Quantificazione degli anticorpi autoreattivi nei topi dopo encefalomielite autoimmune sperimentale

Riepilogo

L'encefalomielite autoimmune sperimentale (EAE) è un modello animale di sclerosi multipla (SM), che condivide con la malattia umana una robusta risposta autoimmune umorale. Qui, riportiamo un protocollo ELISA semplice e flessibile per quantificare gli autoanticorpi nel siero di topi immunizzati con EAE.

Abstract

L'encefalomielite autoimmune sperimentale (EAE) è un modello di malattia che ricapitola la malattia autoimmune della sclerosi multipla (SM) a livello istopatologico e molecolare. L'EAE è indotto dall'immunizzazione di animali da esperimento tramite iniezione sottocutanea di peptidi di mielina corta insieme a coadiuvanti specifici per aumentare la risposta immunitaria. Come la controparte umana, i topi EAE sviluppano lesioni demielinizzanti, infiltrazione di cellule immunitarie nel sistema nervoso centrale (SNC), attivazione della glia e danno neuronale. Un corpo coerente di prove supporta anche un ruolo meccanicistico per la disfunzione delle cellule B nell'eziologia sia della SM che dell'EAE. Le cellule B possono fungere da cellule presentanti l'antigene e da fonte primaria di citochine pro-infiammatorie e autoanticorpi. Nell'EAE, vengono generati anticorpi contro i peptidi mielinici che sono stati impiegati per indurre la malattia. È stato dimostrato che tali autoanticorpi mediano la perdita di mielina o la riattivazione delle cellule T patogene nel SNC. Questo articolo descrive un efficiente protocollo basato su ELISA per quantificare gli autoanticorpi nel siero di topi C57BL/6J immunizzati con il peptide della glicoproteina 35-55 degli oligodendrociti mielinici (MOG35-55). Il metodo proposto funge da potente strumento per studiare la specificità e l'entità della risposta umorale aberrante nel contesto della demielinizzazione autoimmune.

Introduzione

La sclerosi multipla (SM) è una malattia autoimmune cronica del sistema nervoso centrale (SNC) caratterizzata da infiltrazione focale di cellule immunitarie nel parenchima cerebrale, rottura delle guaine mieliniche che avvolgono gli assoni, attivazione della glia e perdita neuronale¹. Oltre al ruolo ben consolidato delle cellule T patogene, molteplici linee di evidenza hanno evidenziato il coinvolgimento delle cellule B nella mediazione della risposta autoimmune contro il SNC. Le cellule B subiscono un'espansione clonale nel cervello della SM e sono stati rilevati anticorpi contro i componenti della mielina all'interno delle lesioni demieliniche ^2,3. L'attivazione selettiva delle cellule B periferiche all'esordio della malattia è stata recentemente documentata, suggerendo un ruolo putativo per questo compartimento immunitario anche nell'inizio della malattia⁴. Il successo delle terapie che depleiscono le cellule B come gli anticorpi monoclonali anti-CD20 corrobora ulteriormente la connessione meccanicistica tra il funzionamento aberrante delle cellule B e la demielinizzazione autoimmune ^5,6. Da un punto di vista molecolare, le cellule B possono contribuire alla malattia attraverso la presentazione di autoantigeni, la secrezione di citochine pro-infiammatorie e la produzione di anticorpi autoreattivi.

Sono stati sviluppati diversi modelli animali per ricapitolare caratteristiche specifiche del fenotipo complesso della SM. Tra questi, l'encefalomielite autoimmune sperimentale (EAE) è il paradigma più utilizzato in vivo e si basa sull'immunizzazione di animali da esperimento con peptidi corti derivati da proteine mieliniche come la glicoproteina oligodendrocitaria mielina (MOG) e la proteina basica della mielina (MBP)⁷. Gli animali immunizzati con EAE sviluppano una patologia demielinizzante che assomiglia alla SM in molti aspetti, inclusa una robusta risposta umorale contro il peptide encefalitogeno⁸. Per questo motivo, gli studi EAE sono stati determinanti per sezionare la funzione delle cellule B e degli autoanticorpi nel contesto della malattia. Ad esempio, è stato dimostrato che gli anticorpi specifici per MOG isolati da pazienti con SM possono aggravare il decorso clinico nei modelli EAE⁹. In particolare, il residuo di prolina in posizione 42 nel MOG umano si è dimostrato fondamentale per determinare la patogenicità degli autoanticorpi¹⁰. Più recentemente, è stato scoperto che gli autoanticorpi specifici per MOG promuovono la malattia non solo mediando la perdita di mielina, ma anche aumentando la riattivazione delle cellule T autoreattive all'interno del SNC¹¹.

Considerando l'importanza delle risposte anticorpali nell'autoimmunità del SNC, questo articolo presenta un protocollo basato su ELISA per misurare in modo efficiente i livelli sierici di anticorpi autoreattivi nei topi C57BL/6J EAE immunizzati con peptide MOG35-55. Nella prima parte del protocollo verrà descritto il metodo per raccogliere il siero tramite puntura intracardiaca. Successivamente verranno dettagliate le procedure per impostare il test ELISA e acquisire i dati. Infine, verranno discusse l'analisi e l'interpretazione dei dati.

Protocollo

Tutte le procedure che coinvolgono i topi sono state eseguite in conformità con le linee guida sperimentali approvate dal Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali (IACUC) dell'Università della Carolina orientale. In questo studio sono stati utilizzati topi femmina Wildtype C57BL / 6J di età compresa tra 8 e 10 settimane. Gli animali sono stati ottenuti da una fonte commerciale (vedi Tabella dei materiali). L'EAE è stato indotto a seguito di rapporti precedentemente pubblicati 12,13,14.

1. Raccolta del siero

1. Eutanasia del topo sperimentale mediante asfissia da CO₂ o sovradosaggio di isoflurano al momento richiesto (seguendo protocolli approvati istituzionalmente) dopo aver indotto l'EAE tramite immunizzazione MOG35-55.
   NOTA: Il numero totale di topi e i punti temporali per la raccolta del siero possono variare a seconda dell'esperimento specifico.
2. Dopo che l'assenza di segni vitali è confermata dal pizzicamento del dito del piede o della coda, posizionare il topo in posizione sdraiata dorsale su un vassoio di dissezione e fissare gli arti in posizione con spilli o nastro adesivo. Orientare il corpo del mouse verso la sorgente luminosa a LED (vedere Tabella dei materiali) per illuminare il torace dell'animale.
3. Spruzzare il pelo del topo con etanolo al 70% e praticare un'incisione mediana di 3-4 cm lungo l'addome dal bacino allo xifoide utilizzando le forbici di dissezione, facendo attenzione ad evitare eventuali organi e vasi principali (Figura 1A-C). Per facilitare la procedura, usa la pinza per afferrare la pelle durante il processo xifoideo.
4. Tagliare lateralmente il diaframma e poi tagliare la gabbia toracica anteriormente su entrambi i bordi laterali usando le forbici a molla, fermandosi prima di raggiungere lo sterno sulla linea mediana (Figura 1D). Piega il lembo costale che è stato creato sopra la testa del topo per esporre il cuore (Figura 1E).
   NOTA: Il taglio dello sterno dovrebbe essere evitato in quanto ciò danneggerebbe le principali arterie toraciche adiacenti all'osso e ridurrebbe il volume di sangue che può essere raccolto.
5. Inserire un ago da 25 G collegato a una siringa da 1 ml nel ventricolo sinistro e raccogliere il sangue tirando delicatamente indietro lo stantuffo (Figura 1F). Per facilitare la puntura dell'ago, appoggiare delicatamente il cuore contro un paio di pinze.
   NOTA: Se il sangue non appare immediatamente nella siringa, l'ago deve essere ruotato lentamente e deve essere testato un angolo diverso. Tuttavia, è necessario impegnarsi per posizionare correttamente l'ago al primo tentativo per evitare di creare fori inutili nel cuore in cui il sangue può fuoriuscire.
6. Trasferire il sangue in una provetta sterile da 1,5 ml e lasciarlo coagulare per 30 minuti a temperatura ambiente. Rimuovere il coagulo mediante centrifugazione a 2000 × g per 20 min a 4 °C. Raccogliere il surnatante, che rappresenta la frazione sierica, e conservare le aliquote monouso in provette criogeniche a -80 °C per test futuri.

2. Saggio ELISA

1. Risospendere il peptide MOG35-55 liofilizzato (vedi Tabella dei materiali) in acqua per ottenere uno stock di 10 mg/mL. Prima di iniziare l'esperimento, diluire il brodo a 10 μg/mL nel tampone di rivestimento (vedere la tabella dei materiali) e pipettare 100 μL/pozzetto della soluzione finale in una piastra a 96 pozzetti. Sigillare la piastra con una pellicola adesiva per evitare l'evaporazione e incubare la piastra per una notte a 4 °C.
   NOTA: Devono essere calcolati almeno 2 pozzetti per ogni campione e devono essere inclusi anche 2 pozzetti aggiuntivi per un controllo in bianco.
2. Parallelamente, rivestire lo stesso numero di pozzetti con 100 μL/pozzetto di albumina sierica bovina (BSA) disciolta nel tampone di rivestimento a una concentrazione di 10 μg/mL. Questi pozzetti aggiuntivi serviranno come controlli di fondo.
   NOTA: Si consiglia di rivestire con BSA i pozzetti di controllo poiché i tamponi di rivestimento e di bloccaggio hanno composizioni diverse. Si prega di notare che altri peptidi encefalitogeni (come PLP139-151 o MBP84-104) potrebbero essere utilizzati come antigeni irrilevanti in alternativa alla BSA.
3. Il giorno dopo, lavare la piastra 3 volte con 200 μL/pozzetto di soluzione salina tampone fosfato integrata con Tween 20 allo 0,05% (PBS-T). Successivamente, aggiungere 100 μL/pozzetto di una soluzione bloccante a base di BSA al 3% in PBS (senza Tween 20) e incubare la piastra sigillata per 1 ora a 37 °C in un forno di ibridazione.
4. Lavare la piastra 3 volte con 200 μL/pozzetto di PBS-T. Diluire ogni campione di siero 1:100 in soluzione bloccante e aggiungere 100 μL/pozzetto a entrambi i pozzetti rivestiti di MOG35-55 e BSA. Aggiungere lo stesso volume di soluzione bloccante ai pozzetti designati come spazi vuoti. Incubare la piastra sigillata per 2 ore a temperatura ambiente, agitando costantemente (250 giri/min).
5. Lavare la piastra 3 volte con 200 μL/pozzetto di PBS-T. Diluire l'anticorpo secondario coniugato con HRP (1:2000, vedere Tabella dei materiali) in una soluzione composta da BSA allo 0,2% in PBS-T e aggiungere 100 μL/pozzetto a tutti i pozzetti. Incubare la piastra sigillata per 1 ora a temperatura ambiente, agitando costantemente (250 giri/min).
6. Lavare la piastra 3 volte con 200 μL/pozzetto di PBS-T. Aggiungere 100 μL/pozzetto di substrato di tetrametilbenzidina (TMB) da 3,3',5' (vedi Tabella dei materiali) a tutti i pozzetti e incubare al buio per 1-5 minuti, monitorando lo sviluppo di un colore blu.
   1. Arrestare la reazione aggiungendo 100 μL/pozzetto di soluzione di arresto (vedere la tabella dei materiali) e misurare la densità ottica (OD) in ciascun pozzetto utilizzando un lettore di piastre impostato a una lunghezza d'onda di 450 nm.
      NOTA: Il substrato TMB deve essere bilanciato a temperatura ambiente per 30-60 minuti prima di aggiungerlo ai pozzetti.

3. Analisi dei dati

1. Compilare un foglio di calcolo Excel con i valori OD letti dalla piastra. Fare la media dei valori di OD ottenuti da pozzetti duplicati (sia rivestiti di MOG35-55 che BSA) per ciascun campione.
2. Per ogni campione, sottrarre il valore medio dei pozzetti rivestiti di BSA da quello dei pozzetti rivestiti di MOG35-55. I valori corretti di fondo risultanti saranno proporzionali alla concentrazione di anticorpi anti-MOG35-55 nei diversi campioni di siero.
   NOTA: I pozzetti vuoti dovrebbero produrre valori corretti intorno a 0.
3. Applicare un test statistico non parametrico come il test U di Mann-Whitney per confrontare i valori medi di OD tra due condizioni sperimentali. Includere almeno 3 campioni indipendenti per ciascuna condizione.

Risultati

Per dimostrare la robustezza del presente test ELISA, il metodo è stato testato su campioni di siero isolati da una coorte di topi femmina C57BL/6J a 20 giorni dopo l'immunizzazione (dpi) con 100 μg di peptide MOG35-55 nell'adiuvante di Freund completo (CFA) seguendo un protocollo di induzione EAE convalidato 12,13,14. Gli animali hanno anche ricevuto 400 ng di tossina della pertosse nei giorni 0 e 2. I campioni di siero di an...

Discussione

Qui, è stato riportato un protocollo basato su ELISA semplice ed efficiente per quantificare accuratamente la risposta umorale in un modello animale rilevante di patologia della SM. Questo metodo è stato recentemente impiegato per descrivere il nuovo ruolo della proteina atassina-1 nel controllo dei livelli sierici di autoanticorpi nel paradigma EAE MOG35-55/C57BL6J¹². A questo proposito, è necessario prendere in considerazione una serie di fattori, al fine di ottenere risultati coerenti e biol...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
1 mL syringes	BD Biosciences	309628
1.5 mL microcentrifuge tubes	Fisher	05-408-129
25 G needles	BD Biosciences	305122
3,3',5,5'-tetramethylbenzidine (TMB) substrate	Thermo Fisher	N301	Store at 4 °C
Adhesive seals	Thermo Fisher	AB0558
Bovine serum albumin (BSA)	Sigma	A7906	Store at 4 °C
C57BL/6J female mice	The Jackson Laboratory	000664	Animals between 8-10 weeks of age should be used for EAE experiments
Cryogenic tubes	Fisher	10-500-25
Dissection tray	Fisher	S111022
Dissector scissors	Fine Science Tools	14082-09
ELISA coating buffer	BioLegend	421701	Store at 4°C
Excel software	Microsoft		Analysis spreadsheet
Forceps	Fine Science Tools	11152-10
Goat Anti-Mouse IgG, Human ads-HRP	SouthernBiotech	1030-05	Store at 4 °C
LED light source	Fisher	AMPSILED21
Microplate reader	Fisher	14-377-575
Molecular biology grade water	Corning	46-000-Cl
Mouse MOG35-55 peptide	EZBiolab	cp7203	Store at -80 °C
Multichannel pipette	Axygen	AP-12-200-P
Noyes spring scissors	Fine Science Tools	15011-12
Nunc MaxiSorp 96-well plates	BioLegend	423501
Orbital shaker	Fisher	88-861-023
Oven	VWR	445-0024
Phosphate buffer saline (PBS)	Thermo Fisher	14190144
Refrigerated tabletop centrifuge	Thermo Fisher	75002441
Stop solution	Thermo Fisher	N600
Tween 20	Bio-Rad	1706531