マウスの骨髄から形質細胞様樹状細胞の精製のために、蛍光活性化細胞選別

要約

私たちは、PDCの機能研究のための狼瘡傾向マウスの骨髄から高純度の形質細胞様樹状細胞（pDC）を単離するために蛍光活性化セルソーティングを使用してプロトコルを報告しています。

要約

Fluorescence-activated cell sorting (FACS) is a technique to purify specific cell populations based on phenotypes detected by flow cytometry. This method enables researchers to better understand the characteristics of a single cell population without the influence of other cells. Compared to other methods of cell enrichment, such as magnetic-activated cell sorting (MCS), FACS is more flexible and accurate for cell separation due to the ability of phenotype detection by flow cytometry. In addition, FACS is usually capable of separating multiple cell populations simultaneously, which improves the efficiency and diversity of experiments. Although FACS has some limitations, it has been broadly used to purify cells for functional studies in both in vitro and in vivo settings. Here we report a protocol using fluorescence-activated cell sorting to isolate a very rare population of immune cells, plasmacytoid dendritic cells (pDC), with high purity from the bone marrow of lupus-prone mice for in vitro functional studies of pDC.

概要

Efficient separation of a cell population of choice from other cells enables studies of the population that may not be possible otherwise. Fluorescence-activated cell sorting (FACS) is a method to enrich an interesting cell population with high purity. ^1,2 Different cell types usually express unique molecules, or a unique combination of several molecules, on the plasma membrane that can distinguish one cell population from another. Upon binding of these cell surface molecules by specific fluorescence-conjugated antibodies, a detecting machine called flow cytometer/sorter is able to excite and detect the light signals of different fluorescent dyes that represent different molecule markers on the cells at the single cell level. The combined information consisting of either the presence of a light signal (representing positive expression of the corresponding surface molecule) or the absence of a light signal (representing negative expression of a molecule) defines the phenotype of the cell. After passing through the detector, cells with the same phenotype of interest are diverted towards a designated collecting tube based on electrical charge.

FACS is broadly applied in various studies as long as the population to be enriched is labeled with fluorescence.^3-7 It has been used to separate immunoglobulin (Ig)A-coated bacteria from non-IgA coated bacteria in the gut microbiota ⁸ and sort genetically engineered cell populations expressing fluorescent proteins. ⁹ Importantly, it has the capacity to separate more than one population simultaneously, which not only saves time and reagents but also allows for more sophisticated study designs. ¹⁰ However, FACS also has its limitations. If a population of interest is very rare (less than 1%), the sorting efficiency may be reduced, causing significant cell loss. In addition, some antibody binding may activate intracellular signal transduction that induces functional changes of the sorted cell population. ¹¹ Therefore, the phenotype used for sorting should be selected carefully.

Other methods exist besides FACS that are also based on cell surface markers for the enrichment of specific cell populations, such as magnetic-activated cell sorting (MCS). ¹² Similar to FACS, magnetic beads-conjugated antibodies can target specific cell surface molecules. Upon antibody-antigen interaction, magnetic beads-coated cells can be separated from non-coated cells after passing through a magnetic field. However, only a limited number of molecules can be targeted in MCS, as magnetic beads are, unlike various fluorescent colors in FACS, undistinguishable. It is thus difficult for MCS to define a cell phenotype with a complicated combination of surface markers. ^13,14 In addition, MCS is also able to cause unintended activation of target cells.

In our studies of a mouse model of systemic lupus erythematosus (SLE), ¹⁵ we intended to purify plasmacytoid dendritic cells (pDC) to investigate their functional changes with disease progression. We first used MCS to enrich pDC from the bone marrow by targeting PDCA-1, a molecule highly and uniquely expressed on murine pDC at steady state. ¹⁶ However, the cell purity was unexpectedly low, likely due to the upregulation of PDCA-1 on other cell populations in an inflammatory environment such as SLE.¹⁶ Ultimately, we have used FACS with a combination of four surface markers (CD11c, CD11b, B220 and PDCA-1) to separate high-purity pDC as CD11c+CD11b-B220+PDCA-1+ population. Murine pDC has another specific surface marker Siglec-H. We decided not to use Siglec-H, as antibody binding of this molecule represses the function of pDC to produce IFNα. ¹¹

プロトコル

注：MRL / MP-のFas ^のlpr狼瘡傾向マウスを繁殖させたとバージニア工科大学（動物福祉保証番号での施設内動物管理使用委員会（IACUC）の要件以下の特定病原体フリーの施設で維持した（MRL / LPR）： A3208-01）。この研究は、米国立衛生研究所の実験動物の管理と使用に関するガイドの推奨事項に厳密に従って行きました。全ての動物実験は、IACUCプロトコル番号12から062で行いました。

1.細胞培養培地およびソート・バッファ

1. 完全な細胞培養培地（C10）を10％ウシ胎児血清、1mMピルビン酸ナトリウム、1％の100 MEM非必須アミノ酸、10mMのHEPES、55μM2-メルカプトエタノール、2mMのL-グルタミンを補足したRPMI1640を使用して調製100 U / mlのペニシリン - ストレプトマイシン。
2. 並べ替えバッファを準備し、10mMのHEPESを補充した1×ハンクス平衡塩類溶液（HBSS）を用いて（フルHBSS）、2.5 mg / mlウシ血清アルブミン、0.05のMgCl ₂および0.2 U / mlのDNアーゼI.

2.マウスの解剖

1. 4ミリリットルのC10を含む2つの6 cmの直径の料理を準備します。氷の上に皿を置きます。
2. CO ₂吸入によりマウスを安楽死させます。
3. 脾臓を採取し、氷上でC10と皿の中でそれを保ちます。
   1. 解剖板に上向きに腹でマウスを突き止めます。 70％エタノールを噴霧することにより本体を滅菌。
   2. 皮膚をカットし、下に首に恥骨結合から腹側正中線に沿って筋肉の壁から皮膚を分離します。
   3. 足首への最初の切開部から後肢に沿って皮膚をカット。
   4. 裏面に肌をピンとダイヤフラムに最初の切開場所から側面に沿って筋肉壁をカット。
   5. 後頭部の右側の筋肉壁をピン。
   6. 小腸の下、胃の横にマウスの右側に脾臓を探します。目の一端をピックアップ電子脾臓と胃から分離。
4. 大腿骨と脛骨を含む、両方の後肢を切り取り、そしてできるだけ多くのすべての筋肉を取り除きます。
   1. 血管を回避しようとすると、鋭いハサミで足首に骨盤/股関節から後肢に沿って筋肉をカットします。
   2. 骨髄内容の暴露せずに骨盤/股関節と足首/足関節で切断することにより、後肢を分離。
   3. 繰り返しかみそりの刃で傷や関節のポイントで筋肉を切断することにより、骨の残りの筋肉を清掃してください。
5. 氷の上で4ミリリットルのC10を含む6センチ皿に骨を保管してください。次のマウスを解剖に進んでください。

3.脾細胞の単離

1. 赤い片が見えなくなるまで4ミリリットルのC10を含む皿の上に70μmのセルストレイナーに対するシリンジプランジャで軽く脾臓をホモジナイズします。
2. ストレーナAを介して皿に追加の6ミリリットルのC10を追加します。NDその後、15ミリリットルコニカルチューブに合計10ミリリットルの細胞懸濁液を移します。
3. 5分間遠心800×gで、4℃でコニカルチューブ。
4. 遠心分離後、上清を吸引し、2mlの1×赤血球（RBC）溶解緩衝液中で細胞ペレットを再懸濁します。室温で5分間インキュベートします。
5. インキュベーション後、5分間、800×gで4°Cをコニカルチューブを遠心します。
6. 遠心分離後、上清を吸引し、1mlのC10に細胞ペレットを再懸濁します。任意の大きな塊（死細胞）を破棄し、後でチューブを氷上に保ちます。
   注：多くの小さな塊がある場合は、一度細胞懸濁液をフィルタリングするために70μmのセルストレイナーを使用しています。
7. 自動細胞カウンターを用いてトリパンブルーを用いて細胞数をカウントします。

4.骨髄細胞の単離

1. 乳鉢に4ミリリットルのC10と骨を移し、合計で10ミリリットルC10の容量を作るために6ミリリットルC10を追加します。
2. APを使用して乳鉢で軽く骨をクラックestle。
3. C10に骨髄を解放するために乳棒で軽くかき混ぜます。
4. 70μmのセルストレイナーを通して氷上で50ミリリットルコニカルチューブに骨髄を含む10ミリリットルのC10を転送します。まだ骨を含む乳鉢に10ミリリットルの新鮮なC10を追加します。
   注：ピペット赤い塊が観察される場合は、ストレーナを通過する前に数回上下に骨髄を含む溶液。
5. 繰り返し二回4.4から4.2を繰り返します。最後の洗浄後、骨は白表示されます。
6. 5分間遠心800×gで、4℃で50ミリリットルコニカルチューブ。一方、RTで15 mlのコニカル遠心チューブ中の5 mlのにすぐに使用密度勾配培地を調製。
7. 遠心分離後、上清を吸引し、10mLのC10で細胞ペレットを再懸濁します。
8. ゆっくり二相の間に明確な界面を維持5mlの密度勾配媒体の上部と10 mlのCell懸濁液を層。その後で30分間1363グラムで15ミリリットルコニカルチューブを遠心分離9と0（またはブレーキOFF）に設定し、減速としての加速度が設定されたRT（20℃）。
9. 遠心分離した後、慎重にトップ8ミリリットルの溶液を除去し、新しい15ミリリットルコニカルチューブにインタフェース（単核細胞の層）で2ミリリットルの軟膜を収集します。
10. 骨髄単核細胞、キャップを含む15ミリリットルコニカルチューブに12ミリリットルの氷冷C10を追加して、よく混ぜ、10分、4℃、800×gでチューブを遠心分離する数回転倒。

FACS 5.細胞表面染色

1. サンプル染色
   1. 抗マウスCD16 / 32抗体溶液（HBSS-フルで1〜100希釈、5μg/ mlの最終濃度）を準備します。
   2. ステップ4.10において遠心分離後、上清を吸引し、単核細胞上のFc受容体をブロックするために100μlの抗マウスCD16 / 32抗体溶液中で細胞ペレットを再懸濁します。氷上で10分間インキュベートします。
   3. 蛍光標識抗体の混合物を準備する（アリI-マウスのCD11c-PE 1：40希釈、抗マウスのCD11b-APC-CY7 1:80希釈、抗マウスPDCA-1-FITC 1：40希釈および抗マウスB220-V500 HBSS-で1：40希釈サンプルあたり100μlの最終容量で、製造業者によって推奨されるようにフル）。
      注：これは、使用する前に抗体を滴定することが重要です。
   4. ステップ5.1.2での10分間のインキュベーション後、抗マウスCD16 / 32、非結合除去するために5分、4℃で800×gで4 mlの氷冷HBSSフルと遠心を追加します。
   5. 遠心分離後、上清を吸引し、100μlの蛍光標識抗体の混合物で細胞ペレットを再懸濁します。暗所で15分間氷上でインキュベートします。
   6. 15分間のインキュベーション後、未結合の蛍光標識抗体を除去するために、5分間800×gで、4℃で4 mlの氷冷HBSSフルと遠心を追加します。
   7. FACSのローディング溶液（HBSS-フルで500 ngの/ mlのDAPI）を準備します。
   8. ステップ5.1.6で遠心分離した後、上清を吸引し、500μの細胞ペレットを再懸濁;リットルFACSローディング溶液。 12×75ミリメートルの丸底チューブ（FACSチューブ）に細胞懸濁液を移し、1時間以内に仕分けするまで暗所でチューブを氷上に保ちます。
2. 補償のための染色
   1. PE、APC-CY7、FITC、V500、DAPIまたは未染色のようなラベル6は、FACSチューブ。一定分量のFACSチューブに1×10 ⁶細胞/チューブで脾細胞を、5分間、4℃で800×gで4ミリリットルHBSS-フルで洗浄します。
      注：使用してDNA結合蛍光色素、DAPI、死細胞から生細胞を区別します。 DAPIは（ただし生細胞）の死細胞の原形質膜を通過し、染色体DNAに結合することができます。
   2. 上清を吸引し、100μlのHBSS-完全に細胞ペレットを再懸濁します。
   3. 抗マウスCD19-PE 1：40希釈、抗マウスのCD11b-APC-CY7 1:80希釈、抗マウスPDCA-1-FITC 1：40希釈または：対応する各FACSチューブでは、以下の抗体の1を追加します。 manufaによって推奨されるように抗マウスB220-V500 1：40希釈cturer。そのまま5 ^回目 （DAPI）と6 ^番目 （未染色）FACSチューブを残します。振とうしてよく混合し、15分間、暗所で氷の上のすべてのFACSチューブをインキュベートします。
   4. インキュベーション後、各試験管に4 mlの氷冷HBSS-フルを追加し、5分間、800×gで4°CをFACSチューブを遠心してください。
   5. 遠心分離後、上清を吸引し、500μlのFACSローディング溶液中に再懸濁されたDAPI標識されたチューブ内のペレットを除き、500μlの氷冷HBSSフルで細胞ペレットを再懸濁します。ソートするまで暗所で氷の上のすべての6のチューブを維持します。

6.セルソーターでソート

注：サイトメーターおよびソフトウェア上の手順をソートの動作は、同社が提供する詳細な命令で標準化されています。 （ すなわち 、競合が30下に保持ミリリットル当たり10百万円、70％以上に効率を調整する-簡単に言えば、我々は5の間、標的細胞濃度を設定し、20 psiで100ミクロンのノズルを使用します％）。

1. 100 U / mlのペニシリン - ストレプトマイシンを含む500μlのFBS /チューブを収集FACSチューブを準備します。
2. ステップ5.2からの単染色補償管を使用して、セルソーターの補償パラメータを調整します。
   1. 各蛍光強度のために負のゲートを設定するために染色されていないチューブで10,000個の細胞を記録します。
   2. 各蛍光強度のために正のゲートを設定するには、他の単一染色補償チューブで10,000細胞を記録します。
      注：ソフトウェアが自動的に補正パラメータを算出します。
3. 3000細胞を記録することにより、ソートされた細胞集団のゲートを設定するためにステップ5.1から1のサンプルを使用してください。明らかに他のドットから分離したドット群として手動で、X及びY軸グラフのパラメータとして蛍光強度をゲート標的細胞集団使用。
   注：このゲーティングセットは、研究者の要件に基づいて、柔軟かつ任意です。研究者は1つ以上のマーカーに基づいて、より高純度が予想される場合、ゲートを移動高い対応する蛍光強度に基づいて。
4. コレクションチューブをロードし、標的細胞集団をソートするために開始します。
5. すべての試料管が行われるまで、ソートした後、氷上でコレクションチューブを保管してください。
6. 4ミリリットル、キャップまでのコレクションチューブに氷冷C10を追加し、混合するために反転。
7. 5分、4℃で800×gでコレクションチューブを遠心し、その後そのまま細胞ペレットと約200μLを残し、上清を吸引除去します。
8. 細胞ペレットを再懸濁し、1.5ミリリットル遠心管にすべての細胞懸濁液を転送する1ミリリットルの氷冷C10を追加します。
9. 5分間800×gで遠心分離し1.5mlチューブ、4°C、上清を吸引、手つかずの細胞ペレットに100μlのを残します。
10. 使用するまで氷上でソートされた細胞集団を保管してください。

結果

我々は、IFNαを産生する能力についてのpDCの機能変化を研究するために老いも若き両方年齢のMRL / LPRの狼瘡傾向マウスから、高純度の骨髄のpDCを豊かにすることを目的とした、および他の細胞型の影響を受けません。使用された最初の精製戦略は、 図1に示すように、濃縮した後にのみ7.75パーセントの純度につながった、MCS、でした。 MCSと比較して、FACS?...

ディスカッション

The protocol described in this manuscript is for high purity enrichment of live pDC that retain the ability to produce IFNα. The applications of this protocol include, but are not limited to, purification of pDC and/or any other mononuclear cells from the bone marrow of MRL/lpr and any other mouse strains for studies of cellular and molecular functions. Several critical steps in this protocol are to ensure high viability and purity of the sorted pDC. The first key step is the release of bone marrow from bones. To mi...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
RPMI 1640	gibco by life technologies	11875-093
Fetal bovine serum	HyClone	SH30396.03
Sodium pyruvate	gibco by life technologies	11360-070
MEM non-essential amino acids	gibco by life technologies	11140-050
HEPES	gibco by life technologies	15630-080
2-mercaptoethanol	gibco by life technologies	21985-023
L-glutamine	gibco by life technologies	25030-164
Penicillin-Streptomycin	gibco by life technologies	15140-122
1x Hank’s Balanced Salt Solution	gibco by life technologies	14175-079
MACS BSA Stock Solution	Miltenyi Biotec	130-091-376
MgCl2	SIGMA	M8266
DNase I	SIGMA	D4527
Red blood cell (RBC) lysis buffer	eBioscience	00-4300-54
Density gradient medium	GE Healthcare	17-1440-02	Ficoll-Paque Plus
anti-mouse CD19-PE	BD Pharmingen	553786
anti-mouse CD11c-PE	eBioscience	12-0114-82
anti-mouse CD11b-APC-CY7	BD Pharmingen	557657
anti-mouse PDCA-1-FITC	eBioscience	11-3172-81
anti-mouse B220-V500	BD Pharmingen	561226
DAPI	invitrogen	D3571
Plasmacytoid Dendritic Cell Isolation Kit II, mouse	Miltenyi Biotec	130-092-786
BD FACSAria I flow cytometer	BD Biosciences	643178
BD FACS Diva version 6	BD Biosciences