Summary

Isolatie van groep 2 aangeboren lymfoïde cellen van muis neusslijmvlies om de expressie van CD226 te detecteren

Published: May 10, 2022
doi:

Summary

Groep 2 aangeboren lymfoïde cellen (ILC2’s), betrokken bij type 2-ontsteking, nemen voornamelijk deel aan de reactie op worminfectie, allergische aandoeningen, metabole homeostase en weefselherstel. In deze studie wordt een procedure aangetoond om ILC2’s te isoleren van murine neusslijmvlies en de expressie van CD226 te detecteren.

Abstract

Met overvloedig onderzoek naar groep 2 aangeboren lymfoïde cellen (ILC2s) gepubliceerd door de jaren heen, is algemeen bekend dat ILC2’s betrokken zijn bij het reguleren van verschillende pathologische processen, waaronder anti-helminth immuniteit, weefselherstel, thermogenese en auto-immuunziekten zoals astma en allergische rhinitis (AR). ILC2’s bevinden zich permanent in perifere weefsels zoals de huid, darmen, longen en neusholte; Er is echter beperkte informatie over hun exacte functies in nasale mucosale immuniteit. CD226 is een activerend kostenimulatoir molecuul, voornamelijk uitgedrukt op natural killer (NK) cellen, T-cellen en inflammatoire monocyten. Of ILC2’s CD226 tot expressie brengen of een rol spelen in de pathogenese van ILC2s-gerelateerde ziekten blijft echter onbekend. Hier hebben we een methode vastgesteld om ILC2’s uit het neusslijmvlies te isoleren en te identificeren en CD226-expressie gedetecteerd op ILC2’s verkregen van gezonde en AR-muizen. Hierin beschrijven we dit protocol voor de isolatie en identificatie van ILC2’s uit neusslijmvlies van muizen, dat zal helpen bij het verkennen van het interne pathologische mechanisme van immunologische aandoeningen bij neusslijmvliesaandoeningen.

Introduction

Groep 2 aangeboren lymfoïde cellen (ILC2’s) werden voor het eerst ontdekt in de peritoneale holteweefsels van muizen en bleken vervolgens aanwezig te zijn in het bloed en andere perifere weefsels zoals de longen, huid en neusholte 1,2,3. Als weefsel-residente cellen worden ILC2’s voornamelijk lokaal onderhouden en geprolifereerd en functioneren ze als de eerste bewakers die reageren op exogene schadelijke stimuli door talrijke type 2 cytokines te produceren en type 2 immuniteit 4,5,6 te induceren. ILC2’s kunnen ook hun effecten uitoefenen door te smokkelen naar de geïnfecteerde weefsels 7,8.

Net als T-helper 2 (Th2) cellen, zorgen de gecompliceerde regulerende netwerken van ILC2’s voor hun significante betrokkenheid bij de progressie van verschillende type 2 ontstekingsziekten, waaronder allergische aandoeningen van de luchtwegen 8,9. Bij astma kunnen van epitheelcellen afgeleide alarmins ILC2’s activeren, die longontsteking verder bevorderen door de secretie van interleukine (IL) -4, IL-5 en IL-1310. Klinische studies hebben ook aangetoond dat ILC2-niveaus significant verhoogd waren in het sputum en bloed van patiënten met ernstig astma, wat wijst op een associatie van ILC2’s met astma-ernst en hun functie als voorspeller van astmaprogressie11.

Allergische rhinitis (AR) is een veel voorkomende chronische ontstekingsziekte die jaarlijks miljoenen mensen treft, en effectieve behandelingen voor deze ziekte zijn beperkt12,13. ILC2’s spelen een cruciale rol in de pathofysiologie van AR, of het nu gaat om de sensibilisatiefase of symptoomgeneratie en ontstekingsfase14. Bij patiënten met AR zijn de niveaus van ILC2 in het perifere bloed zowel lokaal als systemisch verhoogd15. Bepaalde effecten en de onderliggende mechanismen van ILC2’s op de pathofysiologie en progressie van AR vereisen echter nog steeds verder onderzoek.

CD226 – een transmembraan glycoproteïne dat dient als een costimulatory molecuul – wordt voornamelijk uitgedrukt op natural killer (NK) cellen, T-cellen en andere inflammatoire monocyten16,17. De interactie van CD226 en zijn liganden (CD155 en/of CD112) of concurrent (TIGIT) stelt het in staat om deel te nemen aan de biologische functies van verschillende immuuncellen18. De binding van de liganden op antigeen-presenterende cellen aan CD226 op cytotoxisch lymfocyt (CTL) bevordert de activering van beide cellen tegelijkertijd, terwijl de activering van CTL verder kan worden onderdrukt door TIGIT (T-cel immunoreceptor met Ig- en ITIM-domeinen), de concurrent van CD22619,20. Een menselijke ex vivo studie toonde aan dat CD226 en CD155 op T-cellen de balans tussen Th1/Th17 en Th2 reguleren door differentieel modulerende Th-deelverzamelingen21. CD226 kan eveneens bloedplaatjesadhesie en NK tumordodende activiteit bemiddelen22,23. Ondertussen is CD226 goed bestudeerd in de pathogenese van verschillende infectieziekten, auto-immuunziekten en tumoren 18,24,25. Op dit moment is CD226 een nieuw lichtpuntje geworden voor immunotherapie. Studies hebben aangetoond dat extracellulaire blaasjes CD226-expressie op NK-cellen kunnen omkeren om hun cytotoxische activiteit te herstellen en in te grijpen in de progressie van longkanker26. Een recente studie heeft een subcluster van foetale intestinale groep 3 ILC’s onthuld die worden gekenmerkt door hoge CD226-expressie door eencellige RNA-sequencing27, wat aangaf dat CD226 een rol zou kunnen spelen in de aangeboren lymfoïde celgemedieerde immuniteit.

Onze kennis over ILC2’s bij luchtwegontsteking is voornamelijk gebaseerd op studies over astma; Er is echter weinig bekend over hun functies in nasale mucosale immuniteit. Zo werd een protocol opgesteld om ILC2’s uit het neusslijmvlies te isoleren en te identificeren. De studie richt zich op de expressie van CD226 op ILC2’s in neusweefsels en de variatie tussen gezonde en AR-muizen. Dit kan nieuwe inzichten opleveren in de onderliggende mechanismen van ILC2-gemedieerde regulatie in de lokale immuniteit en dienen als basis voor het ontwikkelen van nieuwe benaderingen voor AR-behandeling.

Protocol

Alle experimenten werden uitgevoerd in overeenstemming met de richtlijnen voor verzorging en gebruik van proefdieren. Alle procedures en protocollen werden goedgekeurd door de Ethische Commissie voor Wetenschappelijk Onderzoek van de Vierde Militaire Medische Universiteit (nr. 20211008). 1. Murine AR-modelvestiging Huis mannelijke en vrouwelijke wild-type (WT) C57BL / 6 muizen in de leeftijd van 8-12 weken onder specifieke pathogeenvrije omstandigheden en bieden stan…

Representative Results

Een OVA-geïnduceerd muizenmodel werd ontwikkeld om de rol van ILC2’s in AR te onderzoeken. De constructie van het AR-muizenmodel was gebaseerd op eerdere studies met kleine wijzigingen 28,29,30,31. Een video van 10 minuten werd opgenomen om de frequentie van niezen en nasale krabben na de laatste neusuitdaging te meten. Allergische symptomen van de OVA-geïnduceerde-AR-muizen werden weergegeve…

Discussion

ILC2’s zijn nauw verbonden met type 2-ontsteking en ontstekingsstoornissen, zoals aangetoond door een toenemend aantal studies. Zowel muismodellen als menselijke observatie dragen bij aan een beter begrip van de functie ervan in de bovenste luchtwegen. In astmapathofysiologie worden ILC2’s geactiveerd door thymusstromale lymfopoietine, IL-25 en IL-33, die meestal worden geproduceerd door epitheelcellen. Vervolgens spiegelen ze Th2-cellen en produceren ILC2’s IL-4, IL-5 en IL-13 om type 2-ontstekingte ve…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

R.Z. werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (nr. 81871258) en fondsen verstrekt door de Fourth Military Medical University (nr. 2020rcfczr). Y.Z. werd ondersteund door het Natural Science Basic Research Program van Shaanxi (Nr. 2021JM-081).

Materials

Aluminum hydroxide Meilun biological Technology 21645-51-2
CD11b eBioscience 11-0112-82 Used in antibody coctail
CD11c BioLegend 117306 Used in antibody coctail
CD16/32 BioLegend 101302 Clone: 93; Dilution 1:100
CD226 BioLegend 128812 Used in antibody coctail
CD3e BioLegend 100306 Used in antibody coctail
CD45 BioLegend 103128 Used in antibody coctail
CD45R eBioscience 11-0452-82 Used in antibody coctail
CD90.2 BD Pharmingen 553014 Used in antibody coctail
Collagenase IV DIYIBio DY40128
CountBright absolute counting beads Invitrogen C36950 absolute counting beads
Dnase Equation 1 Beyotime D7076
Fetal Bovine Serum gibco 10270-106
Fixable Viability Dye eFluor 520 (FITC) eBioscience 65-0867-14 FVD
HBSS, calcium, magnesium Servicebio G4204-500
KLRG1 eBioscience 17-5893-81 Used in antibody coctail
NaN3 SIGMA S2002
NovoExpress software AgilentTechnologies Version 1.5.0 flow cytometry (FCM) analysis software
OVA SIGMA 9006-59-1
PBS, 1x Servicebio G4202-500
PBS, 10x Servicebio G4207-500
Percoll Yeasen 40501ES60 density gradient media
RPMI 1640 culture media Corning 10-040-CVRV
Spectral cell analyzer SONY SA3800

References

  1. Huang, Y., et al. S1P-dependent interorgan trafficking of group 2 innate lymphoid cells supports host defense. Science. 359 (6371), 114-119 (2018).
  2. Price, A. E., et al. Systemically dispersed innate IL-13-expressing cells in type 2 immunity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (25), 11489-11494 (2010).
  3. Ebihara, T., et al. Trained innate lymphoid cells in allergic diseases. Allergology International. 70 (2), 174-180 (2021).
  4. Gasteiger, G., Fan, X., Dikiy, S., Lee, S. Y., Rudensky, A. Y. Tissue residency of innate lymphoid cells in lymphoid and nonlymphoid organs. Science. 350 (6263), 981-985 (2015).
  5. Moro, K., et al. Interferon and IL-27 antagonize the function of group 2 innate lymphoid cells and type 2 innate immune responses. Nature Immunology. 17 (1), 76-86 (2016).
  6. Helou, D. G., et al. LAIR-1 acts as an immune checkpoint on activated ILC2s and regulates the induction of airway hyperreactivity. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 149 (1), 223-236 (2022).
  7. Karta, M. R., et al. beta2 integrins rather than beta1 integrins mediate Alternaria-induced group 2 innate lymphoid cell trafficking to the lung. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 141 (1), 329-338 (2018).
  8. Helou, D. G., et al. PD-1 pathway regulates ILC2 metabolism and PD-1 agonist treatment ameliorates airway hyperreactivity. Nature Communications. 11 (1), 3998 (2020).
  9. Kabata, H., Moro, K., Koyasu, S. The group 2 innate lymphoid cell (ILC2) regulatory network and its underlying mechanisms. Immunological Reviews. 286 (1), 37-52 (2018).
  10. Zheng, H., et al. The role of Type 2 innate lymphoid cells in allergic diseases. Frontiers in Immunology. 12, 586078 (2021).
  11. Maggi, L., et al. The dual function of ILC2: From host protection to pathogenic players in type 2 asthma. Molecular Aspects of Medicine. 80, 100981 (2021).
  12. Meltzer, E. O., et al. Burden of allergic rhinitis: results from the Pediatric Allergies in America survey. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 124, 43-70 (2009).
  13. Wheatley, L. M., Togias, A. Clinical practice. Allergic rhinitis. The New England Journal of Medicine. 372 (5), 456-463 (2015).
  14. Bousquet, J., et al. Allergic rhinitis. Nature Reviews. Disease Primers. 6 (1), 95 (2020).
  15. Kato, A. Group 2 innate lymphoid cells in airway diseases. Chest. 156 (1), 141-149 (2019).
  16. Nakamura-Shinya, Y., et al. DNAM-1 promotes inflammation-driven tumor development via enhancing IFN-gamma production. International Immunology. 34 (3), 149-157 (2022).
  17. Braun, M., et al. CD155 on Tumor cells drives resistance to immunotherapy by inducing the degradation of the activating receptor CD226 in CD8(+) T cells. Immunity. 53 (4), 805-823 (2020).
  18. Huang, Z., Qi, G., Miller, J. S., Zheng, S. G. CD226: An emerging role in immunologic diseases. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 8, 564 (2020).
  19. Gilfillan, S., et al. DNAM-1 promotes activation of cytotoxic lymphocytes by nonprofessional antigen-presenting cells and tumors. Journal of Experimental Medicine. 205 (13), 2965-2973 (2008).
  20. Zhang, D., et al. TIGIT-Fc alleviates acute graft-versus-host disease by suppressing CTL activation via promoting the generation of immunoregulatory dendritic cells. Biochimica et Biophysica Acta: Molecular Basis of Disease. 1864, 3085-3098 (2018).
  21. Lozano, E., Joller, N., Cao, Y., Kuchroo, V. K., Hafler, D. A. The CD226/CD155 interaction regulates the proinflammatory (Th1/Th17)/anti-inflammatory (Th2) balance in humans. Journal of Immunology. 191 (7), 3673-3680 (2013).
  22. Kojima, H., et al. CD226 mediates platelet and megakaryocytic cell adhesion to vascular endothelial cells. Journal of Biological Chemistry. 278 (38), 36748-36753 (2003).
  23. Martinet, L., Smyth, M. J. Balancing natural killer cell activation through paired receptors. Nature Reviews. Immunology. 15 (4), 243-254 (2015).
  24. Yeo, J., Ko, M., Lee, D. H., Park, Y., Jin, H. S. TIGIT/CD226 axis regulates anti-tumor immunity. Pharmaceuticals. 14 (3), 200 (2021).
  25. Nakano, M., et al. Association of elevated serum soluble CD226 levels with the disease activity and flares of systemic lupus erythematosus. Scientific Reports. 11 (1), 16162 (2021).
  26. Chang, W. A., et al. miR-150-5p-containing extracellular vesicles are a new immunoregulator that favor the progression of lung cancer in hypoxic microenvironments by altering the phenotype of NK cells. Cancers. 13 (24), 6552 (2021).
  27. Stehle, C., et al. T-bet and RORalpha control lymph node formation by regulating embryonic innate lymphoid cell differentiation. Nature Immunology. 22 (10), 1231-1244 (2021).
  28. Piao, C. H., Fan, Y. J., Nguyen, T. V., Song, C. H., Chai, O. H. Mangiferin alleviates ovalbumin-induced allergic rhinitis via Nrf2/HO-1/NF-kappaB signaling pathways. International Journal of Molecular Sciences. 21 (10), 3415 (2020).
  29. Zhao, Y., Tao, Q., Wu, J., Liu, H. DMBT1 has a protective effect on allergic rhinitis. Biomedicine and Pharmacotherapy. 121, 109675 (2020).
  30. Piao, C. H., et al. Ethanol extract of Dryopteris crassirhizoma alleviates allergic inflammation via inhibition of Th2 response and mast cell activation in a murine model of allergic rhinitis. Journal of Ethnopharmacology. 232, 21-29 (2019).
  31. Liang, M. J., et al. Immune responses to different patterns of exposure to ovalbumin in a mouse model of allergic rhinitis. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology. 273 (11), 3783-3788 (2016).
  32. Ebbo, M., Crinier, A., Vely, F., Vivier, E. Innate lymphoid cells: major players in inflammatory diseases. Nature Reviews. Immunology. 17 (11), 665-678 (2017).
  33. Seehus, C. R., et al. Alternative activation generates IL-10 producing type 2 innate lymphoid cells. Nature Communications. 8 (1), 1900 (2017).
  34. Cai, T., et al. IL-17-producing ST2(+) group 2 innate lymphoid cells play a pathogenic role in lung inflammation. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 143 (1), 229-244 (2019).
  35. Golebski, K., et al. IL-1beta, IL-23, and TGF-beta drive plasticity of human ILC2s towards IL-17-producing ILCs in nasal inflammation. Nature Communications. 10 (1), 2162 (2019).
  36. Lei, A., Zhou, J. Cell-surface molecule-mediated cell-cell interactions in the regulation of ILC2-driven allergic inflammation. Cellular and Molecular Life Sciences. 76 (22), 4503-4510 (2019).
  37. Maazi, H., et al. ICOS:ICOS-ligand interaction is required for type 2 innate lymphoid cell function, homeostasis, and induction of airway hyperreactivity. Immunity. 42 (3), 538-551 (2015).
  38. Lei, A. H., et al. ICAM-1 controls development and function of ILC2. The Journal of Experimental Medicine. 215 (8), 2157-2174 (2018).
  39. Drake, L. Y., Iijima, K., Kita, H. Group 2 innate lymphoid cells and CD4+ T cells cooperate to mediate type 2 immune response in mice. Allergy. 69 (10), 1300-1307 (2014).
  40. Wang, Y., et al. The comparation of intraperitoneal injection and nasal-only delivery allergic rhinitis model challenged with different allergen concentration. American Journal of Rhinology & Allergy. 33 (2), 145-152 (2019).
  41. Niu, Y., et al. HIF1alpha deficiency in dendritic cells attenuates symptoms and inflammatory indicators of allergic rhinitis in a SIRT1-dependent manner. International Archives of Allergy and Immunology. 181 (8), 585-593 (2020).
  42. Van Nguyen, T., et al. Anti-allergic rhinitis activity of alpha-lipoic acid via balancing Th17/Treg expression and enhancing Nrf2/HO-1 pathway signaling. Scientific Reports. 10 (1), 12528 (2020).
  43. Pyun, B. J., et al. Gardenia jasminoides attenuates allergic rhinitis-induced inflammation by inhibiting periostin production. Pharmaceuticals (Basel). 14 (10), 986 (2021).
  44. Liu, Z., et al. Analysis of expression of ILC2 cells in nasal mucosa based on animal model of allergic bacterial infection rhinitis. Journal of Infection and Public Health. 14 (1), 77-83 (2021).
  45. Hu, B., Wang, Y., Zheng, G., Zhang, H., Ni, L. Effect of parasympathetic inhibition on expression of ILC2 cells in a mouse model of allergic rhinitis. The World Allergy Organization journal. 14 (9), 100582 (2021).
  46. Autengruber, A., Gereke, M., Hansen, G., Hennig, C., Bruder, D. Impact of enzymatic tissue disintegration on the level of surface molecule expression and immune cell function. European Journal of Microbiology & Immunology. 2 (2), 112-120 (2012).
  47. Krisna, S. S., et al. Optimized protocol for immunophenotyping of melanoma and tumor-bearing skin from mouse. STAR Protocols. 2 (3), 100627 (2021).
  48. Hoyler, T., et al. The transcription factor GATA-3 controls cell fate and maintenance of type 2 innate lymphoid cells. Immunity. 37 (4), 634-648 (2012).
  49. Huang, Y., et al. IL-25-responsive, lineage-negative KLRG1(hi) cells are multipotential ‘inflammatory’ type 2 innate lymphoid cells. Nature Immunology. 16 (2), 161-169 (2015).
  50. Loering, S., et al. Differences in pulmonary group 2 innate lymphoid cells are dependent on mouse age, sex and strain. Immunology and Cell Biology. 99 (5), 542-551 (2021).
  51. Lin, L., et al. Allergic inflammation is exacerbated by allergen-induced type 2 innate lymphoid cells in a murine model of allergic rhinitis. Rhinology Journal. 55 (4), 339-347 (2017).

Play Video

Cite This Article
Xie, Y., Zhang, Y., Liu, Y., Wang, Y., Cheng, K., Zhuang, R., Bian, K. Isolation of Group 2 Innate Lymphoid Cells from Mouse Nasal Mucosa to Detect the Expression of CD226. J. Vis. Exp. (183), e63525, doi:10.3791/63525 (2022).

View Video