for efficient CTL priming. Immunity. 25, 153-162 (2006).
- Itano, A. A., et al. Distinct dendritic cell populations sequentially present antigen to CD4 T cells and stimulate different aspects of cell-mediated immunity. Immunity. 19, 47-57 (2003).
- Larsen, M. H., Biermann, K., Jacobs, W. R. Laboratory maintenance of Mycobacterium tuberculosis. Curr Protoc Microbiol. Chapter 10, Unit 10A 11 (2007).
- Tung, J. W., et al. Modern flow cytometry: a practical approach. Clin Lab Med. 27, 453-468 (2007).
- Perfetto, S. P., Chattopadhyay, P. K., Roederer, M. Seventeen-colour flow cytometry: unravelling the immune system. Nat Rev Immunol. 4, 648-655 (2004).
- Sharrow, S. O. Overview of flow cytometry. Curr Protoc Immunol. Chapter 5, Unit 5.1 (2002).
- Holmes, K., Lantz, L. M., Fowlkes, B. J., Schmid, I., Giorgi, J. V. Preparation of cells and reagents for flow cytometry. Curr Protoc Immunol. Chapter 5, Unit 5.3 (2001).
- Henri, S., et al. The dendritic cell populations of mouse lymph nodes. J Immunol. 167, 741-748 (2001).
- Diacovo, T. G., Blasius, A. L., Mak, T. W., Cella, M., Colonna, M. Adhesive mechanisms governing interferon-producing cell recruitment into lymph nodes. J Exp Med. 202, 687-696 (2005).
- Henri, S., et al. Disentangling the complexity of the skin dendritic cell network. Immunol Cell Biol. 88, 366-375 (2010).
- Obieglo, K., et al. Chronic Gastrointestinal Nematode Infection Mutes Immune Responses to Mycobacterial Infection Distal to the Gut. J Immunol. 196 (5), (2016).
- Parish, C. R., Glidden, M. H., Quah, B. J., Warren, H. S. Use of the intracellular fluorescent dye CFSE to monitor lymphocyte migration and proliferation. Curr Protoc Immunol. Chapter 4, Unit4.9 (2009).
- Banks, P. R., Paquette, D. M. Comparison of three common amine reactive fluorescent probes used for conjugation to biomolecules by capillary zone electrophoresis. Bioconjug Chem. 6, 447-458 (1995).
- Nakamizo, S., et al. Dermal Vgamma4(+) gammadelta T cells possess a migratory potency to the draining lymph nodes and modulate CD8(+) T-cell activity through TNF-alpha production. J Invest Dermatol. 135, 1007-1015 (2015).
- Abadie, V., et al. Neutrophils rapidly migrate via lymphatics after Mycobacterium bovis BCG intradermal vaccination and shuttle live bacilli to the draining lymph nodes. Blood. 106, 1843-1850 (2005).
- Thomas, W. R., Edwards, A. J., Watkins, M. C., Asherson, G. L. Distribution of immunogenic cells after painting with the contact sensitizers fluorescein isothiocyanate and oxazolone. Different sensitizers form immunogenic complexes with different cell populations. Immunology. 39, 21-27 (1980).
- Shklovskaya, E., Roediger, B., Fazekasde St Groth, B. Epidermal and dermal dendritic cells display differential activation and migratory behavior while sharing the ability to stimulate CD4+ T cell proliferation in vivo. J Immunol. 181, 418-430 (2008).
- Kissenpfennig, A., et al. Dynamics and function of Langerhans cells in vivo: dermal dendritic cells colonize lymph node areas distinct from slower migrating Langerhans cells. Immunity. 22, 643-654 (2005).
- Kim, Y. C., Jarrahian, C., Zehrung, D., Mitragotri, S., Prausnitz, M. R. Delivery systems for intradermal vaccination. Curr Top Microbiol Immunol. 351, 77-112 (2012).
- Harrell, M. I., Iritani, B. M., Ruddell, A. Lymph node mapping in the mouse. J Immunol Methods. 332, 170-174 (2008).
- Van den Broeck, W., Derore, A., Simoens, P. Anatomy and nomenclature of murine lymph nodes: Descriptive study and nomenclatory standardization in BALB/cAnNCrl mice. J Immunol Methods. 312, 12-19 (2006).
- Gargiulo, S., et al. Mice anesthesia, analgesia, and care, Part I: anesthetic considerations in preclinical research. ILAR J. 53, E55-E69 (2012).
- Schmid-Schonbein, G. W. Microlymphatics and lymph flow. Physiol Rev. 70, 987-1028 (1990).
- Tal, O., et al. DC mobilization from the skin requires docking to immobilized CCL21 on lymphatic endothelium and intralymphatic crawling. J Exp Med. 208, 2141-2153 (2011).
