Summary

Undersøgelse af tymisk positiv og negativ selektion ved flowcytometri

Published: October 08, 2012
doi:

Summary

Vi præsenterer en flowcytometri-baserede metode til at undersøge T-celleudvikling<em> In vivo</em> Hjælp af genetisk manipulerede mus på en vildtype-eller T-cellereceptor transgen baggrund.

Abstract

Et sundt immunsystem kræver, at T-celler reagerer på fremmede antigener, mens de resterende tolerant til selv-antigener. Tilfældig omlejring af T-cellereceptoren (TCR) α og β loci genererer et T-celle-repertoire med stor forskel på antigenspecificitet, både til sig selv og fremmede. Udvælgelse af repertoiret under udvikling i thymus er kritisk for generering af sikre og egnede T-celler. Defekter i thymisk udvælgelse bidrage til udviklingen af autoimmune og immundefekt lidelser 1-4.

T-celle-progenitorer ind thymus som dobbelt-negative (DN) thymocytter, som ikke udtrykker CD4-eller CD8-co-receptorer. Ekspression af αβTCR og begge coreceptorer forekommer ved den dobbelte positive (DP) fase. Interaktion af αβTCR med selv-peptid-MHC (pMHC) præsenteret ved thymiske celler bestemmer skæbnen for DP thymocyt. Høj affinitet interaktioner fører til negativ selektion og elimineringtion af selvnedbrydende thymocytter. Lav affinitet interaktioner resulterer i positiv selektion og udvikling af CD4 eller CD8 enkelte positive (SP) T-celler stand til at genkende fremmede antigener præsenteret af selv-MHC 5.

Positiv selektion kan undersøges i mus med et polyklonalt (vildtype) TCR repertoire ved at observere dannelsen af ​​modne T-celler. De er imidlertid ikke ideelle til studiet af negativ udvælgelse, der involverer deletion af små antigen-specifikke populationer. Mange modelsystemer har været anvendt til at undersøge negativ selektion, men varierer i deres evne til at rekapitulere fysiologiske begivenheder 6. For eksempel mangler in vitro-stimulering af thymocytter den thymiske miljø, som er tæt involveret i selektion, mens indgivelse af exogent antigen kan føre til ikke-specifik deletion af thymocytter 7-9. I øjeblikket er de bedste værktøjer til at studere in vivo negativ selektion er mus, der udtrykker en transgENIC TCR specifikke for endogene selv-antigen. Imidlertid er mange klassiske TCR-transgene modeller karakteriseret ved for tidlig ekspression af det transgene TCRα kæde på DN fase, hvilket resulterer i for tidlig negativ selektion. Vores laboratorium har udviklet HY CD4 model, hvor det transgene HY TCRα er betinget udtrykt på DP fase, hvilket tillader negativ selektion til at forekomme i DP til SP overgang som forekommer i vildtype-mus 10.

Her beskriver vi en flowcytometri-baseret protokol til at undersøge thymisk positiv og negativ selektion i HY CD4 musemodel. Mens negativ selektion i HY CD4 mus er meget fysiologisk, kan disse fremgangsmåder også anvendes på andre TCR-transgene modeller. Vi vil også præsentere generelle strategier til at analysere positiv selektion i et polyklonalt repertoire gælder for genetisk manipulerede mus.

Protocol

Se figur 1 for en samlet ordning af forsøgsprotokollen. 1. Dissection Sted sterile stål mesh sigte i 60 x 15 mm petriskål. En enhed er nødvendig pr vævsprøve. Der tilsættes 5 ml Hanks balancerede saltopløsning (HBSS) til hver skål. Hold retter på is. Aflive mus med CO 2. Sikker mus til dissektion overflade, ventral opad. Spray mus med 70% ethanol til sterilisering og sikre, at pelsen sammenfiltret ned. A…

Representative Results

I fysiologiske TCR transgene modeller og WT mus, begynder positiv markering på DP lyse scene før du flytter ind i DP kedelig etape efter antigen encounter. DP kedelige thymocytter derefter indtaste et overgangs CD4 + CD8 lo etape før han blev CD4SP eller CD8SP thymocytter (figur 2B). Ældre SP thymocyter er kendetegnet ved høj TCR ekspression og tab af CD24 (figur 2C). Mens CD8 af CD4 profil kan afsløre fejl i positiv selektion…

Discussion

Protokollen præsenteres her kan anvendes til at undersøge positiv og negativ selektion i ikke-TCR transgene og TCR-transgene mus. Denne protokol beskrives farvning af overflade-antigener. For en nærmere analyse af molekylære mekanismer, er det ofte nødvendigt at udføre intracellulær farvning. Vi bruger BD Biosciences Cytofix / Cytoperm Kit for de fleste intracellulære proteiner og BD Biosciences foxp3 farvningssæt for transkriptionsfaktorer. Vi plejer at købe vores prøver umiddelbart efter farvning. Imidlerti…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne vil gerne takke Bing Zhang for hans teknisk bistand. Dette arbejde blev finansieret af den canadiske Institutes for Health Research (MOP-86.595). TAB er en CIHR New Investigator og AHFMR Scholar. QH er understøttet af en CIHR Canada Graduate Scholarship – Ph.d. og en AIHS Fuldtids studentship. SAN er understøttet af en dronning Elizabeth II Graduate Scholarship. AYWS understøttes af en NSERC Postgraduate Scholarship – Doctoral.

Materials

Name of the reagent Company Catalogue number Comments (optional)
HyClone Hank’s balanced salt solution Thermo Scientific SH30030.02
Metal mesh screens Cedarlane CX-0080-E-01
Petri dishes (60 x 15 mm) Fisher Scientific 877221
Syringes (3 ml) BD Biosciences 309657
Conical tubes (15 ml) Sarstedt 62.554.205
Microscope Zeiss – Primo Star 415500-00XX-000
Hemocytometer Hausser Scientific 3110
96-well plate Sarstedt 82.1582.001
Multichannel pipette Fisherbrand 21-377-829
Fetal calf serum PAA A15-701
Phosphate buffered saline Fisher Scientific SH3025802
Sodium azide IT Baker Chemical Co. V015-05
FcR blocking reagent Clone 2.4G2
Anti-mouse HY TCR eBioscience XX-9930-YY* Clone T3.70
Anti-mouse CD4 eBioscience XX-0042-YY* Clone RM4-5
Anti-mouse CD8α eBioscience XX-0081-YY* Clone 53-6.7
Anti-mouse CD24 eBioscience XX-0242-YY* Clone M1/69
Anti-mouse TCRβ eBioscience XX-5961-YY* Clone H57-597
Anti-mouse CD69 Biotinylated eBioscience 13-0691-YY* Clone H1.2F3
Anti-mouse CD5 Biotinylated eBioscience 13-0051-YY* Clone 53-7.3
Streptavidin eBioscience XX-4217-YY*
Flow cytometer BD Biosciences – FACS Canto 338962
FACS tubes BD Biosciences 352052
Flow cytometry analysis software TreeStar – Flowjo FlowJo v7/9
HyClone RPMI – 1640 medium Thermo Scientific SH30027.01

*XX varies by fluorochrome and YY varies by vial size.

References

  1. Liston, A., Lesage, S., Wilson, J., Peltonen, L., Goodnow, C. C. Aire regulates negative selection of organ-specific T cells. Nat. Immunol. 4, 350-354 (2003).
  2. Liston, A. Gene dosage–limiting role of Aire in thymic expression, clonal deletion, and organ-specific autoimmunity. J. Exp. Med. 200, 1015-1026 (2004).
  3. Hogquist, K. A., Baldwin, T. A., Jameson, S. C. Central tolerance: learning self-control in the thymus. Nat. Rev. Immunol. 5, 772-782 (2005).
  4. Liston, A., Enders, A., Siggs, O. M. Unravelling the association of partial T-cell immunodeficiency and immune dysregulation. Nat. Rev. Immunol. 8, 545-558 (2008).
  5. Starr, T. K., Jameson, S. C., Hogquist, K. A. Positive and negative selection of T cells. Annu. Rev. Immunol. 21, 139-176 (2003).
  6. McCaughtry, T. M., Hogquist, K. A. Central tolerance: what have we learned from mice. Seminars in immunopathology. 30, 399-409 (2008).
  7. Zhan, Y. Without peripheral interference, thymic deletion is mediated in a cohort of double-positive cells without classical activation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100, 1197-1202 (2003).
  8. Brewer, J. A., Kanagawa, O., Sleckman, B. P., Muglia, L. J. Thymocyte apoptosis induced by T cell activation is mediated by glucocorticoids in vivo. J. Immunol. 169, 1837-1843 (2002).
  9. Martin, S., Bevan, M. J. Antigen-specific and nonspecific deletion of immature cortical thymocytes caused by antigen injection. European journal of immunology. 27, 2726-2736 (1997).
  10. Baldwin, T. A., Sandau, M. M., Jameson, S. C., Hogquist, K. A. The timing of TCR alpha expression critically influences T cell development and selection. J. Exp. Med. 202, 111-121 (2005).
  11. Tung, J. W. Modern flow cytometry: a practical approach. Clinics in laboratory medicine. 27, 453-468 (2007).
  12. Aliahmad, P., Kaye, J. Development of all CD4 T lineages requires nuclear factor TOX. J. Exp. Med. 205, 245-256 (2008).
  13. Kastner, P. Bcl11b represses a mature T-cell gene expression program in immature CD4(+)CD8(+) thymocytes. Eur. J. Immunol. 40, 2143-2154 (2010).
  14. Albu, D. I. BCL11B is required for positive selection and survival of double-positive thymocytes. J. Exp. Med. 204, 3003-3015 (2007).
  15. Van De Wiele, C. J. Thymocytes between the beta-selection and positive selection checkpoints are nonresponsive to IL-7 as assessed by STAT-5 phosphorylation. J. Immunol. 172, 4235-4244 (2004).
  16. Ueno, T. CCR7 signals are essential for cortex-medulla migration of developing thymocytes. J. Exp. Med. 200, 493-505 (2004).
  17. Saini, M. Regulation of Zap70 expression during thymocyte development enables temporal separation of CD4 and CD8 repertoire selection at different signaling thresholds. Science signaling. 3, ra23 (2010).
  18. Hu, Q., Sader, A., Parkman, J. C., Baldwin, T. A. Bim-mediated apoptosis is not necessary for thymic negative selection to ubiquitous self-antigens. J. Immunol. 183, 7761-7767 (2009).
  19. Kisielow, P., Bluthmann, H., Staerz, U. D., Steinmetz, M., von Boehmer, H. Tolerance in T-cell-receptor transgenic mice involves deletion of nonmature CD4+8+ thymocytes. Nature. 333, 742-746 (1988).
  20. McCaughtry, T. M., Baldwin, T. A., Wilken, M. S., Hogquist, K. A. Clonal deletion of thymocytes can occur in the cortex with no involvement of the medulla. J. Exp. Med. 205, 2575-2584 (2008).
  21. Derbinski, J., Schulte, A., Kyewski, B., Klein, L. Promiscuous gene expression in medullary thymic epithelial cells mirrors the peripheral self. Nat. Immunol. 2, 1032-1039 (2001).
  22. Anderson, M. S. Projection of an immunological self shadow within the thymus by the aire protein. Science. 298, 1395-1401 (2002).
  23. Kurts, C. Constitutive class I-restricted exogenous presentation of self antigens in vivo. J. Exp. Med. 184, 923-930 (1996).
  24. Nitta, T., Nitta, S., Lei, Y., Lipp, M., Takahama, Y. CCR7-mediated migration of developing thymocytes to the medulla is essential for negative selection to tissue-restricted antigens. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106, 17129-17133 (2009).
  25. Bouneaud, C., Kourilsky, P., Bousso, P. Impact of negative selection on the T cell repertoire reactive to a self-peptide: a large fraction of T cell clones escapes clonal deletion. Immunity. 13, 829-840 (2000).
  26. Gallegos, A. M., Bevan, M. J. Central tolerance to tissue-specific antigens mediated by direct and indirect antigen presentation. J. Exp. Med. 200, 1039-1049 (2004).
  27. Moon, J. J. Naive CD4(+) T cell frequency varies for different epitopes and predicts repertoire diversity and response magnitude. Immunity. 27, 203-213 (2007).
  28. Bouillet, P. BH3-only Bcl-2 family member Bim is required for apoptosis of autoreactive thymocytes. Nature. 415, 922-926 (2002).
  29. Suen, A. Y., Baldwin, T. A. Proapoptotic protein Bim is differentially required during thymic clonal deletion to ubiquitous versus tissue-restricted antigens. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , (2012).
  30. Calnan, B. J., Szychowski, S., Chan, F. K., Cado, D., Winoto, A. A role for the orphan steroid receptor Nur77 in apoptosis accompanying antigen-induced negative selection. Immunity. 3, 273-282 (1995).
  31. Zhou, T. Inhibition of Nur77/Nurr1 leads to inefficient clonal deletion of self-reactive T cells. J. Exp. Med. 183, 1879-1892 (1996).
  32. Baldwin, T. A., Hogquist, K. A. Transcriptional analysis of clonal deletion in vivo. J. Immunol. 179, 837-844 (2007).
check_url/4269?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Hu, Q., Nicol, S. A., Suen, A. Y., Baldwin, T. A. Examination of Thymic Positive and Negative Selection by Flow Cytometry. J. Vis. Exp. (68), e4269, doi:10.3791/4269 (2012).

View Video