3D organotípicos Co-cultura de apoyo medular tímica epitelial proliferación celular, la diferenciación y la Expresión Génica Promiscuo Modelo
Summary
Studying medullary thymic epithelial cells in vitro has been largely unsuccessful, as current 2D culture systems do not mimic the in vivo scenario. The 3D culture system described herein – a modified skin organotypic culture model – has proven superior in recapitulating mTEC proliferation, differentiation and maintenance of promiscuous gene expression.
Abstract
El desarrollo de células T Intra-tímico requiere una malla tridimensional intrincada compuesta de diversas células del estroma, es decir, las células no-T. Timocitos atraviesan este andamio en un orden temporal y espacial altamente coordinada mientras secuencialmente pasando los puntos de control obligatorios, es decir, T compromiso de linaje celular, seguido por la generación repertorio T y la selección antes de su exportación en la periferia. Los dos tipos principales de células residentes que forman este andamio son células epiteliales del timo corticales (CTEC) y medulares (mTECs). Una característica clave de mTECs es la denominada expresión promiscua de numerosos antígenos restringida de tejido. Estos antígenos restringido de tejidos se presentan a los timocitos inmaduros directa o indirectamente por mTECs o células dendríticas tímicas, respectivamente resultante en la auto-tolerancia.
Modelos adecuados in vitro emulando las vías de desarrollo y las funciones de CTEC y mTECs Actualmente lacrey. Esta falta de modelos experimentales adecuados, por ejemplo, ha obstaculizado el análisis de la expresión génica promiscua, que todavía está poco conocida a nivel celular y molecular. Se adaptó un modelo de co-cultivo organotípico 3D a la cultura ex vivo mTECs aisladas. Este modelo fue originalmente ideado para cultivar queratinocitos de tal manera como para generar un equivalente de piel in vitro. El modelo 3D conserva características funcionales clave de MTEC biología: (i) la proliferación y la diferenciación terminal de CD80 he aquí-Aire negativa en CD80 hi, mTECs-Aire positivo, (ii) la capacidad de respuesta de RANKL, y (iii) la expresión sostenida de Foxn1, Aire y genes restringido de tejidos en CD80 hi mTECs.
Introduction
Timocitos en desarrollo constituyen aproximadamente el 98% del timo, mientras que el 2% restante consiste en una variedad de células que colectivamente componen el estroma tímico (es decir, células epiteliales, células dendríticas, macrófagos, células B, fibroblastos, células endoteliales). Las células epiteliales corticales exteriores (CTEC) procuran la inmigración de las células pro-T de la médula ósea, linaje de células T de inducción en multipotentes células pre-T y la selección positiva de la auto-MHC restringida timocitos inmaduros. Las células internas medulares del timo epiteliales (mTECs) están involucrados en la tolerancia a la inducción de los timocitos con un TCR de alta afinidad para los complejos de auto-péptido / MHC por cualquiera de inducir la selección negativa o su desviación en el linaje de células T reguladora. En el contexto de la inducción de la tolerancia central, mTECs son los únicos que expresan un amplio espectro de antígenos propios restringido de tejidos (TRAS) reflejando así el auto periférica. Este fenómeno se llama promiscua expresión génica (PGE)1,2.
La mayoría de los estudios actuales sobre este fascinante tipo de célula se basan en células aisladas ex vivo, como diversos sistemas de cultivo 2D a corto plazo como resultado invariablemente en la pérdida de PGE y moléculas clave como regulador de MHC de clase II, Foxn1 y Aire dentro de los primeros 2 días 3-6 . Se mantuvo sin embargo no está claro, que los componentes y características de la malla 3D intacta del timo particulares faltaban en modelos 2D. El cultivo de órganos tímico re-agregación (RTOC) ha sido hasta ahora el único sistema 3D que permite el estudio de desarrollo de las células T, por un lado, y la biología de células del estroma, por otro lado, en un microambiente tímico intacta 7. Sin embargo, RTOCs tienen ciertas limitaciones, es decir, que ya contienen una mezcla compleja de células, requieren la entrada de las células del estroma fetales y soportar un período de cultivo máxima de 5 a 10 días.
La falta de reduccionista en los sistemas de cultivo in vitro ha dificultado el estudio devarios aspectos del desarrollo de las células T y la organogénesis del timo no menos importante la regulación molecular de PGE y su relación con la biología del desarrollo de mTECs.
Debido a la estrecha relación-de la organización estructurada de las células epiteliales de la piel y el timo, se optó por un sistema 3D cultura organotípico (OTC) que había sido desarrollado originalmente para emular a la diferenciación de los queratinocitos in vitro y por lo tanto crear un equivalente dérmico. El sistema OTC consiste en una matriz inerte andamio superpuesta con fibroblastos dérmicos que se encuentran atrapados en un gel de fibrina, en la que los queratinocitos se siembran 8,9. Aquí, hemos sustituido los queratinocitos con mTECs purificados. Manteniendo las características básicas de este modelo, hemos optimizado ciertos parámetros.
En el modelo de venta libre aprobado mTECs proliferaron, se sometió a la diferenciación terminal y mantenido la identidad MTEC y PGE, imitando así de cerca en el desarrollo mTECs vivo <sup> 10. Esta nota técnica proporciona un protocolo detallado que permite el paso a paso la configuración de OTC timo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Junto RTOCs, la OTC 3D haber sido muy superior en términos de diferenciación TEC y PGE mantenimiento / inducción (Tabla 1) en comparación con otros (i) «culturas 3D simplificados 'usando – fibroblastos solo sin el andamio; (Ii) sistemas 2D utilizando – células fibroblastos / alimentador co-cultivadas con TEC 10, (iii) las células 3T3-J2 en el que se desarrollan clones TEC, pero PGE se pierde, (iv) matrigel o (v) los componentes de ECM (datos no publicados). PGE se mantuvo durante u…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work has been supported by the German Cancer Research Center (DKFZ), the EU-consortium “Tolerage”, the Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 938) and the Landesstiftung Baden-Württemberg.
Materials
| Pregnant C57BL/6 mice | Charles River WIGA | ||
| LS columns | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| MS columns | Miltenyi Biotec | 130-042-201 | |
| CD45 Microbeads, mouse | Miltenyi Biotec | 130-052-301 | |
| Anti-PE Microbeads | Miltenyi Biotec | 130-048-801 | |
| Streptavidin Microbeads | Miltenyi Biotec | 130-048-101 | |
| EpCAM (G8.8 -Alexa 647 and -biotin) | Ref. 12 | ||
| CD80-PE antibody | BD Pharmingen | 553769 | |
| CD45-PerCP antibody | BD Pharmingen | 557235 | |
| Ly51-FITC antibody | BD Pharmingen | 553160 | |
| CDR1-Pacific Blue | Ref. 15 | ||
| Keratin 14 antibody | Covance | PRB-155P | |
| Vimentin antibody | Progen | GP58 | |
| Cy3-conjugated AffiniPure Goat anti-Rabbit IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 111-165-003 | |
| Alexa 488-conjugated AffiniPure F(ab')2 Fragment Goat anti-Guinea Pig IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 106-546-003 | |
| Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 conjugate | Molecular Probes (Invitrogen GmbH) | A-11008 | |
| Click-iT EdU Alexa Fluor 594 Imaging Kit | Invitrogen | C10339 | |
| Click-iT EdU Alexa Fluor 488 Flow Cytometry Assay Kit | Invitrogen | C10425 | |
| 12-well filter inserts (thincerts) | Greiner bio-one | 657631 | |
| 12-well plate | Greiner | 665180-01 | |
| Jettex 2005/45 | ORSA, Giorla Minore, Italy | ||
| Fibrinogen TISSUECOL-Kit Immuno | Baxter | ||
| Thrombin TISSUECOL-Kit Immuno | Baxter | ||
| PBS | Serva | 47302.03 | |
| DMEM | Lonza | BE12-604F | |
| DMEM/F12 | Lonza | BE12-719F | |
| HEPES | Gibco | 15630-049 | |
| FBS Gold | GE Healthcare | A11-151 | |
| Aprotinin (Trasylol) | Bayer | 4032037 | |
| Cholera toxin | Biomol | G117 | |
| Hydrocortisone | Seromed (Biochrom) | K3520 | |
| L-ascorbic acid | Sigma | A4034 | |
| TGF-ß1 | Invitrogen | PHG9214 | |
| RANKL | R&D systems | 462-TR-010 | |
| Thermolysin | Sigma Aldrich | T-7902 | |
| OCT Compound | TissueTek | 4583 | |
| Trizol (aka. Denaturing solution – Acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction) | Invitrogen | 10296028 | |
| FastPrep FP120 | Thermo Scientific | ||
| Collagenase Type IV | CellSystems | LS004189 | 0.2 mg/ml and 57U/ml final conc. |
| Neutrale Protease (Dispase) | CellSystems | LS002104 | 0.2 mg/ml and 1.2U/ml final conc. |
| DNase I | Roche | 11 284 932 001 | 25 µg/ml final conc. |
References
- 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).
- Kyewski, B., Klein, L. A central role for central tolerance. Annual review of immunology. 24, 571-606 (2006).
- Bonfanti, P., et al. Microenvironmental reprogramming of thymic epithelial cells to skin multipotent stem cells. Nature. 466, 978-982 (2010).
- Kont, V., et al. Modulation of Aire regulates the expression of tissue-restricted antigens. Molecular Immunology. 45, 25-33 (2008).
- Mohtashami, M., Zuniga-Pflucker, J. C. Three-dimensional architecture of the thymus is required to maintain delta-like expression necessary for inducing T cell development. J Immunol. 176, 730-734 (2006).
- Palumbo, M. O., Levi, D., Chentoufi, A. A., Polychronakos, C. Isolation and characterization of proinsulin-producing medullary thymic epithelial cell clones. Diabetes. 55, 2595-2601 (2006).
- White, A., Jenkinson, E., Anderson, G. Reaggregate thymus cultures. Journal of visualized experiments : JoVE. , (2008).
- Stark, H. J., et al. Epidermal homeostasis in long-term scaffold-enforced skin equivalents. J Investig Dermatol Symp Proc. 11, 93-105 (2006).
- Boehnke, K., et al. Effects of fibroblasts and microenvironment on epidermal regeneration and tissue function in long-term skin equivalents. Eur J Cell Biol. 86, 731-746 (2007).
- Pinto, S., et al. An organotypic coculture model supporting proliferation and differentiation of medullary thymic epithelial cells and promiscuous gene expression. J Immunol. 190, 1085-1093 (2013).
- Gabler, J., Arnold, J., Kyewski, B. Promiscuous gene expression and the developmental dynamics of medullary thymic epithelial cells. Eur J Immunol. 37, 3363-3372 (2007).
- Farr, A., Nelson, A., Truex, J., Hosier, S. Epithelial heterogeneity in the murine thymus: a cell surface glycoprotein expressed by subcapsular and medullary epithelium. The journal of histochemistry and cytochemistry : official journal of the Histochemistry Society. 39, 645-653 (1991).
- Stark, H. J., et al. Authentic fibroblast matrix in dermal equivalents normalises epidermal histogenesis and dermoepidermal junction in organotypic co-culture. Eur J Cell Biol. 83, 631-645 (2004).
- Schoop, V. M., Mirancea, N., Fusenig, N. E. Epidermal organization and differentiation of HaCaT keratinocytes in organotypic coculture with human dermal fibroblasts. J Invest Dermatol. 112, 343-353 (1999).
- Rouse, R. V., Bolin, L. M., Bender, J. R., Kyewski, B. A. Monoclonal antibodies reactive with subsets of mouse and human thymic epithelial cells. The journal of histochemistry and cytochemistry : official journal of the Histochemistry Society. 36, 1511-1517 (1988).
