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Questo protocollo descrive la generazione di chimere di midollo osseo murino misto con i centri germinali autoimmune spontanei, in cui autoreattive linfociti trasportano un reporter di proteina fluorescente verde (GFP-PA) fuse. Questo fornisce la possibilità di collegare posizione cellulare nei tessuti con analisi molecolari e funzionali a valle.
Malattie autoimmuni rappresentare un onere significativo per la salute. Questioni fondamentali per lo sviluppo e la progressione della malattia autoimmune rimangono senza risposta. Uno dei requisiti per gli avanzamenti nella nostra comprensione dei meccanismi di malattia e dinamica cellulare è il giunto di precisione della posizione microanatomical di sottoinsiemi di cellule con analisi molecolare o funzionale a valle; un obiettivo che è stato tradizionalmente difficile da raggiungere. Lo sviluppo di fluorofori biologici stabile fuse e loro integrazione nei ceppi reporter ha recentemente permesso preciso microanatomical etichettatura e tracciabilità dei sottoinsiemi cellulare in modelli murini. Qui, descriviamo come la capacità di analizzare i linfociti autoreattivi da singoli centri germinali può contribuire a fornire intuizioni romanzo di autoimmunità, utilizzando la combinazione di un modello di romanzo chimerico dell'autoimmunità con un reporter di fuse come esempio . Dimostriamo che una procedura per la generazione mista chimere con spontanea autoreattive centri germinali popolati da linfociti che trasportano un reporter di proteina fluorescente verde fuse. Utilizzando strategie d'etichettatura in vivo, singoli centri germinali possono essere visualizzati in tessuti linfoidi espiantati e loro fotoattivazione di costituenti cellulari da microscopia del due-fotone. Fotoattivazione linfociti dai singoli centri germinali possono poi essere analizzati o ordinato Flusso cytometrically, come cellule singole o in massa e possono essere sottoposto ad ulteriori analisi molecolari e funzionali a valle. Questo approccio può essere applicato direttamente di fornire uno sguardo rinnovato nel campo dell'autoimmunità, ma la procedura per la generazione delle chimere del midollo osseo e la procedura di fotoattivazione può inoltre trovare ampia applicazione negli studi delle malattie infettive e metastasi del tumore.
L'incidenza della malattia autoimmune è aumentato rapidamente negli ultimi decenni, in particolare nelle società occidentali. Oggi, malattia autoimmune ranghi terzo sulla lista delle più diffuse cause di morbilità e mortalità nel mondo occidentale1. Questioni fondamentali per lo sviluppo e la progressione della malattia autoimmune rimangono senza risposta. Uno dei requisiti per gli avanzamenti nella nostra comprensione dei meccanismi di malattia e dinamica cellulare è il giunto di precisione della posizione microanatomical di sottoinsiemi di cellule con analisi molecolare o funzionale a valle. Nell'ultimo decennio, lo sviluppo di un numero di stabile fotoconvertibile, fuse o fotomodulabili fluorofori biologici e la loro integrazione in ceppi reporter ha permesso l'etichettatura microanatomical precisa e il monitoraggio del cellulare sottoinsiemi in modelli murini.
Kaede, una proteina fluorescente fotoconvertibile proveniente da un corallo pietroso, subisce fotoconversione irreversibile da fluorescenza verde a fluorescenza rossa sopra l'esposizione alla luce ultravioletta o viola2. Inizialmente impiegato per seguire il comportamento dinamico delle singole celle nello sviluppo organotipiche cervello fette3, generazione di un topo knock-in seguito consentito monitoraggio cellulare movimento in vivo di Kaede e il sistema è stato applicato all'analisi di migrazione delle cellule immuni da e verso i linfonodi4. Questo approccio è stato successivamente perfezionato con un reporter di seconda generazione5. Un reporter simile è Dendra6, che è stato recentemente utilizzato per tenere traccia di metastasi linfonodali in vivo7.
La prima proteina fuse sviluppata era una proteina fluorescente verde (GFP) progettata con una singola mutazione puntiforme (T203H), che conduce a una capacità di assorbimento molto bassa della regione di lunghezza d'onda da 450 a 550 nm8. Dopo fotoattivazione da luce viola, questa proteina fluorescente verde fuse (PA-GFP) passa il suo massimo di assorbimento da ~ 400 a ~ 500 nm, producendo un'intensità approssimativa di 100 volte aumentare quando eccitato con una lunghezza d'onda di 488 nm. La generazione di topi transgenici in cui tutte le cellule ematopoietiche express PA-GFP è permesso, per la prima volta, analisi approfondite della selezione delle cellule di B in zone anatomicamente definite chiare e scure del centro germinativo9.
Considerando che la fotoattivazione è una conversione irreversibile da uno stato non fluorescente a uno stato fluorescente e fotoconversione è un passaggio unidirezionale da una lunghezza d'onda a altra, fotomodulabili proteine sono in grado di navetta tra entrambe le condizioni10 . Questa capacità di quest'ultimo è stato recentemente sfruttata per ingegnere controllo ottico della proteina attività11.
Utilizzando il reporter di PA-GFP, abbiamo recentemente caratterizzato i repertori delle cellule di B di singoli centri germinali in un nuovo modello di autoimmunità spontanea di lupus-come12. Questo modello si basa su chimere miste con 1 parte midollare che harboring un autoreattive delle cellule di B del recettore knock-in con specificità per complessi ribonuclear-proteina (564Igi13,14) combinato con midollo osseo 2 parti da qualsiasi desiderato donatore. A circa 6 settimane post la ricostituzione condizioni omeostatiche sono raggiunti in cui autoreattive spontanea centri germinali sono presenti in milza e linfonodi cutanei. In particolare, il centro germinale della popolazione delle cellule di B è quasi esclusivamente (~ 95%) composto di cellule derivate dal vano non-564Igi, e queste cellule di B di selvaggio-tipo-derivati sono diventati autoreattive. Di conseguenza, il modello permette un approccio di 'plug-and-play' per analisi di linfociti autoreattivi centro germinale B utilizzando vari transgeni, knock-out e giornalisti. Qui, descriviamo la procedura per la generazione di chimere miste con i centri germinali popolati da linfociti che trasportano il reporter di PA-GFP autoreattive spontanea. Utilizzando strategie d'etichettatura in vivo, i centri germinali singoli possono essere visualizzati in tessuti linfoidi espiantati e loro fotoattivazione di costituenti cellulari utilizzando un microscopio a due fotoni. Fotoattivazione linfociti dai singoli centri germinali successivamente possono essere analizzati tramite flusso cytometry o ordinati fluorocromo-attivato delle cellule ordinano (FACS) e sottoposte ad ulteriori analisi molecolari e funzionali a valle. La capacità di analizzare i linfociti autoreattivi da singoli centri germinali può essere applicata direttamente per fornire le comprensioni rinnovate nel campo dell'autoimmunità, ma le tecniche e gli approcci descritti possono inoltre trovare applicazioni rilevanti negli studi di malattie infettive e le metastasi del tumore.
Uso di tutti gli animali conformato gli orientamenti della Comunità europea ed è stato approvato dall'ispettorato danese per la ricerca animale (2017-15-0201-01348).
1. allevamento del mouse generale e preparazione di buffer e strumenti
2. creazione di chimere misto del midollo osseo
3. controllando la ricostituzione di successo e verificare appropriato grado di chimerismo (6 settimane)
4. In vivo di etichettatura del seno subcapsular/zona marginale per aiutare l'identificazione dei singoli centri germinali
Nota: Il presente protocollo è dimostrato per grassatore/hock (popliteal di linfonodo) e le iniezioni endovenose (i.v., milza), ma può essere variato secondo il sito di destinazione.
5. un' milza e linfonodi e preparando per fotoattivazione
6. fotoattivazione
7. il recupero e l'analisi delle cellule di fotoattivazione
Generazione delle chimere misto del midollo osseo
Il presente protocollo raggiunge robustamente chimere misto del midollo osseo con un chimerismo vicino-completa nel compartimento delle cellule di B come illustrato nel risultato rappresentativo nella Figura 1 (per il significato statistico consultare 12). I numeri di normalizzata delle cellule di B serotyping rivela a 6 settimane post ricostituzione (Figura 1A), con una bassa frequenza di 9 11 (idiotipo) linfociti B circolanti positivi derivante dal vano 564Igi (Figura 1B). All'interno il cancello del linfocita totale, c'è una bassa frequenza di cellule derivanti dal destinatario residuale, ~ 6% CD45.1 (Q1), che indica un grado complessivo di chimerismo ~ 94% (Figura 1). All'interno il donatore comparto (CD45.1-, Q4 + Q3) il rapporto di 564Igi (Q4) PA-GFP (Q3) è di circa 23%-77%. Questo leggermente inferiori a ingresso 33% al 66% rapporto si spiega con la pesante selezione negativa delle cellule B derivato dal vano 564Igi 12. Come visto in Figura 1, c'è praticamente completo chimerismo nel compartimento delle cellule di B (99,9% CD45.1-) e dominanza PA-GFP derivanti dal midollo osseo delle cellule di B (Q3), che è una conseguenza della pesante selezione negativa delle cellule di B 564Igi-derivate.
Raccolta dei tessuti, elaborazione e valutazione cytometric di flusso
Figura 2 e Figura 3 illustrano le procedure per e risultati di explanting appena isolato fette di milza e linfonodi. Figura 4 presenta un risultato rappresentativo per l'etichettatura in vivo e la fotoattivazione di un'area singola centro germinale in una fetta di milza espiantati. Come si può vedere (Figura 4A), l'etichettatura in vivo con CD169-PE robustamente ha etichettato la zona marginale (rosso, indicato da "MZ"). Il secondo segnale di armoniche è ravvisabile in elementi strutturali che contengono collagene e vasi principali (blu), tra cui l'arteriola centrale della guaina linfoide periarteriolar (PALS). Altamente autofluorescent, macrofagi tingible del corpo attivati sono associati con attività centro germinale (frecce). Presi insieme, l'identificazione della zona marginale, PALS e macrofagi tingible del corpo, permette l'identificazione di una regione di interesse che probabilmente contiene un singolo centro germinale. La regione di interesse è la fotoattivazione come illustrato in Figura 4B. Come dimostrato, fotoattivazione è microanatomically precisa9, producendo un'area definita di attivazione. I risultati presentati inoltre servono come conferma di un'alta densità di PA-GFP + linfociti nella ricostituita chimere e presenza di centri germinali spontanei. A valle del flusso cytometric valutazione ulteriore conferma numeri di vano normalizzata delle cellule di B (Figura 5), una popolazione di centro germinativo spontanea (Figura 5E) e la presenza di un sottoinsieme delle cellule centro germinale B che sono stati fotoattivazione (Figura 5F).
Quindi, il presente protocollo presenta un metodo affidabile per generazione di chimere misto del midollo osseo con spontanea autoreattive centri germinali, che sono composti principalmente di derivate cellule wild-type B, portando un reporter di fuse. Questo consente a sua volta per analisi successive dei singoli centri germinali (panoramica grafica nella Figura 6).
Figura 1: Flow cytometric valutazione del grado di chimerismo nel sangue di 564Igi (CD45.1-, PA - GFP-): PA-GFP (CD45.1-, PA-GFP +) misto chimere in irradiati letalmente CD45.1 destinatari (CD45.1 +, PA - GFP-), 6 settimane dopo la ricostituzione. A) Plot Mostra gating B220 + delle cellule di B, pre-gated sui linfociti di singoletto. B) Subgate da trama A, mostrando 9 11 + (idiotipo) frequenza all'interno della popolazione delle cellule di B. C) trama di PA-GFP contro CD45.1, pre-gated sui linfociti di singoletto. D) trama di PA-GFP versus CD45.1 nella subgate delle cellule di B da trama r. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Procedure per la raccolta e montaggio poplitea linfonodi per imaging e fotoattivazione. A) un'incisione è fatta sotto il ginocchio ed esteso fino all'anca, e i bordi sono rientrati ai lati, al fine di esporre la fossa poplitea (punta di freccia). B) la supraclavicle sovrastante è aperto e il linfonodo popliteal è esposta (punta di freccia). C) il linfonodo popliteal è estratto dal fossa. D) la procedura è ripetuta per l'arto controlaterale ed entrambi i nodi sono montati in un alloggiamento di vuoto/vetrino coprioggetti-grasso bifacciale riempito con buffer di BM. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: procedura per la raccolta e la milza per l'imaging e la fotoattivazione di montaggio. Un) un'incisione è fatta presso la linea mediale anteriore appena sotto la gabbia toracica ed estesa intorno al corpo di linea ascellare posteriore e i bordi sono retratti per esporre la punta della milza (punta di freccia). B) la milza è retratto e asportata e tagliare a fette sottili (1-2 mm), che sono montati in un alloggiamento di vuoto/vetrino coprioggetti-grasso bifacciale riempito con buffer di BM. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Fotoattivazione. A) due-fotone micrografo di un centro germinale nella milza prima fotoattivazione. Etichettatura in vivo con anti-CD169-PE è stato effettuato prima della raccolta della milza per etichettare la zona marginale (rosso, indicato da "MZ"). Le armoniche seconda segnale è apparente in strutture contenenti collagene associate con il tegumento e vasi principali (blu). Punte di freccia identificare altamente autofluorescent, macrofagi tingible del corpo attivati connessi con attività di centro germinativo. Imaging è stata eseguita a eccitazione di 940 nm. La barra della scala in alto a sinistra indica 200 µm. B) per quanto riguarda A, ma dopo la fotoattivazione a 830 nm. Fotoattivazione cellule sono ora visibili (verde) in un'area definita di interesse delimitata dalla zona marginale e che comprende i macrofagi tingible del corpo precedentemente identificati. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Analisi citofluorimetrica delle cellule di fotoattivazione centro germinale B. A) trama di andata contro il cancello del linfocita e dispersione laterale. B) terreno della superficie di forward scatter in funzione dell'altezza di forward scatter all'interno del cancello del linfocita e cancello di singoletto risultante. C) redditività tintura trama di esclusione all'interno del cancello di singoletto e cancello risultante di cellule vive. D) Gating delle cellule B220 + B. E) Gating delle cellule centro germinale B, identificato come CD38lo GL7hi cellule all'interno del cancello B220 +. F) Gating di fotoattivazione celle all'interno della popolazione delle cellule di GC B, identificato come il sottoinsieme delle cellule cheesprimono non attivati e fotoattivazione PA-GFP. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6: rappresentazione grafica del protocollo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Un gran numero di modelli murini di autoimmunità è disponibile, molti dei quali presenti con centri germinali spontanea16. Tuttavia, molti dei modelli disponibili harbor complessi ambiti di provenienza genetici o mutazioni in centrale regolatori della proliferazione dei linfociti o attivazione, rendendoli poco adatto a intercrossing con linee di reporter e studi del comportamento normale del linfocita nell'autoimmunità, rispettivamente. Il presente modello, al contrario, permette un approccio di 'plug-and-play' per analisi approfondite delle cellule di selvaggio-tipo-derivato centro germinale B autoreattive utilizzando qualsiasi combinazione desiderata di transgeni, knock-out e giornalisti, nella fattispecie rappresentata da fuse GFP. Utilizzando strategie d'etichettatura in vivo, i centri germinali singoli possono essere visualizzati in tessuti linfoidi espiantati e loro fotoattivazione di costituenti cellulari utilizzando un microscopio a due fotoni. Fotoattivazione linfociti dai singoli centri germinali possono quindi essere analizzati o ordinato Flusso cytometrically, come cellule singole o in massa. Queste cellule possono successivamente essere sottoposti a ulteriori analisi molecolari e funzionali a valle di fornire uno sguardo rinnovato nel campo dell'autoimmunità.
Ci sono alcuni passaggi critici per la buona riuscita di questa procedura. Come dimostrato dai risultati rappresentativi, l'irradiazione (1.100 Rad) e la ricostituzione di midollo osseo del donatore sostituire con successo il vano di destinatario del midollo osseo producendo vicino-completa di chimerismo nel compartimento delle cellule di B. Questo è un punto importante, come le cellule B destinatario-derivato residue renderebbe un sottoinsieme della popolazione centro germinale 'dark'. Indipendentemente dalla fonte utilizzata per irradiazione, il dose/tempo di irradiazione deve essere ottimizzato per ottenere massima myeloablative effetto con danno di tessuto minimo collaterale per gli animali. Per la ricostituzione, il protocollo di osso-schiacciamento e ricostituzione con cellule del donatore totale 20 milioni è stato trovato per robustamente resa gradi alta ricostituzione. Sterile e fredda/sul ghiaccio per l'estrazione del midollo osseo di lavoro garantisce alta attuabilità del donatore del midollo. Per raggiungere il desiderato donatore midollo osseo rapporti, è necessario esercitare molta cura quando si contano le aliquote delle cellule, sia per il conteggio stesso e quando tirando fuori il sottocampione del midollo osseo per il conteggio. Miscelazione e co-cubettatura i midolli di donatore, invece di centrifugazione e risospensione separatamente e quindi di miscelazione, serve a prevenire eventuali inclinazioni rapporti del donatore dopo il conteggio delle cellule.
La generazione di chimera misto del midollo osseo del protocollo può stare da sola, e permette la generazione di chimere con centri germinali autoreattive con qualsiasi giornalista desiderata, transgene o knock-out. Tuttavia, una limitazione a questo è la necessità di utilizzare donatori histocompatible. Il ceppo di 564Igi è su uno sfondo di Congenici C57Bl/6J e di conseguenza, l'altro donatore e i destinatari dovrebbero avere un H-2b Congenici sfondo (o in alternativa, il ceppo di 564Igi dovrebbe essere backcrossed per il ceppo desiderato e il fenotipo autoimmune verificato il nuovo sfondo). La procedura di irradiazione tende a favorire un ambiente di tollerogeniche17e mancate corrispondenze in alcuni antigeni di istocompatibilità minore possono essere tollerate. Tuttavia, questo aspetto dovrebbe essere considerato attentamente, specialmente se miscelazione donatori maschili e femminili e/o i destinatari, a causa della potenziale reattività femminile con uomo-restricted Y-antigeni.
Allo stesso modo, l'aspetto di fotoattivazione del protocollo può stare da solo e può essere utilizzato in diversi contesti. Tuttavia, il reporter di PA-GFP è attualmente disponibile solo con il promotore UBC, che è attivo in tutte le cellule ematopoietiche lignaggio, ma non in cellule stromal. Come accennato nell'introduzione, altri fuse, fotomodulabili o ceppi reporter fotoconvertibile sono disponibili e possono essere sostituiti per PA-GFP, con opportuna regolazione delle condizioni sperimentali.
È importante evitare involontarie fotoattivazione di aree indesiderate, mantenendo il laser ben di sopra di 900 nm quando imaging, come questa volontà di lunghezza d'onda non photoactivate PA-GFP. Per la fotoattivazione sé, impostazioni specifiche, come ad esempio laser potenza e pixel tempo di sosta, dipenderà la profondità nel tessuto, il tessuto specifico utilizzato e il sistema di imaging, e ogni applicazione deve essere ottimizzato per il sistema di imaging specifico utilizzato. Prestare attenzione non al photodamage le cellule, ma è allo stesso tempo essenziale per ottenere efficiente fotoattivazione in tutto lo stack, al fine di ottenere una rappresentazione sufficiente di cellule attivate per analisi successive. Centro germinale B cellule costituiscono generalmente ovunque da 0,5% a ~ 2% di cellule spleniche o cutaneo di linfonodo B, e come si può vedere dai risultati rappresentativi (Figura 5), cellule di fotoattivazione singolo centro germinale B possono truccare ~ 1% del totale popolazione presente in una fetta unica della milza. Pertanto, riuscita analisi o l'ordinamento di un numero significativo delle cellule richiede l'elaborazione di un gran numero di eventi.
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
SE Degn è un collega di Lundbeckfonden e Fondazione Carlsberg Distinguished Fellow. Questo lavoro è stato in parte inoltre sostenuto da una sovvenzione di biomedica NNF (SE Degn).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Antibody, 9D11-A568 | In-house generated | 9D11 hybridoma, kindly provided by MC Carroll, labeled with kit: Biotium 92255 | |
Antibody, 9D11-A647 | In-house generated | 9D11 hybridoma, kindly provided by MC Carroll, labeled with kit: Nordic Biosite ABD-1031 | |
Antibody, FITC anti-mouse CD45.1 | Biolegend | 110705 | |
Antibody, Pacific Blue anti-mouse/human GL7 Antigen (T and B cell Activation Marker) | Biolegend | 144613 | |
Antibody, PE anti-mouse CD169 (Siglec-1) | Biolegend | 142403 | |
Antibody, PE/Cy7 anti-mouse CD38 | Biolegend | 102717 | |
Antibody, PerCP/Cy5.5 anti-mouse/human CD45R/B220 | Biolegend | 103235 | |
Capillary tube, Mylar-wrapped, heparinized | Fisher Scientific | 211766 | |
Cell strainer, 70 µm | Falcon | 352350 | |
Conical tubes, 50 mL | Falcon | 352235 | |
Cover slip, square, 22x22 mm, 0.13-0.17 mm | Thermo Fisher Scientific | 22X22-1 | |
EDTA | Merck | 1,084,180,250 | |
Ethanol, 70% | VWR | 8301.360 | |
Fetal bovine serum | Life Technologies | 10270106 | |
Flow cytometer, FACS Canto II | BD Biosciences | 338962 | |
Flow cytometer, LSRFortessa SORP | BD Biosciences | - | Special order product with 4 lasers (405 nm, 488 nm, 561 nm and 640 nm) |
Grease, high vacuum, Dow Corning | VWR | DOWC1597418 | |
Hemocytometer, Burker-Türk | VWR | 630-1544 | |
Isoflurane, IsoFlo vet. | Orion Pharma | 9658 | |
Lymphocyte separation medium (Lympholyte-M Cell Separation Media) | Cedarlane | CL5035 | |
Microcentrifuge tube, 1.5 mL (Eppendorf) | Sarstedt | 72.690.550 | |
Microscope, Two-photon | Prairie Technologies (now Bruker) | - | Special order Ultima In Vivo Two Photon Microscope |
Mortar w. lip, unglazed, 75 ml | VWR | 410-0110 | |
NaHCO3 | Merck | 1063290500 | |
Needle, 18 gauge | BD Medical | 304622 | |
NH4Cl | VWR | 87,769,290 | |
PBS | Sigma | d8537 | |
Pestle homogenizer | VWR | 47747-358 | |
Pestle, unglazed, 175 mm | VWR | 410-0122 | |
Pipette, Serological, 10 ml | VWR | 612-3700 | |
Pipette, transfer, plastic | Sarstedt | 861,172,001 | |
Plastic paraffin film (Parafilm M) | Bemis | PM996 | |
Plate, 96-well | Falcon | 353910 | |
Surgical forceps, Student Dumont #5 Forceps | FST - Fine Science Tools | 91150-20 | |
Surgical forceps, Student Dumont #7 Forceps | FST - Fine Science Tools | 91197-00 | |
Surgical scissors, Student Fine Scissors, Straight | FST - Fine Science Tools | 91460-11 | |
Syringe, 10 mL | Terumo | SS-10ES1 | |
Syringe, 20 mL | Terumo | SS-20ES1 | |
Syringe, 5 mL | Terumo | SS-05S1 | |
Syringe, Insulin, 0.3 cc | BD Medical | 324827 | |
Tribrissen vet. 24% inj., containing 200 mg sulfadiazin and 40 mg trimethoprim/ml | MSD Animal health | 431577 | |
Trypan blue solution, 0.4% | VWR | K940-100ML | |
Viability dye, eBioscience Fixable Viability Dye eFluor 780 | Thermo Fisher Scientific | 65-0865-14 |
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