Özet

Indução de encefalomielite autoimune experimental em camundongos e avaliação da distribuição da doença dependente de células imunes em vários tecidos

Published: May 08, 2016
doi:

Özet

This manuscript describes the methods for induction and scoring of the experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) model, together with the assessment of immune cell distribution and mRNA cytokine levels in lymph nodes, spleen, blood and spinal cord using flow cytometry and quantitative PCR, respectively, at various disease phases.

Abstract

A esclerose múltipla é presumido ser uma doença auto-imune inflamatória, que é caracterizada pela formação de lesões no sistema nervoso central (SNC), resultando na deterioração cognitiva e motora. encefalomielite auto-imune experimental (EAE) é um modelo animal útil de EM, uma vez que também é caracterizada pela formação de lesões no sistema nervoso central, perturbações do motor e também é accionado por meio de reacções auto-imunes e inflamatórias. Um dos modelos de EAE é induzida com um péptido derivado da proteína de mielina de oligodendrócitos (MOG) 35-55 em ratos. Os ratos EAE desenvolver um curso doença progressiva. Este curso é dividido em três fases: a fase pré-clínica (dia 0-9), o início da doença (dia 10-11) e a fase aguda (dias 12-14). MS e EAE são induzidas por células T auto-reactivas que se infiltram no SNC. Estas células T segregam citocinas e quimiocinas que conduzem ao recrutamento de outras células do sistema imunológico. Por conseguinte, a distribuição de células imunes na medula espinal durante as três fases da doença foi investigado. Para realçar o ponto de tempo de doença em que a activação / proliferação / acumulação de células T, células B e monócitos é iniciado, a distribuição de células imunes em nódulos linfáticos, baço e sangue foi também avaliada. Além disso, foram determinados os níveis de diversas citocinas (IL-1, IL-6, IL-23, TNFa, IFN-y) nas três fases da doença, para ganhar conhecimento sobre os processos inflamatórios da doença. Em conclusão, os dados fornecem uma visão geral do perfil funcional das células imunitárias durante EAE patologia.

Introduction

A esclerose múltipla (MS) e a sua correspondente modelo animal, a encefalomielite autoimune experimental (EAE), mostram alterações neuroinflamação auto-imunes do sistema nervoso central (SNC). Cedo lesões de EM e EAE activas são caracterizadas pela presença de células imunes infiltradas. A etiologia da EM é desconhecida, mas é amplamente consideradas como envolvendo a destruição de mielina mediada por células T auto-reactivas. Estas células T auto-reactivas secretam citoquinas pró-inflamatórias e quimiocinas que atraem outras células imunitárias tais como células B, monócitos e neutrófilos provenientes da circulação. Os monócitos diferenciam-se em macrófagos. O interferão gama (IFN-y) secretado por células T auto-reactivas polariza os macrófagos em macrófagos pró-inflamatórias. As citocinas pró-inflamatórias macrófagos de libertação e de espécies reativas de oxigênio que promovem a apoptose em oligodendrócitos. A morte de oligodendrócitos conduz a desmielinização. Além disso, as células B diferenciam-se em pcélulas LASMA e auto-anticorpos contra a libertação da bainha de mielina, resultando na degradação de mielina. A perda de mielina leva a degradação de axónios e neurónios e, assim, para a formação de locais de lesão no SNC, que representam a característica principal de um MS. No sistema nervoso periférico, as células T e as células B são activadas nos nódulos linfáticos, que proliferam no baço e migram através da circulação para o sistema nervoso central. Os monócitos e neutrófilos proliferam na medula óssea e também migram através da circulação para o sistema nervoso central.

Leucócitos extravasamento a partir da medula óssea, baço e nódulos linfáticos para o sangue ou a partir da corrente sanguínea para o SNC é um processo de passos múltiplos que depende de vários factores, incluindo interacções moleculares entre leucócitos e endotélio mediadas por quimiocinas e receptores de quimiocina. A produção de quimiocinas por vários tipos de células podem ser induzidas durante a reactio imuneN por citocinas como factor de necrose tumoral-α (TNFa), IFN-y e interleucina-6 (IL-6), que, subsequentemente, recruta células imunes para o local da inflamação 2,3. Células imunes apresentar um subconjunto de receptores de quimiocina na sua superfície, dependendo do tipo de célula e via de migração para o local inflamatório. Assim, CXCR2, CCR1 e CXCR1 são expressas em neutrófilos maduros na medula óssea e no sangue 4, e a ligação dos seus ligandos, CXCL2, CCL5 ou CXCL6, respectivamente, activa os neutrófilos e promove a sua adesão ao endotélio e, subsequentemente, a migração das células tecidos em 5-9. CCL2 e CCL20 atrair monócitos e células Th1 / Th17 10, que expressam CCR2 11 e 12 CCR6, respectivamente. CCR1 e CCR5, expressas por diferentes tipos de células, incluindo células T, monócitos e macrófagos, 13, ligam-se CCL3, CCL5 e CCL7 e são regulados positivamente durante 14 MS. CXCR3 é expresso em células T e liga-se CCL9, CCL10 eCCL11 15.

Uma estratégia principal no tratamento de MS é a depleção de células do sistema imunológico ou a prevenção da infiltração de células imunitárias para o SNC. Por isso, o bloqueio dos receptores de quimioquinas específicas tem sido investigada na EAE. Antagonismo ou eliminação genética de CCR1 16, CCR2 17, CCR7 18 ou CXCR2 19 reduz EAE patologia, ao passo que o antagonismo ou eliminação genética de CCR1 20, CCR5 20 ou CXCR3 21 não reduziu a patologia. Assim, a expressão de receptores específicos de quimiocinas nos leucócitos é crucial para a infiltração do último para o SNC e determina o curso da EAE.

A depleção de células imunes é uma estratégia de tratamento eficaz para pacientes com EM, porque as células imunitárias infiltrados libertar citocinas, tais como TNFa, IL-6 e IL-1β, que, por sua vez, promovem o processo inflamatório ou a degradação dos neurónios 22. Além disso, auto-células Th1 IFN-y reactivos solte, que por sua vez estimula os macrófagos para libertar o TNFa, IL-1β e IL-23.

Este manuscrito descreve a indução de EAE, a determinação da distribuição de células imunitárias e os níveis de citocinas (ARNm) em vários tecidos em ratinhos EAE. As células foram isoladas em diferentes pontos de tempo durante o curso da doença para fornecer uma visão geral dependente do tempo dos processos inflamatórios que conduzem finalmente à formação de lesões no sistema nervoso central.

Protocol

ÉTICA DECLARAÇÃO: Nossos procedimentos experimentais são aprovados pelo Comitê do Regierungspräsidium Darmstadt (Alemanha) Ética e confirme com os regulamentos nacionais e europeias. Todos os esforços foram feitos para minimizar o sofrimento dos animais e reduzir o número de animais utilizados. 1. EAE Modelo Indução do modelo de EAE Use fêmea 129S4 / SvJae × ratinhos C57BL / 6 de 10 a 13 semanas de idade, para a indução de EAE. Dar aos ratos uma i…

Representative Results

A Figura 1 apresenta uma visão esquemática dos diferentes métodos descritos neste artigo. 1) Os ratos recebem uma injecção de 35-55 antígeno MOG e desenvolver sintomas clínicos iniciais após 10,7 ± 0,3 dias 28. Um curso da doença representativo de ratos EAE é mostrado na Figura 1. 2) de vários tecidos (baço, nódulos linfáticos, lombar da medula espinal) e no sangue são extraídos a p…

Discussion

O modelo de EAE descrito aqui tem recebido mais atenção como um modelo de MS e é utilizado rotineiramente em testar estratégias terapêuticas para MS 32. A doença do rato apresenta muitas características clínicas e histológicas de MS e é causada pela indução de auto-imunidade a antígenos neuronais. A sensibilidade aos antigénios de mielina está associada com disfunção cerebral barreira sangue e, desse modo, a infiltração de células imunes para o SNC. Nossos resultados mostram que as célula…

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by the Else Kröner-Fresenius Foundation (EKFS) Research Training Group Translational Research Innovation – Pharma (TRIP) and by the “Landesoffensive zur Entwicklung wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz (LOEWE), Schwerpunkt: Anwendungsorientierte Arzneimittelforschung” of the State of Hesse.

Materials

ABI Prism 7500 Sequence Detection System  Applied Biosystems, Austin, USA quantitative PCR system
Accutase Sigma Aldrich Munich, Germany A6964 cell detachment solution
CD3-PE-CF594 BD, Heidelberg, Germany 562286
CD4-V500 BD, Heidelberg, Germany 560782
CD8-eFluor650 eBioscience, Frankfurt, Germany 95-0081-42
CD11b-eFluor605 eBioscience, Frankfurt, Germany 93-0112-42
CD11c-AlexaFluor700 BD, Heidelberg, Germany 560583
CD19-APC-H7  BD, Heidelberg, Germany 560143
CD45-Vioblue  Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany 130-092-910
CompBeads BD, Heidelberg, Germany 552843 compensation beads
Collagenase A Sigma Aldrich Munich, Germany C0130
Cytometric absolute count standard  Polyscience, Eppelheim, Germany BLI-580-10
Cytometer Setup and Tracking beads  BD, Heidelberg, Germany 642412
DNase I Sigma Aldrich Munich, Germany D5025
EAE Kit Hooke Laboratories, Lawrence, USA EK2110
F4/80-PE-Cy7  BioLegend, Fell, Germany 123114
First Strand cDNA-Synthesis kit  Thermo Scientific, Schwerte, Germany K1612
Fc receptor-1 blocking buffer  Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany 130-092-575
Flow cytometric absolute count standard Polyscience, Eppelheim, Germany 580
FlowJo software v10  Treestar, Ashland, USA flow cytometry software
LSRII/Fortessa  BD, Heidelberg, Germany flow cytometer
Ly6G-APC-Cy7  BD, Heidelberg, Germany 560600
Lysing solution  BD, Heidelberg, Germany 349202
Maxima SYBR Green  Thermo Scientific, Schwerte, Germany K0221 fluorescent DNA binding dye 
RNeasy Mini Kit  Qiagen, Hilden, Germany 74104 RNA extraction kit

Referanslar

  1. McFarland, H. F., Martin, R. Multiple sclerosis: a complicated picture of autoimmunity. Nat Immunol. 8, 913-919 (2007).
  2. Proudfoot, A. E. Chemokine receptors: multifaceted therapeutic targets. Nat Rev Immunol. 2, 106-115 (2002).
  3. Mihara, M., Hashizume, M., Yoshida, H., Suzuki, M., Shiina, M. IL-6/IL-6 receptor system and its role in physiological and pathological conditions. Clin Sci (Lond). 122, 143-159 (2012).
  4. Strydom, N., Rankin, S. M. Regulation of circulating neutrophil numbers under homeostasis and in disease. J Innate Immun. 5, 304-314 (2013).
  5. Kerstetter, A. E., Padovani-Claudio, D. A., Bai, L., Miller, R. H. Inhibition of CXCR2 signaling promotes recovery in models of multiple sclerosis. Exp Neurol. 220, 44-56 (2009).
  6. Kolaczkowska, E., Kubes, P. Neutrophil recruitment and function in health and inflammation. Nat Rev Immunol. 13, 159-175 (2013).
  7. Fan, X., et al. Murine CXCR1 is a functional receptor for GCP-2/CXCL6 and interleukin-8/CXCL8. J Biol Chem. 282, 11658-11666 (2007).
  8. Hartl, D., et al. Infiltrated neutrophils acquire novel chemokine receptor expression and chemokine responsiveness in chronic inflammatory lung diseases. J Immunol. 181, 8053-8067 (2008).
  9. Barcelos, L. S., et al. Role of the chemokines CCL3/MIP-1 alpha and CCL5/RANTES in sponge-induced inflammatory angiogenesis in mice. Microvasc Res. 78, 148-154 (2009).
  10. Wojkowska, D. W., Szpakowski, P., Ksiazek-Winiarek, D., Leszczynski, M., Glabinski, A. Interactions between neutrophils, Th17 cells, and chemokines during the initiation of experimental model of multiple sclerosis. Mediators Inflamm. , 590409 (2014).
  11. Bose, S., Cho, J. Role of chemokine CCL2 and its receptor CCR2 in neurodegenerative diseases. Arch Pharm Res. 36, 1039-1050 (2013).
  12. Mony, J. T., Khorooshi, R., Owens, T. Chemokine receptor expression by inflammatory T cells in EAE. Front Cell Neurosci. 8, 187 (2014).
  13. Katschke, K. J., et al. Differential expression of chemokine receptors on peripheral blood, synovial fluid, and synovial tissue monocytes/macrophages in rheumatoid arthritis. Arthritis Rheum. 44, 1022-1032 (2001).
  14. Trebst, C., et al. CCR1+/CCR5+ mononuclear phagocytes accumulate in the central nervous system of patients with multiple sclerosis. Am J Pathol. 159, 1701-1710 (2001).
  15. Karin, N., Wildbaum, G. The role of chemokines in adjusting the balance between CD4+ effector T cell subsets and FOXp3-negative regulatory T cells. Int Immunopharmacol. , (2015).
  16. Rottman, J. B., et al. Leukocyte recruitment during onset of experimental allergic encephalomyelitis is CCR1 dependent. Eur J Immunol. 30, 2372-2377 (2000).
  17. Izikson, L., Klein, R. S., Charo, I. F., Weiner, H. L., Luster, A. D. Resistance to experimental autoimmune encephalomyelitis in mice lacking the CC chemokine receptor (CCR)2. J Exp Med. 192, 1075-1080 (2000).
  18. Kuwabara, T., et al. CCR7 ligands are required for development of experimental autoimmune encephalomyelitis through generating IL-23-dependent Th17 cells. J Immunol. 183, 2513-2521 (2009).
  19. Liu, L., et al. Myelin repair is accelerated by inactivating CXCR2 on nonhematopoietic cells. J Neurosci. 30, 9074-9083 (2010).
  20. Matsui, M., et al. Treatment of experimental autoimmune encephalomyelitis with the chemokine receptor antagonist Met-RANTES. J Neuroimmunol. 128, 16-22 (2002).
  21. Liu, L., et al. Severe disease, unaltered leukocyte migration, and reduced IFN-gamma production in CXCR3-/- mice with experimental autoimmune encephalomyelitis. J Immunol. 176, 4399-4409 (2006).
  22. Lee, M., Suk, K., Kang, Y., McGeer, E., McGeer, P. L. Neurotoxic factors released by stimulated human monocytes and THP-1 cells. Brain Res. 1400, 99-111 (2011).
  23. Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. Whole animal perfusion fixation for rodents. J Vis Exp. , (2012).
  24. O’Connor, R. A., et al. Adjuvant immunotherapy of experimental autoimmune encephalomyelitis: immature myeloid cells expressing CXCL10 and CXCL16 attract CXCR3+CXCR6+ and myelin-specific T cells to the draining lymph nodes rather than the central nervous system. J Immunol. 188, 2093-2101 (2012).
  25. Olesch, C., et al. MPGES-1-derived PGE2 suppresses CD80 expression on tumor-associated phagocytes to inhibit anti-tumor immune responses in breast cancer. Oncotarget. 6, 10284-10296 (2015).
  26. Chomczynski, P., Sacchi, N. Single-step method of RNA isolation by acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction. Anal Biochem. 162, 156-159 (1987).
  27. Livak, K. J., Schmittgen, T. D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) Method. Methods. 25, 402-408 (2001).
  28. Barthelmes, J., et al. Lack of ceramide synthase 2 suppresses the development of experimental autoimmune encephalomyelitis by impairing the migratory capacity of neutrophils. Brain Behav Immun. 46, 280-292 (2015).
  29. Schiffmann, S., et al. Ceramide synthase 6 plays a critical role in the development of experimental autoimmune encephalomyelitis. J Immunol. 188, 5723-5733 (2012).
  30. Schiffmann, S., et al. PGE2/EP4 signaling in peripheral immune cells promotes development of experimental autoimmune encephalomyelitis. Biochem Pharmacol. 87, 625-635 (2014).
  31. Giglio, S., Monis, P. T., Saint, C. P. Demonstration of preferential binding of SYBR Green I to specific DNA fragments in real-time multiplex PCR. Nucleic Acids Res. 31, e136 (2003).
  32. Vesterinen, H. M., et al. Improving the translational hit of experimental treatments in multiple sclerosis. Mult Scler. 16, 1044-1055 (2010).
  33. ‘t Hart, B. A., Gran, B., Weissert, R. EAE: imperfect but useful models of multiple sclerosis. Trends Mol Med. 17, 119-125 (2011).
  34. Serada, S., et al. IL-6 blockade inhibits the induction of myelin antigen-specific Th17 cells and Th1 cells in experimental autoimmune encephalomyelitis. Proc Natl Acad Sci U S A. 105, 9041-9046 (2008).
  35. Berer, K., et al. Commensal microbiota and myelin autoantigen cooperate to trigger autoimmune demyelination. Nature. 479, 538-541 (2011).
  36. Shetty, A., et al. Immunodominant T-cell epitopes of MOG reside in its transmembrane and cytoplasmic domains in EAE. Neurol Neuroimmunol Neuroinflamm. 1, 22-22 (2014).
  37. Schmitz, K., et al. R-flurbiprofen attenuates experimental autoimmune encephalomyelitis in mice. EMBO Mol Med. 6, 1398-1422 (2014).
  38. Procaccini, C., De Rosa, V., Pucino, V., Formisano, L., Matarese, G. Animal models of Multiple Sclerosis. Eur J Pharmacol. 759, 182-191 (2015).
  39. Pollinger, B., et al. Spontaneous relapsing-remitting EAE in the SJL/J mouse: MOG-reactive transgenic T cells recruit endogenous MOG-specific B cells. J Exp Med. 206, 1303-1316 (2009).
  40. Rodriguez, M., Oleszak, E., Leibowitz, J. Theiler’s murine encephalomyelitis: a model of demyelination and persistence of virus. Crit Rev Immunol. 7, 325-365 (1987).
  41. Lipton, H. L. Theiler’s virus infection in mice: an unusual biphasic disease process leading to demyelination. Infect Immun. 11, 1147-1155 (1975).
  42. Matsushima, G. K., Morell, P. The neurotoxicant, cuprizone, as a model to study demyelination and remyelination in the central nervous system. Brain Pathol. 11, 107-116 (2001).
  43. El-behi, M., Rostami, A., Ciric, B. Current views on the roles of Th1 and Th17 cells in experimental autoimmune encephalomyelitis. J Neuroimmune Pharmacol. 5, 189-197 (2010).
  44. Mann, M. K., Ray, A., Basu, S., Karp, C. L., Dittel, B. N. Pathogenic and regulatory roles for B cells in experimental autoimmune encephalomyelitis. Autoimmunity. 45, 388-399 (2012).
  45. Lassmann, H., Bruck, W., Lucchinetti, C. F. The immunopathology of multiple sclerosis: an overview. Brain Pathol. 17, 210-218 (2007).
  46. Simmons, S. B., Pierson, E. R., Lee, S. Y., Goverman, J. M. Modeling the heterogeneity of multiple sclerosis in animals. Trends Immunol. 34, 410-422 (2013).
  47. Praet, J., Guglielmetti, C., Berneman, Z., Vander Linden, A., Ponsaerts, P. Cellular and molecular neuropathology of the cuprizone mouse model: clinical relevance for multiple sclerosis. Neurosci Biobehav Rev. 47, 485-505 (2014).

Play Video

Bu Makaleden Alıntı Yapın
Barthelmes, J., Tafferner, N., Kurz, J., de Bruin, N., Parnham, M. J., Geisslinger, G., Schiffmann, S. Induction of Experimental Autoimmune Encephalomyelitis in Mice and Evaluation of the Disease-dependent Distribution of Immune Cells in Various Tissues. J. Vis. Exp. (111), e53933, doi:10.3791/53933 (2016).

View Video