Summary

Изучение динамики органелл в В-клетках во время формирования иммунного синапса

Published: June 01, 2019
doi:

Summary

Здесь мы описываем два подхода к характеристике событий поляризации клеток в лимфоцитах B во время формирования ИГ. Во-первых, включает в себя количественную оценку набора органелл и цитоскелет перестановки на синаптической мембраны. Второй – биохимический подход, характеризующий изменения в составе центросомы, которая подвергается поляризации иммунной синапса.

Abstract

Распознавание поверхностных антигенов рецептором В-клеток (BCR) вызывает образование иммунного синапса (ИС), где координируются как сигнальные, так и антигенные поглощения. Формирование ИГ включает в себя динамическую ремоделирование актина, сопровождаемую поляризованной вербовкой в синаптическую мембрану центросомы и связанных с ними внутриклеточных органелл, таких как лизосомы и аппарат Голги. Первоначальные этапы ремоделирования актина позволяют В-клеткам увеличивать свою поверхность клеток и максимизировать количество комплексов антиген-БКР, собранных в синапсе. При определенных условиях, когда В-клетки распознают антигены, связанные с жесткими поверхностями, этот процесс связан с местным набором и секрецией лизосомы, которые могут облегчить экстракции антигена. Поглощенные антигены интернализированы в специализированные эндо-лизосомы отсеки для обработки в пептиды, которые загружаются на основные молекулы гистосовместимости II (MHC-II) для дальнейшего представления T-клеткам-помощникам. Поэтому изучение динамики органелл, связанной с формированием ИС, имеет решающее значение для понимания того, как активируются вхлговые клетки. В настоящей статье мы обсудим как визуализацию, так и биохимический метод, используемый для изучения изменений внутриклеточного позиционирования органелл и изменения цитоскелетов, связанные с образованием ИС в В-клетках.

Introduction

B лимфоциты являются неотъемлемой частью адаптивной иммунной системы, ответственной за выработку антител против различных угроз и вторжения патогенов. Эффективность производства антител определяется способностью В-клеток приобретать, обрабатывать и представлять антигены, встречающиесялибо в растворимой или поверхностной форме 1,2. Распознавание антигенов, прикрепленных к поверхности клетки представления, БКР, приводит к образованию близкого межклеточного контакта под видом IS3,4. В рамках этой динамической платформы происходит как BCR-зависимых вниз по течению сигнализации и интернализации антигенов в эндо-лизосомы отсеков происходит. Убранные антигены обрабатываются и собираются на молекулы MHC-II и впоследствии подаются Т-лимфоцитам. Продуктивные B-T взаимодействия, называемые B-T-клеток сотрудничества, позволяют B лимфоцитов для получения соответствующих сигналов, которые способствуют их дифференциации в антитела производства плазматических клеток или клеток памяти8.

Два механизма были вовлечены в экстракцию антигена в клетках В. Первый опирается на секрецию протеаз, происходящих из лизосом, которые подвергаются набору и слиянию при синаптической расщелине5,6. Второй, зависит от Миозина IIA-опосредованных сил, что вызывает вагинацию антигена, содержащего мембраны, которые интернализированы в clathrin покрытием ямы7. Режим экстракции антигена зависит от физических свойств мембраны, в которой находятся антигены. Тем не менее, в обоих случаях, В клетки проходят два основных события реконструкции: актиновый цитоскелет реорганизации и поляризации органелл в IS. Actin цитоскелет ремоделирования включает в себя начальную стадию распространения, где актин-зависимых выступов в синаптической мембраны увеличить поверхность в контакте с антигеном. За этим следует фаза сокращения, где BCRs в сочетании с антигенами сосредоточены в центре ИС с согласованным действием молекулярных двигателей и актина цитоскелет ремоделирования8,9,10, 11. Поляризация органелл также опирается на ремоделирование актина цитоскелета. Например, центросома становится отсоединена от ядра, путем локальной деполимеризации ассоциированного актина, что позволяет перепозиционировать эту органель вIS 5,12. В В-клетки, перепозиционирование центросомы на один полюс клетки (IS) направляет лизосомы вербовки в синаптической мембраны, которая при секреции может облегчить добычу и / или обработки поверхностных антигенов6. Лисососомы, завербованные в ИГ, обогащаются MHC-II, что способствует образованию пептидных комплексов MHC-II в эндосомальных отсеках, которые будут представлены Т-клеткам13. Кроме того, было отмечено, что аппарат Голги был тесно завербован вIS 14,предполагая, что пузырьки, полученные голги из секреторного пути, могут быть вовлечены в добычу антигена и/или обработку.

В целом, внутриклеточные органеллы и цитоскелетные перестановки в В-клетках во время формирования синапсов являются ключевыми шагами, которые позволяют эффективное приобретение и обработку антигена, необходимые для их дальнейшей активации. В этой работе мы вводим подробные протоколы о том, как выполнять визуализацию и биохимический анализ в В-клетках для изучения внутриклеточной ремоделирования органелл, связанных с образованием ИС. Эти методы включают: i) иммунофлуоресценцию и анализ изображений В-клеток, активированных с антигеном покрытием бусины и на антиген-покрытие крышки, что позволяет визуализации и количественной внутриклеточной компоненты, которые мобилизованы в ИС и (ii ) изоляция обогащенных центросомой фракций в В-клетках путем ультрацентрифугирования на градиентах сахарозы, что позволяет выявлять белки, связанные с центросомой, потенциально участвующих в регулировании полярности клеток.

Protocol

ПРИМЕЧАНИЕ: Следующие шаги были выполнены с использованием ячеек IIA1.6 B. 1. Активация клеток B с бусинами с антигенным покрытием Приготовление бусинсев с антигенным покрытием Для активации В-клеток используйте NH2-бусы ковалентно покрытые антигеном (Ag-покрыти…

Representative Results

В настоящей статье показано, как В-клетки могут быть активированы с помощью обездвижеонного антигена на бисере или крышках, чтобы вызвать образование ИГ. Мы предоставляем информацию о том, как определить и количественно поляризации различных органелл с помощью иммун?…

Discussion

Мы описываем комплексный метод изучения того, как Лимфоциты B реорганизуют свою внутриклеточную архитектуру для содействия формированию ИГ. Это исследование включает в себя использование методов визуализации для количественной оценки внутриклеточного распределения органелл, таких …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

M.-I.Y. поддерживается исследовательским грантом от FONDECYT #1180900. J.I., D.F. и J.L. были поддержаны стипендиями от Национального комисиона de Ciencia y Tecnologa. Мы благодарим Дэвида Осорио из Университета Понтифики Каталонии за видеозапись и редактирование.

Materials

IIA1.6 (A20 variant) mouse B-lymphoma cells ATCC TIB-208 Murine B-cell lymphoma of Balb/c origin that expresses an IgG-containing BCR on its surface without FcγIIR
100% methanol Fisher Scientific A412-4
10-mm diameter cover glasses thickness No. 1 circular Marienfield-Superior 111500
2-mercaptoethanol Thermo Fisher Scientific 21985023
Alexa 488 fluor- donkey ant-rabbit IgG  LifeTech  A21206 1:500 dilution recomended but should be optimized
Alexa Fluor 546 goat anti-Rabbit  IgG Thermo Fisher Scientific  A-11071 1:500 dilution recomended but should be optimized
Alexa Fluor 647-conjugated phalloidin Thermo Fisher Scientific  A21238 1:500 dilution recomended but should be optimized
Amaxa Nucleofection kit V Lonza VCA-1003 Follow the manufacturer's directions for mixing the transfection reagents with the DNA
Amaxa Nucleofector model 2b Lonza AAB-1001 Program L-013 used
Amino- Dynabeads ThermoFisher 14307D
Anti-pericentrin  Abcam ab4448  1:200 dilution recomended but should be optimized
Anti-rab6 Abcam ab95954 1:200 dilution recomended but should be optimized
Anti-sec61 Abcam ab15575 1:200 dilution recomended but should be optimized
BSA  Winkler  BM-0150
CaCl2 Winkler CA-0520
Culture plate T25 BD 353014
Fiji Software Fiji col.
Fluoromount G Electron Microscopy Science 17984-25
Glutamine Thermo Fisher Scientific 35050061
Glutaraldehyde Sigma  G7651 
Glycine Winkler  BM-0820
Goat-anti-mouse IgG antibody Jackson ImmunoResearch 315-005-003 IIA1.6 positive ligand
Goat-anti-mouse IgM antibody Thermo Fisher Scientific 31186 IIA1.6 negative ligand
HyClone Fetal bovine serum Thermo Fisher Scientific SH30071.03 Heat inactivate at 56 oC for 30 min
KCl Winkler PO-1260
Leica SP8 TCS microscope Leica
NaCl Winkler SO-1455
Nikon Eclipse Ti-E epifluorescence microscope  Nikon
Parafilm M P1150-2
Paraformaldehyde Merck 30525-89-4 Dilute to 4% with PBS in a safety cabinet, use at the moment
Penicillin-Streptomycin Thermo Fisher Scientific 15140122 Liquid
Polybead Amino Microspheres 3.00μm Polyscience 17145-5
Poly-L-Lysine Sigma P8920 Dilute with sterile water
Rabbit anti- alpha tubulin antibody Abcam ab6160 1:1000 dilution recommended but should be optimized
Rabbit anti mouse lamp1 antibody Cell signaling 3243 1:200 dilution recomended but should be optimized
Rabbit anti-cep55  Abcam ab170414 1:500 dilution recomended but should be optimized
Rabbit Anti-gamma Tubulin antibody  Abcam ab16504  1:1000 for Western Blot
RPMI-1640 Biological Industries 01-104-1A
Saponin  Merck 558255
Sodium pyruvate Thermo Fisher Scientific 11360070
Sucrose Winkler  SA-1390 
Triton X-100  Merck 9036-19-5
Tube 50 ml Corning 353043

References

  1. Carrasco, Y. R., Batista, F. D. B. Cells Acquire Particulate Antigen in a Macrophage-Rich Area at the Boundary between the Follicle and the Subcapsular Sinus of the Lymph Node. Immunity. 27 (1), 160-171 (2007).
  2. Batista, F. D., Harwood, N. E. The who, how and where of antigen presentation to B cells. Nature Reviews Immunology. 9 (1), 15-27 (2009).
  3. Grakoui, A., et al. The immunological synapse: a molecular machine controlling T cell activation. Science (New York, N.Y.). 285 (5425), 221-227 (1999).
  4. Batista, F. D., Iber, D., Neuberger, M. S. B cells acquire antigen from target cells after synapse formation. Nature. 411 (6836), 489-494 (2001).
  5. Obino, D., et al. Actin nucleation at the centrosome controls lymphocyte polarity. Nature Communications. 7, (2016).
  6. Yuseff, M. I., et al. Polarized Secretion of Lysosomes at the B Cell Synapse Couples Antigen Extraction to Processing and Presentation. Immunity. 35 (3), 361-374 (2011).
  7. Spillane, K. M., Tolar, P. Mechanics of antigen extraction in the B cell synapse. Molecular Immunology. 101, 319-328 (2018).
  8. Schnyder, T., et al. B Cell Receptor-Mediated Antigen Gathering Requires Ubiquitin Ligase Cbl and Adaptors Grb2 and Dok-3 to Recruit Dynein to the Signaling Microcluster. Immunity. , (2011).
  9. Wang, J. C., et al. The Rap1 – cofilin-1 pathway coordinates actin reorganization and MTOC polarization at the B cell immune synapse. Journal of Cell Science. , 1094-1109 (2017).
  10. Fleire, S. J., Goldman, J. P., Carrasco, Y. R., Weber, M., Bray, D., Batista, F. D. B cell ligand discrimination through a spreading and contraction response. Science. 312 (5774), 738-741 (2006).
  11. Vascotto, F., et al. The actin-based motor protein myosin II regulates MHC class II trafficking and BCR-driven antigen presentation. Journal of Cell Biology. 176 (7), 1007-1019 (2007).
  12. Reversat, A., et al. Polarity protein Par3 controls B-cell receptor dynamics and antigen extraction at the immune synapse. Molecular biology of the cell. 26 (7), 1273-1285 (2015).
  13. Lankar, D., et al. Dynamics of Major Histocompatibility Complex Class II Compartments during B Cell Receptor–mediated Cell Activation. The Journal of Experimental Medicine. 195 (4), 461-472 (2002).
  14. Duchez, S., et al. Reciprocal Polarization of T and B Cells at the Immunological Synapse. The Journal of Immunology. 187 (9), 4571-4580 (2011).
  15. Pérez-Montesinos, G., et al. Dynamic changes in the intracellular association of selected rab small GTPases with MHC class II and DM during dendritic cell maturation. Frontiers in Immunology. 8 (MAR), 1-15 (2017).
  16. Le Roux, D., Lankar, D., Yuseff, M. I., Vascotto, F., Yokozeki, T., Faure-Andre´, G., Mougneau, E., Glaichenhaus, N., Manoury, B., Bonnerot, C., Lennon-Dume´nil, A. M. Syk-dependent Actin Dynamics Regulate Endocytic Trafficking and Processing of Antigens Internalized through the B-Cell Receptor. Molecular biology of the cell. 18 (September), 3451-3462 (2007).
  17. Reber, S. Chapter 8 Isolation of Centrosomes from Cultured Cells. Methods in Molecular Biology. 777 (2), 107-116 (2011).
  18. Gogendeau, D., Guichard, P., Tassin, A. M. Purification of centrosomes from mammalian cell lines. Methods in Cell Biology. 129, (2015).
  19. Obino, D., et al. Vamp-7–dependent secretion at the immune synapse regulates antigen extraction and presentation in B-lymphocytes. Molecular Biology of the Cell. 28 (7), 890-897 (2017).
  20. Harwood, N. E., Batista, F. D. Early Events in B Cell Activation BCR: B cell receptor. Annual Review of Immunology. , (2010).
  21. Yuseff, M. I., Lennon-Duménil, A. M. B cells use conserved polarity cues to regulate their antigen processing and presentation functions. Frontiers in Immunology. 6, 1-7 (2015).

Play Video

Cite This Article
Ibañez-Vega, J., Fuentes, D., Lagos, J., Cancino, J., Yuseff, M. I. Studying Organelle Dynamics in B Cells During Immune Synapse Formation. J. Vis. Exp. (148), e59621, doi:10.3791/59621 (2019).

View Video