Transfecção altamente eficiente de macrófagos primários com mRNA Transcrito in vitro
Summary
Macrófagos, especialmente macrófagos primários, são um desafio para transfect como eles se especializam na detecção de moléculas de não-origem auto. Descrevemos um protocolo que permite a transfecção altamente eficiente de macrófagos primários com mRNA gerado a partir de modelos de DNA, como plasmídeos.
Abstract
Macrófagos são células fagocíticas especializadas na detecção de moléculas de origem não-auto. Para este fim, eles estão equipados com uma grande variedade de receptores de reconhecimento de padrões (PRRs). Infelizmente, isso também torna os macrófagos particularmente desafiadores para transfect como o reagente de transfecção e os ácidos nucleicos transinfectados são muitas vezes reconhecidos pelas PRRs como não-auto. Portanto, a transfecção muitas vezes resulta em ativação de macrófagos e degradação dos ácidos nucleicos transinfectados ou mesmo no suicídio dos macrófagos. Aqui, descrevemos um protocolo que permite a transfecção altamente eficiente de macrófagos primários de urina, como macrófagos peritoneal (PM) e macrófagos derivados de medula óssea (BMDM) com mRNA in vitro transcrito de modelos de DNA, como plasmídeos. Com esse protocolo simples, as taxas de transfecção de cerca de 50-65% para PM e cerca de 85% para BMDM são alcançadas sem citotoxicidade ou imunogenicidade observada. Descrevemos em detalhes a geração de mRNA para transfecção a partir de construções de DNA, como plasmídeos e o procedimento de transfecção.
Introduction
Macrófagos são células fagocíticas especializadas na detecção, ingestão e degradação de micróbios, células apoptóticas e detritos celulares. Além disso, eles ajudam a orquestrar as respostas imunes, secretando citocinas e quimiocinas e apresentando antígenos às células T e células B. Macrófagos também desempenham papéis importantes em inúmeros outros processos, como cicatrização de feridas, aterosclerose, tumorigênese e obesidade.
Para ser capaz de detectar moléculas não-auto, como padrões moleculares associados a patógenos (PAMPs) e moléculas fora do local, como padrões moleculares associados a danos (DAMPs), macrófagos são equipados com uma grande variedade de receptores de reconhecimento de padrões (PRR)1. Infelizmente, isso também torna os macrófagos particularmente desafiadores para transfect2 como o reagente de transfecção3 e os ácidos nucleicos transinfectados4,5,6,7 muitas vezes são reconhecidos pelas PRRs como não-auto. Por esta razão, a transfecção de macrófagos usando métodos químicos ou físicos8 geralmente resulta em ativação de macrófagos e degradação dos ácidos nucleicos transinfectados ou mesmo no suicídio de macrófagos via piroptose, uma forma de morte programada de células líticas desencadeada após o reconhecimento de PAMPs citosólicos/ DAMPs como DNA ouRNA9 estrangeiros . Transfecção biológica de macrófagos usando vírus como adenovírus ou lentivírus como vetores é muitas vezes mais eficiente, mas a construção de tais vetores virais é demorado e requer biossegurança nível 2 equipamento10,11.
Assim, embora os macrófagos sejam objeto de intensa pesquisa, a análise de suas funções no nível molecular é dificultada porque uma das ferramentas mais importantes da biologia molecular, a transfecção de construções de ácido nucleico para expressão exógena de proteínas, não é aplicável. Isso muitas vezes força os pesquisadores a usar linhas celulares semelhantes a macrófagos semelhantes a macrófagos de macrófagos de boa-fé. As aplicações para a transfecção de construção de ácido nucleico incluem expressão de versões proteicas mutadas ou marcadas, superexpressão de uma proteína específica, reexpressão proteica em um respectivo contexto nocaute e expressão de proteínas de outras espécies (por exemplo. , Cre recombinando ou guia RNA e Cas9 para nocaute genético alvo).
Aqui, descrevemos um protocolo que permite a transfecção altamente eficiente de macrófagos primários (geralmente difíceis de transfect), que são macrófagos peritoneal murine (PM) e macrófagos derivados de medula óssea (BMDM) com mRNA geradoa a partir de modelos de DNA, como plasmídeos. Importante, o mRNA transcrito in vitro gerado usando este protocolo contém os nucleosídeos modificados naturais 5-metil-CTPe pseudo-UTP que reduzem a imunogenicidade e aumentam a estabilidade4,6,7,12, 12. Além disso, as extremidades de 5 do mRNA transcrita in vitro são desfosforilado pela fosfatase antártica para evitar o reconhecimento pelo complexo RIG-I14,15. Isso minimiza o reconhecimento imunológico inato do mRNA transcrito in vitro. Com nosso protocolo fácil de executar, as taxas de transfecção entre 50-65% (macrófagos peritoneal (PM)) e 85% (BMDM) são alcançadas enquanto, importante, não há citotoxicidade ou imunogenicidade observada. Descrevemos em detalhes (i) como o mRNA imunologicamente silenciado para transfecção pode ser gerado a partir de construções de DNA, como plasmídeos e (ii) o próprio procedimento de transfecção.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aqui apresentamos um protocolo para transfecção altamente eficiente de macrófagos primários geralmente difíceis de transfect com mRNA transcrita in vitro. É importante ressaltar que a transfecção dos macrófagos que utilizam este protocolo não induz a morte celular nem ativa a sinalização proinflamatória indicando que nem o reagente da transfecção nem o mRNA transinfectado são reconhecidos como não-eu.
A qualidade do mRNA é de importância fundamental para a transfecção bem-…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pela Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 670).
Materials
| 5-methyl-CTP (100 mM) | Jena Biosience | NU-1138S | stored at -20 °C |
| Antarctic phosphatase | New England BioLabs | M0289 | stored at -20 °C |
| Antarctic phosphatase reaction buffer (10X) | New England BioLabs | B0289 | stored at -20 °C |
| anti-NEMO/IKKγ antibody | Invitrogen | MA1-41046 | stored at -20 °C |
| anti-β-actin antibody | Sigma-Aldrich | A2228 | stored at -20 °C |
| Petri dishes 92,16 mm with cams | Sarstedt | 821,473 | stored at RT |
| CD11b Microbeads mouse and human | Miltenyi Biotec | 130-049-601 | stored at 4 °C |
| Cre recombinase + T7-Promotor forward primer | Sigma-Aldrich | 5′-GAAATTAATACGACTCACTATA GGGGCAGCCGCCACCATGTCC AATTTACTGACCGTAC-3´, stored at -20 °C |
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| Cre recombinase + T7-Promotor reverse primer | Sigma-Aldrich | 5′-CTAATCGCCATCTTCCAGCAGG C-3′, stored at -20 °C |
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| DNA purification kit: QIAquick PCR purification Kit | Qiagen | 28104 | stored at RT |
| eGFP + T7-Promotor forward primer | Sigma-Aldrich | 5´-GAAATTAATACGACTCACTATA GGGATCCATCGCCACCATGGTG AGCAAGG-3´, stored at -20 °C |
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| eGFP + T7-Promotor reverse primer | Sigma-Aldrich | 5´-TGGTATGGCTGATTA TGATCTAGAGTCG-3´, stored at -20 °C |
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| Fast Digest buffer (10X) | Thermo Scientific | B64 | stored at -20 °C |
| FastDigest XbaI | Thermo Scientific | FD0684 | stored at -20 °C |
| high-fidelity polymerase with proofreading: Q5 High-Fidelity DNA-Polymerase | New England Biolabs Inc | M0491S | stored at -20 °C |
| IKKβ + T7-Promotor forward primer | Sigma-Aldrich | 5′-GAAATTAATACGACTCACTATA GGGTTGATCTACCATGGACTACA AAGACG-3′, stored at -20 °C |
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| IKKβ + T7-Promotor reverse primer | Sigma-Aldrich | 5′-GAGGAAGCGAGAGCT-CCATCTG-3′, stored at -20 °C | |
| in vitro mRNA transcription kit: HiScribe T7 ARCA mRNA kit (with polyA tailing) | New England BioLabs | E2060 | stored at -20 °C |
| LS Columns | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | stored at RT |
| MACS MultiStand | Miltenyi Biotec | 130-042-303 | stored at RT |
| mRNA transfection buffer and reagent: jetMESSENGER | Polyplus transfection | 409-0001DE | stored at 4 °C |
| Mutant IKKβ IKK-2S177/181E plasmid | Addgene | 11105 | stored at -20 °C |
| Mutant NEMOC54/347A plasmid | Addgene | 27268 | stored at -20 °C |
| pEGFP-N3 plasmid | Addgene | 62043 | stored at -20 °C |
| poly(I:C) | Calbiochem | 528906 | stored at -20 °C |
| pPGK-Cre plasmid | F. T. Wunderlich, H. Wildner, K. Rajewsky, F. Edenhofer, New variants of inducible Cre recombinase: A novel mutant of Cre-PR fusion protein exhibits enhanced sensitivity and an expanded range of inducibility. Nucleic Acids Res. 29, 47e (2001). stored at -20 °C | ||
| pseudo-UTP (100 mM) | Jena Biosience | NU-1139S | stored at -20 °C |
| QuadroMACS Separator | Miltenyi Biotec | 130-090-976 | stored at RT |
| Rat-anti-mouse CD11b antibody, APC-conjugated | BioLegend | 101212 | stored at 4 °C |
| Rat-anti-mouse F4/80 antibody, PE-conjugated | eBioscience | 12-4801-82 | stored at 4 °C |
| recombinant M-CSF | Peprotech | 315-02 | stored at -20 °C |
| RNA purification kit: MEGAclear transcription clean-up kit | ThermoFisher Scientific | AM1908 | stored at 4 °C |
| RNAse-degrading surfactant: RnaseZAP | Sigma-Aldrich | R2020 | stored at RT |
| ultrapure LPS from E.coli O111:B4 | Invivogen | stored at -20 °C | |
| Wild type IKKβ plasmid | Addgene | 11103 | stored at -20 °C |
| Wild type NEMO plasmid | Addgene | 27268 | stored at -20 °C |
References
- Ley, K., Pramod, A. B., Croft, M., Ravichandran, K. S., Ting, J. P. How Mouse Macrophages Sense What Is Going On. Frontiers in Immunology. 7 (204), (2016).
- Zhang, X., Edwards, J. P., Mosser, D. M. The expression of exogenous genes in macrophages: obstacles and opportunities. Methods in Molecular Biolology. 531, 123-143 (2009).
- Guo, X., et al. Transfection reagent Lipofectamine triggers type I interferon signaling activation in macrophages. Immunology and cell biology. 97 (1), 92-96 (2019).
- Kariko, K., Weissman, D. Naturally occurring nucleoside modifications suppress the immunostimulatory activity of RNA: implication for therapeutic RNA development. Current Opinion in Drug Discovery and Development. 10 (5), 523-532 (2007).
- Van De Parre, T. J., Martinet, W., Schrijvers, D. M., Herman, A. G., De Meyer, G. R. mRNA but not plasmid DNA is efficiently transfected in murine J774A.1 macrophages. Biochemical and biophysical research communications. 327 (1), 356-360 (2005).
- Uchida, S., Kataoka, K., Itaka, K. Screening of mRNA Chemical Modification to Maximize Protein Expression with Reduced Immunogenicity. Pharmaceutics. 7 (3), 137-151 (2015).
- Kariko, K., et al. Incorporation of pseudouridine into mRNA yields superior nonimmunogenic vector with increased translational capacity and biological stability. Molecular Therapy. 16 (11), 1833-1840 (2008).
- Khantakova, J. N., et al. Transfection of bone marrow derived cells with immunoregulatory proteins. Cytokine. 108, 82-88 (2018).
- Franz, K. M., Kagan, J. C. Innate Immune Receptors as Competitive Determinants of Cell Fate. Molecular Cell. 66 (6), 750-760 (2017).
- Kaestner, L., Scholz, A., Lipp, P. Conceptual and technical aspects of transfection and gene delivery. Bioorganic & medicinal chemistry letters. 25 (6), 1171-1176 (2015).
- Kim, T. K., Eberwine, J. H. Mammalian cell transfection: the present and the future. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 397 (8), 3173-3178 (2010).
- Kormann, M. S., et al. Expression of therapeutic proteins after delivery of chemically modified mRNA in mice. Nature Biotechnology. 29 (2), 154-157 (2011).
- Kariko, K., Buckstein, M., Ni, H., Weissman, D. Suppression of RNA recognition by Toll-like receptors: the impact of nucleoside modification and the evolutionary origin of RNA. Immunity. 23 (2), 165-175 (2005).
- Hornung, V., et al. 5′-Triphosphate RNA is the ligand for RIG-I. Science. 314 (5801), 994-997 (2006).
- Pichlmair, A., et al. RIG-I-mediated antiviral responses to single-stranded RNA bearing 5′-phosphates. Science. 314 (5801), 997-1001 (2006).
- Herb, M., et al. Mitochondrial reactive oxygen species enable proinflammatory signaling through disulfide linkage of NEMO. Science Signaling. 12 (568), (2019).
- Schmidt-Supprian, M., et al. NEMO/IKK gamma-deficient mice model incontinentia pigmenti. Molecular Cell. 5 (6), 981-992 (2000).
- Mandal, P. K., Rossi, D. J. Reprogramming human fibroblasts to pluripotency using modified mRNA. Nature Protocols. 8 (3), 568-582 (2013).
- Oh, S., Kessler, J. A. Design, Assembly, Production, and Transfection of Synthetic Modified mRNA. Methods. 133, 29-43 (2018).
