פעילות אדג'ובנטית של Mycobacterium paratuberculosis בשיפור האימונוגניות של אוטואנטיגנים במהלך אנצפלומיאליטיס אוטואימונית ניסיונית

Summary

כאן, אנו מציגים פרוטוקול חלופי לגרימת אנצפלומיאליטיס אוטואימונית ניסיונית בעכברי C57BL/6, תוך שימוש בגליקופרוטאין מיאלין אוליגודנדרוציטים (MOG)_35-55 אפיטופ אימונוגני המושהה באדג'ובנט של פרוינד המכיל את תת-המין Mycobacterium avium paratuberculosis שהומת בחום.

Abstract

אנצפלומיאליטיס אוטואימונית ניסיונית (EAE) הנגרמת על ידי גליקופרוטאין אוליגודנדרוציטים מיאלין (MOG) דורשת חיסון על ידי פפטיד MOG המתחלב באדג'ובנט מלא של פרוינד (CFA) המכיל Mycobacterium tuberculosis בלתי פעיל. המרכיבים האנטיגניים של המיקובקטריום מפעילים תאים דנדריטיים כדי לעורר תאי T לייצר ציטוקינים המקדמים את תגובת Th1 באמצעות קולטנים דמויי אגרה. לכן, כמות ומינים של מיקובקטריה נוכחים במהלך האתגר האנטיגני קשורים ישירות להתפתחות EAE. מאמר שיטות זה מציג פרוטוקול חלופי להשראת EAE בעכברי C57BL/6 באמצעות אדג'ובנט לא שלם של פרוינד המכיל את תת-המין Mycobacterium avium paratuberculosis זן K-10 שהומת בחום.

M. paratuberculosis, חבר בקומפלקס Mycobacterium avium, הוא הגורם הסיבתי למחלת ג'ון במעלי גירה וזוהה כגורם סיכון למספר הפרעות בתיווך תאי T אנושיים, כולל טרשת נפוצה. באופן כללי, עכברים שחוסנו בחיידק Mycobacterium paratuberculosis הראו התפרצות מוקדמת יותר וחומרת מחלה גבוהה יותר מאשר עכברים שחוסנו ב-CFA המכיל את הזן של M. tuberculosis H37Ra באותם מינונים של 4 מ"ג/מ"ל. הדטרמיננטים האנטיגניים של תת-המין Mycobacterium avium paratuberculosis (MAP) זן K-10 הצליחו לגרום לתגובה תאית חזקה של Th1 במהלך שלב האפקטורים, המאופיינת במספר גבוה משמעותית של לימפוציטים מסוג T (CD4+ CD27+), תאים דנדריטיים (CD11c+ I-A/I-E+) ומונוציטים (CD11b+ CD115⁺) בטחול בהשוואה לעכברים שחוסנו ב-CFA. יתר על כן, נראה כי תגובת תאי T למפפטיד MOG הייתה הגבוהה ביותר בעכברים שחוסנו נגד M. paratuberculosis. השימוש באנצפליטוגן (למשל, MOG_35-55) המתחלב באדג'ובנט המכיל M. paratuberculosis בניסוח עשוי להיות שיטה חלופית ומתוקפת להפעלת תאים דנדריטיים לפרימינג של תאי T ספציפיים לאפיטופ מיאלין CD4⁺ במהלך שלב האינדוקציה של EAE.

Introduction

אנצפלומיאליטיס אוטואימונית ניסיונית (EAE) היא מודל נפוץ לחקר הפרעות דה-מיאלינציה בבני אדם¹. ישנם מספר מודלים של EAE: חיסון פעיל באמצעות פפטידים שונים של מיאלין בשילוב עם אדג'ובנטים חזקים, חיסון פסיבי על ידי העברה חוץ גופית של לימפוציטים ספציפיים CD4⁺ למיאלין, ומודלים טרנסגניים של EAE² ספונטני. לכל אחד מהמודלים הללו יש תכונות ספציפיות המאפשרות ללמוד היבטים שונים של EAE, כגון שלב ההתפרצות, שלב האפקט או השלב הכרוני. מודל הגליקופרוטאין אוליגודנדרוציטים של המיאלין (MOG) של EAE הוא מודל טוב לחקר המנגנונים בתיווך מערכת החיסון של דלקת עצבית כרונית ודמיאלינציה, שכן הוא מאופיין בחדירה דלקתית חד-גרעינית, דמיאלינציה בחומר הלבן ההיקפי והתאוששות מופחתת לאחר שיא המחלה¹.

MOG-EAE מושרה על ידי חיסון עכברים רגישים עם הפפטיד MOG_35-55 באדג'ובנט מלא של פרוינד (CFA), ואחריו הזרקה תוך צפקית של רעלן שעלת. זה מגביר את החדירות של מחסום הדם-מוח ומאפשר לתאי T ספציפיים למיאלין המופעלים בפריפריה להגיע למערכת העצבים המרכזית (CNS), שם הם יופעלו מחדש³. CFA ממלא תפקיד מפתח בהשראת EAE על ידי שיפור ספיגת האנטיגן על ידי תאים מציגי אנטיגן וביטוי ציטוקינים הקשורים לתגובות הומור ותאיות⁴. מנגנון זה נובע בעיקר מנוכחות של Mycobacterium tuberculosis מומת בשמן, שמרכיביו מספקים גירוי חזק למערכת החיסונית⁵. למעשה, השראת EAE קשורה ישירות לכמות המיקובקטריום הקיימת במהלך האתגר האנטיגני⁶.

התוספת של מיקובקטריה מומתת אחרת, כגון Mycobacterium butyricum, לאדג'ובנט⁷ של פרוינד, כמו גם ההשפעה של שילובים אדג'ובנטיים⁸, יכולה לווסת את המהלך הקליני של EAE וכתוצאה מכך להשפיע על יכולת השחזור של התוצאות. תת-המין Mycobacterium avium paratuberculosis (MAP), הסוכן האטיולוגי של מחלת ג'ון במעלי גירה, נקשר להפרעות דלקתיות של מערכת העצבים המרכזית 9 האנושית^{, שכן} מרכיביו האנטיגניים מסוגלים לעורר תגובה הומוריסטית ותאית חזקה בחולים עם טרשת נפוצה והפרעת ספקטרום נוירומיאליטיס אופטיקה⁹. לכן, בפרוטוקול זה, אנו מראים שיטה חלופית וניתנת לשחזור להשראת MOG-EAE על ידי החלפת M. tuberculosis ב- CFA ב- M. paratuberculosis.

Protocol

כל הניסויים בעכברים אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של בית הספר לרפואה של אוניברסיטת חונטנדו (אישור מספר 290238) ונערכו בהתאם להנחיות המכונים הלאומיים לבריאות לניסויים בבעלי חיים.

1. הערות כלליות על הניסוי

1. אחסן את העכברים בכלובים נפרדים במתקן בעלי החיים בתנאים מבוקרים, נטולי פתוגנים ב 23 ° C ± 2 ° C עם 50% ± 10% לחות, ומחזור אור / חושך של 12 שעות עם גישה אד libitum למזון ומים.
2. הזריקו לעכברים מלח חוצץ פוספט (PBS) ללא אנטיגן ו-CFA, והשתמשו בהם כבקרות שליליות וחיוביות, בהתאמה.

2. הכנת אנטיגנים מיקובקטריאליים

1. לגדל את זן M. paratuberculosis K-10 במדיום נוזלי מידלברוק 7H9 מועשר ב-10% OADC (חומצה אולאית, אלבומין, דקסטרוז, קטלאז), 0.005% טווין 80 ו-2 מ"ג/ליטר מיקובקטין J למשך שבועיים בצלוחיות תרבית רקמה T25 ב-37°C. להעריך את צמיחת המושבה באופן קבוע על ידי בדיקה חזותית.
   התראה: יש לטפל ב-M. paratuberculosis במתקן ברמת בטיחות ביולוגית 2 (BSL-2).
2. לגדל את תרבית ההעשרה 500 מ"ל בקבוק Erlenmeyer עם תרחיף של 1.7 × 10⁵ יחידות יוצרות מושבה (CFU) / מ"ל בנפח סופי של 200 מ"ל (אותו מדיום כמו שלב 2.1) באינקובטור רועד למשך שבוע אחד.
   הערה: מכיוון שאורגניזמים מזהמים עלולים להשפיע על התוצאות, יש לחסן את החיידקים על מדיה מוצקה Middlebrook 7H10 כדי לקבוע מורפולוגיית מושבה ולאמת טוהר על ידי ערכות זיהוי תגובת שרשרת פולימראז קונבנציונלית (PCR) עבור M. paratuberculosis.
3. נטרלו את המתלים החיידקיים למשך 5-10 דקות ב-70°C ואת הצנטריפוגה ב-3,000 × גרם למשך 10 דקות. שטפו את הגלולה הנשקלת ב-PBS פעמיים, שיבשו על ידי סוניקציה, ואחסנו בטמפרטורה של -20°C.
4. מעבירים את הגלולה למיכל סטרילי ומקפיאים אותה עם קרח יבש או חנקן נוזלי. מעבירים מיד לתא ייבוש בהקפאה.
5. יבש בהקפאה (4 שעות ב -50 ° C תחת ואקום) M. paratuberculosis על פי מדריך המכונה.
6. בתום הליופיליזציה, הסר את מיכל הנירוסטה ממייבש ההקפאה והעבר אותו לספסל ניקוי ביולוגי. השתמש במרית נירוסטה כדי לעקור את גושי MAP המיובשים הנצמדים לדופן הפנימית של מיכל הנירוסטה וכתש אותם דק ככל האפשר.
7. שוקלים את התאים המרוסקים באמצעות איזון אלקטרוני ומניחים אותם ידנית בבקבוקון אספטי של 10 מ"ל בריכוז של 10 מ"ג/מ"ל.
   הערה: צפיפות התאים כומתה כגרמים של משקל יבש לליטר דגימה. לאחר 3 שבועות, 1 מ"ג (משקל רטוב) של גלולת תא חיידק מכיל כ 2.5 × 10⁸ CFU.

3. הכנת תחליב MOG _35-55

1. טוחנים את תכולת בקבוקון אחד של M. paratuberculosis מיובש (10 מ"ג) לאבקה דקה עם מכתש ומזיק ומוסיפים 10 מ"ל לאדג'ובנט לא שלם של פרוינד לקבלת תמיסת מלאי של 10 מ"ג/מ"ל. יש לאחסן בטמפרטורה של -4°C.
2. לפני החיסון, לדלל את תמיסת המלאי לריכוז סופי של 4 מ"ג / מ"ל.
3. לדלל את הפפטיד MOG_35-55 ב ddH 2 O לריכוז סופי של₂מ"ג / מ"ל ולאחסן ב -20 ° C.
4. באמצעות הומוגנייזר, מערבבים את תמיסת MOG_35-55 (2 מ"ג/מ"ל) עם נפח שווה של אדג'ובנט (4 מ"ג/מ"ל) משלב 3.2 בצינור של 5 מ"ל עד ליצירת תחליב עבה. לאחר כל 10 שניות של ערבוב, מניחים את התמיסה על קרח במשך 20 שניות, ומסובבים את הצינור כדי לשחזר את כל התמיסה.
5. מעבירים את התחליב למזרק 1 מ"ל, מוציאים את כל האוויר ומוסיפים מחט 27 גרם. התחליב מוכן כעת להזרקה.
   הערה. מאז אובדן מסוים של תחליב צמיג של MOG_35-55 מתרחשת במהלך ההכנה, עדיף להכין 1.5 פעמים את הסכום הדרוש.

4. חיסון בעלי חיים

1. להרדים את בעלי החיים עם שאיפת isoflurane כדי למזער את הלחץ על בעלי החיים.
2. הזריקו את התחליב (200 μL המכיל 200 מיקרוגרם/עכבר של MOG_35-55) תת עורית לגב התחתון.
3. יש לתת מנה של רעלן שעלת (100 מיקרוליטר המכיל 200 ננוגרם/עכבר) תוך צפקית בימים 0 ו-2 לאחר החיסון.
   זהירות: לרעלן שעלת יש השפעה מדכאת, מרובה, על מערכת החיסון; יש להימנע מבליעה וממגע עם העיניים והעור.

5. הערכה קלינית

1. עקוב אחר העכברים מדי יום עבור משקל וסימנים קליניים. השתמש במערכת הניקוד הבאה: 0 = ללא סימנים קליניים; 1 = זנב רפוי; 2 = פגיעה ברפלקס הנכון וחולשת הגפיים האחוריות; 3 = שיתוק מוחלט של הגפיים האחוריות; 4 = שיתוק מלא של הגפיים האחוריות עם שיתוק חלקי של הגפיים הקדמיות; 5 = מת.
   הערה: עם התצפית הראשונית של סימנים קליניים, בעלי חיים מקבלים גישה מוגברת למים ולמזון. צ'או מכרסם מרוכך ומרטיב, ואז מונח על רצפת הכלוב מהופר המזון. במקרה של בעלי חיים מיובשים, תוספת נוזלים תת עורית מנוהל, או מכרסם צ'או slurry ניתן באמצעות gavage אוראלי. אם עכבר זקוק לסיוע מסוג זה במשך יותר משלושה ימים, תתבצע המתת חסד.
2. כדי להימנע או למזער כאב ומצוקה של בעלי חיים, השתמש בנקודות הקצה האנושיות הבאות: ירידה במשקל הגוף מעל 20%, ציון קליני ≥4.0, היעדר רפלקס התיקון בציון 3, וכאשר בעל החיים אינו מסוגל לגשת למזון או למים במשך 24 שעות.
   הערה: העכברים הומתו ביום ה-30 לאחר השראת EAE על ידי זריקות תוך-פריטוניאליות של פנטוברביטל (≥150 מ"ג/ק"ג).

תוצאות

קבוצות של עכברי C57BL/6 (סה"כ n = 15/קבוצה) חוסנו ב-MOG_35-55 בתחליב המכיל M. paratuberculosis או בשיטה הנפוצה עם CFA. כל קבוצות העכברים הפגינו מחלה מונופאזית חריפה המאופיינת בשיא נכות יחיד שנצפה לאחר 14-17 ימים, ואחריו החלמה חלקית של הסימפטומים במהלך 10 הימים הבאים (איור 1A

Discussion

הדגמנו פרוטוקול חלופי חזק לגרימת EAE חמור באופן פעיל בעכברי C57BL/6J באמצעות הפפטיד MOG_35-55 המתחלב באדג'ובנט המכיל M. paratuberculosis¹⁰. השראת EAE בשיטה זו הביאה למחלה חמורה יותר מזו שנגרמה על ידי הפרוטוקול המשותף עם CFA. הבדל זה יכול לנבוע מהמרכיבים השומניים השונים בדופן התא של המיקו?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
anti-mouse CD115 antibody	Biolegend, USA	135505	for cytofluorimetry 1:1,000
anti-mouse CD11b antibody	Biolegend, USA	101215	for cytofluorimetry 1:1,000
anti-mouse CD11c antibody	Biolegend, USA	117313	for cytofluorimetry 1:1,000
anti-mouse CD16/32  antibody	Biolegend, USA	101302	for cytofluorimetry 1:1,000
anti-mouse CD4  antibody	Biolegend, USA	116004	for cytofluorimetry 1:1,000
anti-mouse CD8a  antibody	Biolegend, USA	100753	for cytofluorimetry 1:1,000
anti-mouse I-A/I-E antibody	Biolegend, USA	107635	for cytofluorimetry 1:1,000
anti-mouse Ly-6C  antibody	Biolegend, USA	128023	for cytofluorimetry 1:1,000
BBL Middlebrook OADC Enrichment	Thermo Fisher Scientific, USA	BD 211886	for isolation and cultivation of mycobacteria
C57BL/6J mice	Charles River Laboratory, Japan		3 weeks old, male and female
FBS 10279-106	Gibco Life Techologies, USA	42F9155K	for cell culture, warm at 37 °C before use
Freeze Dryer machine	Eyela, Tokyo, Japan	FDU-1200	for bacteria lyophilization
incomplete e Freund’s adjuvant	Difco Laboratories, MD, USA	263810	for use in adjuvant
Middlebrook 7H9 Broth	Difco Laboratories, MD, USA	90003-876	help in the growth of Mycobacteria
Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis K-10	ATCC, USA	BAA-968	bacteria from bovine origin
Mycobacterium tuberculosis H37 Ra, Desiccated	BD Biosciences, USA	743-26880-EA	for use in adjuvant
Mycobactin J	Allied Laboratory, MO, USA		growth promoter
Myelin Oligodendrocyte Glycolipid (MOG) 35-55	AnaSpec, USA	AS-60130-10	encephalotigenic peptide
Ovalbumin (257-264)	Sigma-Aldrich, USA	S7951-1MG	negative control antigen  for proliferative assay
pertussis toxin solution	Fujifilm Wako, Osaka Japan	168-22471	From gram-negative bacteria Bordetella pertussi, increases blood-brain barrier permeability
Polytron homogenizer PT 3100	Kinematica		for mixing the antigen with the adjuvant
RPMI 1640 with L-glutamine	Gibco Life Techologies, USA	11875093	For cell culture
Thymidine, [Methyl-3H], in 2% ethanol, 1 mCi	PerkinElmer, Waltham, MA, USA	NET027W001MC	for proliferation assay, use (1 μCi/well)
Zombie NIR Fixable Viability Kit	Biolegend, USA	423105	cytofluorimetry, for cell viability