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Method Article
La valutazione delle proprietà fagocitiche della microglia e dei macrofagi cerebrali può fornire una preziosa dimensione funzionale agli studi di profilazione molecolare. Descriviamo un protocollo convalidato che utilizza la citometria a flusso per quantificare in modo rapido e affidabile la fagocitosi di microsfere fluorescenti e fibrille di amiloide-beta da parte di microglia e macrofagi cerebrali isolati acutamente da modelli murini.
Le microglia e i macrofagi infiltranti il sistema nervoso centrale (SNC), chiamati collettivamente fagociti mononucleati del SNC (CNS-MP), svolgono un ruolo centrale nelle malattie neurologiche, tra cui la neurodegenerazione e l'ictus. Le CNS-MP sono coinvolte nella clearance fagocitaria di proteine patologiche, detriti e sinapsi neuronali, ciascuna con percorsi molecolari sottostanti distinti. La caratterizzazione di queste proprietà fagocitiche può fornire una lettura funzionale che completa la profilazione molecolare della microglia utilizzando i tradizionali approcci di citometria a flusso, trascrittomica e proteomica. La profilazione fagocitaria della microglia si è basata sulla visualizzazione microscopica e su colture in vitro di microglia neonatale di topo. Il primo approccio soffre di un campionamento limitato, mentre il secondo approccio è intrinsecamente scarsamente riflettente del vero stato in vivo delle SNC-MP adulte. Questo articolo descrive protocolli ottimizzati per fenotipizzare le proprietà fagocitiche di CNS-MP di topo isolato acutamente mediante citometria a flusso. Le CNS-MP sono isolate in modo acuto dal cervello di topo adulto mediante dissociazione meccanica seguita da centrifugazione in gradiente di densità, incubate con microsfere fluorescenti o fibrille fluorescenti Aβ, lavate e quindi marcate con pannelli di anticorpi contro marcatori di superficie (CD11b, CD45). Utilizzando questo approccio, è possibile confrontare le proprietà fagocitiche delle microglia residenti nel cervello con i macrofagi infiltranti il SNC e quindi valutare l'effetto dell'invecchiamento e della patologia della malattia su questi fenotipi fagocitici. Questo metodo rapido ha anche il potenziale per fenotipizzare funzionalmente le SNC-MP umane isolate in modo acuto da campioni cerebrali post-mortem o chirurgici. Inoltre, i meccanismi specifici della fagocitosi da parte di sottogruppi di CNS-MP possono essere studiati inibendo vie fagocitiche selezionate.
Le cellule immunitarie innate del sistema nervoso centrale (SNC) sono prevalentemente costituite da microglia e monociti/macrofagi infiltranti, chiamati insieme fagociti mononucleati del SNC (SNC-MP)1. Le SNC-MP sono implicate in malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer (AD), i disturbi neuroinfiammatori e l'ictus 2,3,4. Le SNC-MP, insieme agli astrociti, ai periciti e alle cellule ependimali, hanno funzioni fagocitiche 5,6. Nel loro stato omeostatico, le SNC-MP sono coinvolte nella sorveglianza costante del microambiente locale, insieme alla clearance fagocitaria di detriti cellulari apoptotici e proteine e alla potatura sinaptica per rimodellare le connessioni neuronali 7,8,9,10. Nelle condizioni neurodegenerative come l'AD, le SNC-MP adottano fenotipi molecolari e funzionali distinti associati alla malattia che possono svolgere ruoli patologici tra cui la clearance dell'amiloide-beta aggregata (Aβ) e degli elementi neuronali, nonché il rilascio di citochine e fattori infiammatori, con conseguente complesso ruolo pro-infiammatorio, dannoso e antinfiammatorio, protettivo 11,12,13,14. La fagocitosi di macroparticelle, detriti cellulari, proteine e altre particelle infettive da parte dei CNS-MP è mediata da recettori distinti espressi sulla loro superficie9. L'interruzione di queste vie fagocitiche può portare a una clearance difettosa e all'accumulo progressivo di Aβ, portando infine a un danno neuronale progressivo in AD 4,9. Mentre i progressi nella profilazione molecolare delle SNC-MP utilizzando approcci trascrittomici e proteomici hanno fornito preziose informazioni sull'eterogeneità molecolare all'interno delle SNC-MP nelle malattie neurologiche15,16, la caratterizzazione funzionale delle proprietà fagocitiche delle SNC-MP e dei loro sottogruppi è attualmente carente. La caratterizzazione funzionale delle proprietà fagocitiche delle SNC-MP può integrare le strategie di profilazione molecolare, facilitare una migliore fenotipizzazione funzionale e aiutare a valutare l'efficacia delle terapie in grado di correggere la fagocitosi difettosa nei modelli di malattia17.
I saggi tradizionali di fagocitosi per le MP del SNC includono l'incubazione della microglia primaria insieme a substrati fluorescenti come Aβ o particelle di lattice/polistirene. La fagocitosi viene quindi studiata in funzione dell'assorbimento del substrato fluorescente mediante microscopia a immunofluorescenza 18,19,20. È ben noto che le SNC-MP, se mantenute in colture lunghe, possono modificare drasticamente la loro morfologia e i profili trascrizionali21,22. Ciò ostacola lo studio delle proprietà fagocitiche dei SNC-MP nel loro stato rappresentativo nel SNC. Un test di citometria a flusso funzionale per profilare CNS-MP vive isolate in modo acuto può fornire una rapida valutazione delle proprietà fagocitiche e può campionare un pool molto più ampio di CNS-MP rispetto agli approcci microscopici 9,23. Inoltre, la citometria a flusso elimina la necessità di mantenere le SNC-MP in coltura e fornisce una piattaforma per studiare le proprietà fagocitotiche in diverse sottopopolazioni di SNC-MP. Questo manoscritto descrive protocolli ottimizzati per fenotipizzare le proprietà fagocitiche di CNS-MP di topo isolato acutamente mediante citometria a flusso. L'adattamento dei saggi di fagocitosi mediante citometria a flusso consente un rapido multiplexing del fenotipo fagocitario delle SNC-MP abbinato alla fenotipizzazione immunitaria, fornendo così informazioni sull'eterogeneità delle proprietà fagocitiche all'interno delle SNC-MP alla risoluzione di una singola cellula.
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Tutti gli studi sui topi sono stati condotti dopo aver ottenuto l'approvazione dal Comitato Istituzionale per la Cura e l'Uso degli Animali (IACUC) della Emory University e in stretta conformità con la Guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio del National Institutes of Health.
1. Preparazione il giorno dell'isolamento
2. Isolamento acuto di microglia adulta di topo
3. Impostazione della fagocitosi e colorazione citofluorimetrica
4. Citometria a flusso e analisi
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Per esemplificare i risultati tipici dell'assorbimento fagocitario delle microsfere e delle fibrille Aβ42 da parte delle CNS-MP acutamente isolate, le CNS-MP acutamente isolate sono state ottenute dall'emisfero omolaterale dopo occlusione arteriosa cerebrale media transitoria (MCAO)8. Per i dettagli sulle proprietà fagocitiche delle CNS-MP nel modello MCAO, fare riferimento alle pubblicazioni precedenti8. In breve, dopo un recupero di 72 ...
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La citometria a flusso è una tecnica in grado di rilevare l'espressione di proteine o marcatori di interesse sulla superficie cellulare o nei compartimenti intracellulari utilizzando sonde marcate in fluorescenza (tipicamente anticorpi) per marcare questi marcatori di interesse. Gli anticorpi sulla superficie cellulare o intracellulari sono tipicamente coniugati con fluorocromi eccitabili al laser che hanno spettri di emissione unici. Le cellule incubate con questi anticorpi possono ess...
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Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Lo studio è stato supportato dai premi NIH al Dr. Rangaraju (NINDS K08 NS099474-1 e R01 NS114130-01A1) e al Dr. Rayaprolu (NIA F32AG064862). Questo studio è stato supportato in parte dall'Emory Flow Cytometry Core (EFCC), una delle Emory Integrated Core Facilities (EICF) ed è sovvenzionato dalla Emory University School of Medicine. Un ulteriore supporto è stato fornito dalla Georgia Clinical & Translational Science Alliance del NIH (UL1TR002378). Il contenuto è di esclusiva responsabilità degli autori e non riflette necessariamente le opinioni ufficiali del NIH.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
10x Hank's balanced salt solution(10x HBSS) | ThermoFisher | 14065056 | Store at 4 °C. Used to make SIP as described in the protocol |
1x Hank's balanced salt solution(1x HBSS) | ThermoFisher | 14175095 | Store at 4 °C. Used to make 35% SIP as described in the protocol |
1x Phosphate Buffered Saline (PBS) | https://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/protocols/biology/western-blotting/buffers-recipes/10x-phosphate-buffered-saline.html Store 10xPBS at Room temperature. Prepare fresh 1xPBS by diluting one part 10xPBS to nine parts of MilliQ dH20 and store it at 4 °C for an hour before use. Make sure the pH of the 1xPBS is 7.0 before refridgeration. | ||
35% SIP | To make 20 mL of 35% SIP, use 7 mL of SIP and 13 mL of ice-cold 1× HBSS. Keep on ice until further processing | ||
APC-Cy7 rat anti-CD11b | BD Pharmingen | 557657 | Store at 4 °C or keep on ice when in use. Sheild from light. Flow cytometry dilution - 1:100 |
FITC rat anti mouse CD145 | BD Pharmingen | 553080 | Store at 4 °C or keep on ice when in use. Sheild from light. Flow cytometry dilution - 1:100 |
LIVE/DEAD Fixable Blue Dead Cell Stain Kit | ThermoFisher | L34961 | Store at -20 °C. Add 50ul of DMSO to one tube of the dye, vortex throughly and centrifuge at maximun speed for 1 min. Make 10µL aliquots and store them at -20 °C. Use a fresh aliquot for each experiment and add to the samples at 1:500 dilution. |
OneComp eBeads compensation beads | ThermoFisher | 01-1111-42 | Store at 4 °C, throughly vortex the tube before adding to the sample tube(s), keep on ice when in use. |
PE-Cy7 rat anti mouse CD145 | BD Pharmingen | 552848 | Store at 4 °C or keep on ice when in use. Sheild from light. Flow cytometry dilution - 1:100 |
Percoll pH8.5-9.5 | Sigma | P1644 | Store at 4 °C. To make 10 mL of Standard Isotonic Percoll (SIP): Use 9 mL of cold Percoll and 1 mL of cold 10× HBSS. |
Phycoerythrin-conjugated microspheres | ThermoFisher | F13083 | Store at 4 °C or keep on ice when in use. |
β-Amyloid (1 - 42), HiLyte Fluor 488 - labeled, Human | AnaSpec | AS-60479-01 | The final concentration of Ab fibrils is 200µM which is then diluted prior to use. Store at -20 °C. Prepare fresh working solution for each experiment. |
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