Akış Sitometresi ile Merkezi Sinir Sisteminden Mikroglia ve Monosit Türevi Makrofajların Analizi
Summary
Bu protokol, akış sitometrisi ile yetişkin fare merkezi sinir sisteminde makrofaj alt popülasyonlarının bir analizini sağlar ve bu hücrelerin eksprese ettiği çoklu belirteçlerin çalışması için yararlıdır.
Abstract
Birçok çalışma, merkezi sinir sistemi (CNS) patolojilerinde bağışıklık hücrelerinin, özellikle makrofajların rolünü göstermiştir. CNS'de iki ana makrofaj popülasyonu vardır: (i) MSS'nin yerleşik makrofajları olan ve embriyogenez sırasında sarı kese öncülerinden türetilen mikroglia ve (ii) sızıntı yapabilen monosit türevi makrofajlar (MDM) Hastalık sırasında MSS'dir ve kemik iliği progenitörlerinden türemiştir. Her makrofaj alt popülasyonunun rolü, incelenen patolojiye göre değişir. Dahası, histolojik belirteçler veya bu makrofaj alt popülasyonları için kullanılan ayırt edici kriterler üzerinde fikir birliği bulunmamaktadır. Bununla birlikte, akış sitometrisi ile CD11b ve CD45 markörlerinin ekspresyon profillerinin analizi, mikrogliayı (CD11b + CD45 med ) MDM'den (CD11b + CD45 yüksek ) ayırmamızı sağlar. Bu protokolde, yoğunluk gradyanı santrifüjününVe akış sitometri analizi bu CNS makrofaj alt popülasyonlarını karakterize etmek için ve yakınlarda yayınladığımız gibi bu hücreler tarafından ifade edilen birkaç ilgi işaretçisini incelemek için kullanılabilir. Bu nedenle bu teknik, nörolojik hastalıkların fare modellerinde makrofajların rolünü daha iyi anlayabilir ve ayrıca bu hücreler üzerindeki ilaç etkilerini değerlendirmek için de kullanılabilir.
Introduction
Mikrogram, merkezi sinir sisteminin (MSS) parenkimal dokuya ait makrofajlarıdır. İki önemli fonksiyonel rol oynuyorlar: Bağışıklık savunması ve SSS homeostazisinin korunması. Kemik iliğindeki hematopoietik kök hücrelerden sürekli olarak yenilenen MDM'den farklı olarak, mikroglial hücreler embriyonik gelişme sırasında beyinde koloni oluşturan yolk kesesinden (YS) kaynaklanan ilkel hematopoietik progenitör hücrelerden ayırırlar 1 , 2 , 3 . Kemirgenlerde, transkripsiyon faktörü Myb, tüm kemik iliği kaynaklı monositlerin ve makrofajların gelişiminde çok önemli bir rol oynamaktadır, ancak YS türevi mikroglia için bu faktör gerekli değildir ve farklılaşma, transkripsiyon faktörü PU.14'e bağımlıdır.
Sağlıklı CNS'de, mikroglia, çevrede sürekli olarak örnek olan dinamik hücrelerdir, scaPatojenleri veya doku hasarını işlemek için nning ve survey 5 . Bu tür sinyaller algılanması, yaralanmanın çözüm yolunu başlatır. Mikroglia, hızlıca ayrılmış bir morfolojiden amoeboid bir fogositoza ve ardından pro-veya anti-inflamatuar sitokinler gibi çeşitli mediatörlerin salınmasını izler. Böylece, mikro çevreye bağlı olarak aktive edilmiş mikroglia farklı priming durumlarından 6 oluşan bir spektrum kazanabilir.
Mikroglia, birçok nörolojik rahatsızlığın gelişimini ve ilerlemesini derinden etkilemektedir. Alzheimer hastalığının (AD) 7 , Amyotrofik Lateral Skleroz (ALS) 8 , Multipl Skleroz (MS) 9 veya Parkinson hastalığının (PD) 10 kemirgen modellerinde mikroglia'nın zararlı nörotoksisite indükleyen ya da etki eden iki rol oynadığı gösterilmiştir Nöroprotektif bir tarzda, bağımlı olanSpesifik hastalık, hastalık evresi ve hastalığın sistemik bağışıklık bölmesinden 7 , 8 , 9 , 10 , 11 etkilenip etkilenmediği. Yukarıda belirtilen hastalıklarda gözlenen CNS lezyonlarının çoğunda sadece parankimal mikrogram değil aynı zamanda perivasküler ve meningeal makrofajların yanı sıra CNS-sızıntılı MDM de dahil olmak üzere heterojen bir myeloid hücre popülasyonu bulunur. Bu hücre tipleri, yaralanma ve onarım ile ilişkili patofizyolojik mekanizmalara farklı şekilde katkıda bulunabilir 7,12,13,14,15. Bu hastalık modellerini inceleyen araştırmacılar için mevcut zorluk, periferik monositlerin ve makrofajların MSS'ye sızdığını ve eğer öyleyse distBu hücrelerden ikamet eden mikrogliaları kucaklayın. Aslında mikroglial hücreler çok plastiktir; Aktive edildiğinde, mikrogram genellikle periferik monositler ve makrofajlar tarafından eksprese edilen belirteçleri yeniden ifade eder. Bu nedenle, konu, yerleşik mikroglianın sızma monositleri ve makrofajları ayırt edebilen belirteçlerin belirlenmesine dayanır.
Bu popülasyonların beyin dilimleri üzerindeki immünohistolojik uygulamaları ile ayrımcılık spesifik antikorların olmaması nedeniyle sınırlıdır. Bununla birlikte, akış sitometrisi analizi, çeşitli belirteçlerin ekspresyonunu değerlendirmek ve hücre popülasyonlarını (örneğin, lenfositler, makrofajlar / MDM CD11b + CD45 yüksekleri ve mikroglia CD11b + CD45 med ) ayırmak için etkili bir teknik yanı sıra hücre alt popülasyonları 16 , 17 , 18 . Bu protokol,Optimize edilmiş, enzimatik bir doku ayrışması ve bir yoğunluk gradiyentli santrifüjleme kullanarak nörolojik hastalık modellerinde fare CNS'den alınan mononükleer hücreler; Hem de flow sitometri kullanarak CNS'de mikroglia ve MDM popülasyonlarını ayırt etmek için bir yöntem.
Bir diğer yaklaşım, miyelin'i yok etmek ve spesifik antikorlara 19 , 20 , 21 konjuge edilmiş manyetik boncuklar kullanarak hücreleri saflaştırmaktır. Anti-miyelin manyetik boncuklar kullanan miyelin giderimi daha pahalıdır ve canlılığı ve izole edilmiş hücrelerin verimi 22'yi etkiler. Bu adım ve mikroglianın izleyen immünomanyetik ayrımı, spesifik bağışıklık hücre popülasyonları 21 , 22 için ileri araştırmaları sınırlandırır.
Bu prosedürler, hastalık gelişiminde makrofaj alt popülasyonlarının incelenmesi için kolay bir yol sağlar veMakrofaj fenotipleri ve aktivasyon durumlarındaki ilaç etkilerini veya gen modifikasyonlarını belirlemek.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mikroglia ve MDM'nin MSS'de farklı işlevlere ve fenotiplere sahip oldukları gösterildi ve bu nedenle bu makrofaj alt popülasyonlarının tanımlanması ve analizi, nörolojik hastalıkları daha iyi anlamak için gereklidir 9 , 18 , 25 . İki belirteç (CD11b ve CD45) kullanılarak yapılan akış sitometrisi analizi, her alt popülasyon arasındaki ayrımı mümkün kılar ( Şekil 3C…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Agence Nationale pour la Recherche (ANR-12-MALZ-0003-02-P2X7RAD), Association France Alzheimer ve Bpifrance'in hibeleriyle desteklendi. Laboratuarımızda ayrıca Inserm, CNRS, Université Pierre et Marie-Curie ve "Investissements d'avenir" ANR-10-IAIHU-06 (IHU-A-ICM) programı desteklenmektedir. CELIS hücre kültürü çekirdeğinin desteğine teşekkür ediyoruz.
Materials
| 5-month-old Mice | Janvier | C57BL/6J | |
| Liberase TL Research Grade | Sigma-Aldrich | 5401020001 | Digestion enzyme |
| Deoxyribonuclease I from bovine pancreas | Sigma-Aldrich | DN25 | |
| Percoll | GE Healthcare Life Sciences | 17-0891-01 | Density gradient medium |
| Cell Strainer size 70 µm Nylon | Corning | 731751 | |
| Venofix 25G | BRAUN | 4056370 | |
| Piston syringe 10 mL | Terumo | SS+10ES1 | |
| Pasteur pipette 230 mm | Dustcher | 20420 | |
| 1,5 mL tube | Eppendorf | 0030 123.328 | |
| 15 mL tube | TPP | 91015 | |
| 50 mL tube | TPP | 91050 | |
| 5 mL polystyrene round bottom tube | BD Falcon | 352054 | |
| D-PBS (1X) without Ca2+/Mg2+ | Thermo Fisher Scientific | 14190-094 | |
| D-PBS (10X) without Ca2+/Mg2+ | Thermo Fisher Scientific | 14200-067 | |
| Fetal bovine serum | Thermo Fisher Scientific | 10270-106 | |
| EDTA | Sigma-Aldrich | E4884 | |
| Bovine Serum Albumin solution 30% | Sigma-Aldrich | A7284 | |
| Paraformaldehyde 32% Solution | Electron Microscopy Sciences | 15714-S | Caution -Toxic |
| Saponin | Sigma-Aldrich | S2002 | |
| Sodium Azide | Sigma-Aldrich | 47036 | |
| PerCPCy5.5 Rat anti-mouse CD11b (clone M1/70) | eBioscience | 45-0112 | |
| Rat IgG2b K Isotype Control PerCP-Cyanine5.5 | eBioscience | 45-4031 | |
| BV421 Rat anti-mouse CD45 (clone 30-F11) | BD Biosciences | 563890 | |
| BV421 Rat IgG2b, κ Isotype Control RUO | BD Biosciences | 562603 | |
| Rabbit anti-mouse TMEM119 (clone28-3) | Abcam | ab209064 | |
| AlexaFluor 647 Donkey anti-rabbit IgG | Life Technologies | A31573 | |
| Anti-Mouse CD16/CD32 Purified | eBioscience | 14-0161 | Mouse Fc Block |
| Fixable Dead Cell Stain Kits | Invitrogen | L34969 | |
| Mouse CCR2 APC-conjugated Antibody | R&D | FAB5538A | |
| Rat IgG2B APC-conjugated Isotype Control | R&D | IC013A | |
| Mouse CX3CR1 PE-conjugated Antibody | R&D | FAB5825P | |
| Goat IgG PE-conjugated Antibody | R&D | IC108P | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5804R | |
| Cell analyzer | BD Biosciences | BD FACSVERSE | |
| Data Analysis Software | FlowJo LLC | FlowJo | |
| Fine scissors | F.S.T | 14090-11 | |
| Standard Pattern Forceps | F.S.T | 11000-13 | |
| Mayo Scissors | F.S.T | 14010-15 | |
| Dumont #5 Forceps | F.S.T | 11251-20 |
References
- Ginhoux, F., et al. Fate mapping analysis reveals that adult microglia derive from primitive macrophages. Science. 330 (6005), 841-845 (2010).
- Ginhoux, F., Lim, S., Hoeffel, G., Low, D., Huber, T. Origin and differentiation of microglia. Front Cell Neurosci. 7, 45 (2013).
- Ginhoux, F., Jung, S. Monocytes and macrophages: developmental pathways and tissue homeostasis. Nat Rev Immunol. 14 (6), 392-404 (2014).
- Schulz, C., et al. A lineage of myeloid cells independent of Myb and hematopoietic stem cells. Science. 336 (6077), 86-90 (2012).
- London, A., Cohen, M., Schwartz, M. Microglia and monocyte-derived macrophages: functionally distinct populations that act in concert in CNS plasticity and repair. Front Cell Neurosci. 7, 34 (2013).
- Miron, V. E., Franklin, R. J. Macrophages and CNS remyelination. J Neurochem. 130 (2), 165-171 (2014).
- Mildner, A., et al. Distinct and non-redundant roles of microglia and myeloid subsets in mouse models of Alzheimer’s disease. J Neurosci. 31 (31), 11159-11171 (2011).
- Boillee, S., et al. Onset and progression in inherited ALS determined by motor neurons and microglia. Science. 312 (5778), 1389-1392 (2006).
- Yamasaki, R., et al. Differential roles of microglia and monocytes in the inflamed central nervous system. J Exp Med. 211 (8), 1533-1549 (2014).
- Wu, D. C., et al. Blockade of microglial activation is neuroprotective in the 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine mouse model of Parkinson disease. J Neurosci. 22 (5), 1763-1771 (2002).
- Cartier, N., Lewis, C. A., Zhang, R., Rossi, F. M. The role of microglia in human disease: therapeutic tool or target?. Acta Neuropathol. 128 (3), 363-380 (2014).
- Ajami, B., Bennett, J. L., Krieger, C., McNagny, K. M., Rossi, F. M. Infiltrating monocytes trigger EAE progression, but do not contribute to the resident microglia pool. Nat Neurosci. 14 (9), 1142-1149 (2011).
- Funk, N., et al. Characterization of peripheral hematopoietic stem cells and monocytes in Parkinson’s disease. Mov Disord. 28 (3), 392-395 (2013).
- Butovsky, O., et al. Modulating inflammatory monocytes with a unique microRNA gene signature ameliorates murine ALS. J Clin Invest. 122 (9), 3063-3087 (2012).
- Lewis, C. A., Solomon, J. N., Rossi, F. M., Krieger, C. Bone marrow-derived cells in the central nervous system of a mouse model of amyotrophic lateral sclerosis are associated with blood vessels and express CX(3)CR1. Glia. 57 (13), 1410-1419 (2009).
- Sedgwick, J. D., et al. Isolation and direct characterization of resident microglial cells from the normal and inflamed central nervous system. Proc Natl Acad Sci U S A. 88 (16), 7438-7442 (1991).
- Ford, A. L., Goodsall, A. L., Hickey, W. F., Sedgwick, J. D. Normal adult ramified microglia separated from other central nervous system macrophages by flow cytometric sorting. Phenotypic differences defined and direct ex vivo antigen presentation to myelin basic protein-reactive CD4+ T cells compared. J Immunol. 154 (9), 4309-4321 (1995).
- Martin, E., Boucher, C., Fontaine, B., Delarasse, C. Distinct inflammatory phenotypes of microglia and monocyte-derived macrophages in Alzheimer’s disease models: effects of aging and amyloid pathology. Aging Cell. , (2016).
- Bennett, M. L., et al. New tools for studying microglia in the mouse and human CNS. Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (12), E1738-E1746 (2016).
- Jin, L. W., et al. Dysregulation of glutamine transporter SNAT1 in Rett syndrome microglia: a mechanism for mitochondrial dysfunction and neurotoxicity. J Neurosci. 35 (6), 2516-2529 (2015).
- Bedi, S. S., Smith, P., Hetz, R. A., Xue, H., Cox, C. S. Immunomagnetic enrichment and flow cytometric characterization of mouse microglia. J Neurosci Methods. 219 (1), 176-182 (2013).
- Nikodemova, M., Watters, J. J. Efficient isolation of live microglia with preserved phenotypes from adult mouse brain. J Neuroinflammation. 9, 147 (2012).
- Mizutani, M., et al. The fractalkine receptor but not CCR2 is present on microglia from embryonic development throughout adulthood. J Immunol. 188 (1), 29-36 (2012).
- Lecoeur, H., Ledru, E., Gougeon, M. L. A cytofluorometric method for the simultaneous detection of both intracellular and surface antigens of apoptotic peripheral lymphocytes. J Immunol Methods. 217 (1-2), 11-26 (1998).
- Richter, N., et al. Glioma-associated microglia and macrophages/monocytes display distinct electrophysiological properties and do not communicate via gap junctions. Neurosci Lett. 583, 130-135 (2014).
- Mahad, D., et al. Modulating CCR2 and CCL2 at the blood-brain barrier: relevance for multiple sclerosis pathogenesis. Brain. 129 (Pt 1), 212-223 (2006).
