JoVE Journal > Immunology and Infection
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Résultats
Discussion
Divulgations
Acknowledgements
Materials
References
Traduction automatique
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Immunologie et infection

Analysera funktionerna hos mastceller in vivo med hjälp av' mastcell knock-in' möss

Published: May 27, 2015
doi:
10.3791/52753
, , , , ,
1Department of Pathology,Stanford University School of Medicine, 2Department of Microbiology & Immunology,Stanford University School of Medicine

Summary

Vi beskriver en metod för generering av in vitro härledda mastceller, deras engraftment i mast cell-bristfälliga möss och analysen av fenotyp, siffror och fördelning av ingrafted mastceller på olika anatomiska platser. Detta protokoll kan användas för att bedöma funktionerna i mastceller in vivo.

Abstract

Mastceller (MCs) är hematopoetiska celler som finns i olika vävnader, och är särskilt rikliga på platser som utsätts för den yttre miljön, såsom hud, luftvägar och mag-tarmkanalen. Mest kända för sin skadliga roll i IgE-beroende allergiska reaktioner har MCs också dykt upp som viktiga aktörer i värdförsvar mot gift och invaderande bakterier och parasiter. MC fenotyp och funktion kan påverkas av mikromiljömentala faktorer som kan skilja sig åt beroende på anatomisk plats och/eller baserat på typ eller utvecklingsstadium för immunsvar. Av denna anledning har vi och andra gynnat in vivo-metoder framför in vitro-metoder för att få insikt i MC-funktioner. Här beskriver vi metoder för generering av mus benmärg-härledda odlade MCs (BMCMCs), deras adoptivöverföring till genetiskt MC-bristfälliga möss och analysen av antalet och fördelningen av adoptivt överförda MCs på olika anatomiska platser. Denna metod, som kallas“mastcells-knock-in”-metoden, har använts i stor utsträckning under de senaste 30 åren för att bedöma funktionerna hos MCs och MC-härledda produkter in vivo. Vi diskuterar fördelarna och begränsningarna med denna metod, mot bakgrund av alternativa tillvägagångssätt som har utvecklats under de senaste åren.

Introduction

Mastceller (MCs) är hematopoetiska celler som uppstår från pluripotenta benmärgsprogenitorer1-3. Efter benmärgsegression migrerar MCs-stamceller till olika vävnader där de utvecklas till mogna MCs under påverkan av lokalatillväxtfaktorer 1-3. Vävnadsboende MCs är strategiskt placerade vid värdmiljögränssnitt, såsom huden, luftvägarna och mag-tarmkanalen, där de beter sig som en första försvarslinje mot yttreförolämpningar 3-6. MCs är ofta sub-classified baserat på deras “baslinje” fenotypiska egenskaper och deras funktionella platser. Hos möss har två typer av MCs beskrivits: MCs av “bindvävstyp” (CTMCs) och MCs (MCosal MCs)1-3,7,8. CTMCs ligger ofta runt venuler och nära nervfibrer, och bor i serosala håligheter, medan MMCs upptar intraepithelial platser i tarmen och andningsslemhinnan1-3.

Många metoder har tillämpats för att studera biologiska funktioner hos MCs9-13. Många grupper har fokuserat på in vitro-metoder med hjälp av antingen cellinjer (t.ex. de mänskliga MC-linjerna HMC114 eller LAD215,16), in vitro-härledda MCs (t.ex. humana perifera blodbaserade MCs17, eller musbenmärgs-härledda MCs odlade MCs [BMCMCs]18,fetala hud-härledda odlade MCs [FSCMCs]19 och peritoneal cell-härledda MCs [PCMCs]20) eller ex vivo isolerade MCs från olika anatomiska platser. Alla dessa modeller används ofta för att studera molekylära detaljer i MC-biologi, såsom signalvägar som är involverade i MC-aktivering. En viktig aspekt av MCs biologi är dock att deras fenotypiska och funktionella egenskaper(t.ex.cytoplasmic granulat proteas innehåll eller svar på olika stimuli) kan moduleras genom anatomisk plats och mikromiljö2,7. Eftersom den exakta blandningen av sådana faktorer som uppstår in vivo kan vara svår att reproducera in vitro, föredrar vi att använda in vivo-metoder för att få insikter i MCs-funktioner9.

Flera musstammar med genetisk MC-brist finns, såsom de allmänt använda WBB6F1–Kit W/ W-v eller C57BL / 6 –Kit W-sh / W-sh möss. Dessa möss saknar uttryck och/eller aktivitet av KIT (CD117), receptorn för den viktigaste MC-tillväxtfaktorn stamcellsfaktor (SCF)21,22. Som ett resultat har dessa möss en djupgående MC-brist men har också ytterligare fenotypiska avvikelser relaterade till deras c-kit mutationer (i WBB6F1–Kit W / W-v möss) eller effekterna av den stora kromosomal inversion som resulterar i minskad c-kit uttryck (i C57BL/6-Kit W-sh/W-sh möss)9,10,12,23. På senare tid har flera stammar av möss med c-kit-oberoende konstituerande MC-brist rapporterats24-26. Alla dessa möss och några ytterligare nya typer av inducerbara MC-bristfälliga möss har nyligen granskats i detalj9,10,13.

Här beskriver vi metoder för generering av mus benmärg-härledda odlade MCs (BMCMCs), deras adoptivöverföring till MC-bristfälliga möss och analysen av antalet och fördelningen av adoptiviskt överförda MCs på olika anatomiska platser. Denna så kallade “mastcellsknackning” -metod kan användas för att bedöma funktionerna hos MCs och MC-härledda produkter in vivo. Vi diskuterar fördelarna och begränsningarna med denna metod, mot bakgrund av alternativa tillvägagångssätt som har utvecklats under de senaste åren.

Protocol

All djurvård och alla experiment utfördes i enlighet med riktlinjerna från National Institutes of Health och med särskilt godkännande av Institutional Animal Care and Use Committee vid Stanford University. 1. Generering och karakterisering av benmärgsbaserade odlade mastceller (BMCMCs). Anm.: Donator BMCMCs bör genereras från benmärgsceller med samma genetiska bakgrund som mottagarens MC-bristfälliga möss. Han-härledda givaren BMCMCs är inte lämpliga fö…

Representative Results

En översikt över metoden “mastcellsknackning” visas i figur 1och omfattar generering av BMCMC, antalet celler som bör ingraferas i.p., dvs. t.ex.ökar innehållet i lagrade medlare i MC cytoplasmagranulat stadigt med tiden38). Figur 2 visar representativa flöde cytometri analyser och toluidin blå färgning av BMCMCs efter 1, 15 och 45 dagar av kultur i DMEM medium som innehåller i 20% WEHI-3 cell-konditionerade medium som en källa till IL-3. Observera …

Discussion

Nästan 30 år efter den förstabeskrivningen 38fortsätter metoden med” mastcellsknackning” att ge värdefull information om vad MCs kan göra eller inte kan göra in vivo. Funktionerna hos MCs ansågs länge vara begränsade till deras roll i allergi. Data som genereras medhjälp av metoden ” mastcellsknackning” har ändrat denna uppfattning genom att tillhandahålla bevis för att MCs bland annat kan spela kritiska roller i värdförsvaret mot vissapatogener 4,39 eller<…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

N.G. är mottagare av stipendier från franska “Fondation pour la Recherche Médicale FRM” och Philipp Foundation; R.S. stöds av Lucile Packard Foundation for Children’s Health och Stanford NIH/NCRR CTSA award number UL1 RR025744; P.S. stöds av max Kade-stipendiet från Max Kade-stiftelsen och den österrikiska vetenskapsakademin och ett Schroedinger-stipendium från Österrikiska vetenskapsfonden (FWF): J3399-B21; S.J.G. erkänner stöd från National Institutes of Health-bidrag U19 AI104209, NS 080062 och från Tobacco-Related Disease Research Program vid University of California; L.L.R. erkänner stöd från Arthritis National Research Foundation (ANRF) och National Institutes of Health grant K99AI110645.

Materials

1% Antibiotic-Antimycotic Solution Corning cellgro 30-004-Cl
3 ml Syringe Falcon 309656
35 mm x 10 mm Dish Corning cellgro 430588
5 ml Polystyrene Round Bottom Tube Falcon 352058
Acetic Acid Glacial Fisher Scientific A35-500
Alcian Blue 8GX Rowley Biochemical Danver 33864-99-2
Allegra 6R Centrifuge Beckman
Anti-mouse CD16/32 (clone 93) Purified eBioscience 14-0161-81
2-Mercaptoethanol Sigma Aldrich M7522
BD 1 ml TB Syringe BD Syringe 309659
BD 22G x1 (0.7 mm x 25 mm) Needles BD Precision Glide Needle 205155
BD 25G 5/8 Needles BD Syringe 305122
BD 30G x1/2 Needles BD Precision Glide 305106
Blue MAX Jr, 15 ml Polypropylene Conical Tube Falcon 352097
Chloroform Fisher Scientific C298-500
Cytoseal 60 Mounting Medium Richard-Allan Scientific 8310-4
Cytospin3 Shandon NA
DakoCytomation pen Dako S2002
Dulbecco Modified Eagle Medium (DMEM) 1x Corning cellgro 15-013-CM
Ethanol Sigma Aldrich E 7023-500ml
Fetal Bovine Serum Heat Inactivated Sigma Aldrich F4135-500ml
FITC Conjugated IgG2b K Rat Isotype Control eBioscience 14-4031-82
Fluorescein Isotiocyanate (FITC) Conjugated Anti-mouse KIT (CD117; clone 2B8) eBioscience 11-1171-82
Formaldehyde Fisher Scientific F79-500
Giemsa Stain Modified Sigma Aldrich GS-1L
Isothesia Henry Schein Animal Health 29405
May-Grunwald Stain Sigma Aldrich MG-1L
Multiwell 6 well plates Falcon 35 3046
Olympus BX60 Microscope Olympus NA
Paraplast Plus Tissue Embedding Medium Fisher Brand 23-021-400
PE Conjugated IgG Armenian Hamster Isotype Control eBioscience 12-4888-81
Phosphate-Buffered-Saline (PBS) 1x Corning cellgro 21-040-CV
Phycoerythrin (PE) Conjugated Anti-mouse FceRIa (clone MAR-1) eBioscience 12-5898-82
Propidium Iodide Staining Solution eBioscience 00-6990-50
Recombinant Mouse IL-3 Peprotech 213-13
Safranin-o Certified Sigma Aldrich S8884
Tissue culture flasks T25 25 cm2 Beckton Dickinson 353109
Tissue culture flasks T75 75 cm2 Beckton Dickinson 353110
Toluidine Blue 1 % Aqueous LabChem-Inc LC26165-2
Recombinant Mouse SCF Peprotech 250-03
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kitamura, Y. Heterogeneity of mast cells and phenotypic change between subpopulations. Annu. Rev. Immunol. 7, 59-76 (1989).
  2. Galli, S. J., Borregaard, N., Wynn, T. A. Phenotypic and functional plasticity of cells of innate immunity: macrophages, mast cells and neutrophils. Nat. Immunol. 12, 1035-1044 (2011).
  3. Gurish, M. F., Austen, K. F. Developmental origin and functional specialization of mast cell subsets. Immunity. 37, 25-33 (2012).
  4. Abraham, S. N., St John, A. L. Mast cell-orchestrated immunity to pathogens. Nat. Rev. Immunol. 10, 440-452 (2010).
  5. Galli, S. J., Grimbaldeston, M., Tsai, M. Immunomodulatory mast cells: negative, as well as positive, regulators of immunity. Nat. Rev. Immunol. 8, 478-486 (2008).
  6. Reber, L. L., Frossard, N. Targeting mast cells in inflammatory diseases. Pharmacol. Ther. 142, 416-435 (2014).
  7. Galli, S. J. Mast cells as ‘tunable’ effector and immunoregulatory cells: recent advances. Ann. Rev. Immunol. 23, 749-786 (2005).
  8. Moon, T. C. Advances in mast cell biology: new understanding of heterogeneity and function. Mucosal Immunol. 3, 111-128 (2010).
  9. Reber, L. L., Marichal, T., Galli, S. J. New models for analyzing mast cell functions in vivo. Trends Immunol. 33, 613-625 (2012).
  10. Rodewald, H. R., Feyerabend, T. B. Widespread immunological functions of mast cells: fact or fiction. Immunity. 37, 13-24 (2012).
  11. Siebenhaar, F. The search for Mast Cell and Basophil models – Are we getting closer to pathophysiological relevance. Allergy. , (2014).
  12. Tsai, M., Grimbaldeston, M. A., Yu, M., Tam, S. Y., Galli, S. J. Using mast cell knock-in mice to analyze the roles of mast cells in allergic responses in vivo. Chem. Immunol. Allergy. 87, 179-197 (2005).
  13. Galli, S. J., et al. Approaches for analyzing the roles of mast cells and their proteases in vivo. Adv. Immunol. , (2015).
  14. Butterfield, J. H., Weiler, D., Dewald, G., Gleich, G. J. Establishment of an immature mast cell line from a patient with mast cell leukemia. Leuk. Res. 12, 345-355 (1988).
  15. Kirshenbaum, A. S. Characterization of novel stem cell factor responsive human mast cell lines LAD 1 and 2 established from a patient with mast cell sarcoma/leukemia; activation following aggregation of FcepsilonRI or FcgammaRI. Leuk. Res. 27, 677-682 (2003).
  16. Sibilano, R. The aryl hydrocarbon receptor modulates acute and late mast cell responses. J. Immunol. 189, 120-127 (2012).
  17. Gaudenzio, N., Laurent, C., Valitutti, S., Espinosa, E. Human mast cells drive memory CD4+ T cells toward an inflammatory IL-22+ phenotype. J. Allergy Clin. Immunol. 131, 1400-1407 (2013).
  18. Tertian, G., Yung, Y. P., Guy-Grand, D., Moore, M. A. Long-term in vitro. culture of murine mast cells. I. Description of a growth factor-dependent culture technique. J. Immunol. 127, 788-794 (1981).
  19. Yamada, N., Matsushima, H., Tagaya, Y., Shimada, S., Katz, S. I. Generation of a large number of connective tissue type mast cells by culture of murine fetal skin cells. J. Invest. Dermatol. 121, 1425-1432 (2003).
  20. Malbec, O. Peritoneal cell-derived mast cells: an in vitro. model of mature serosal-type mouse mast cells. J. Immunol. 178, 6465-6475 (2007).
  21. Galli, S. J., Zsebo, K. M., Geissler, E. N. The Kit ligand, stem cell factor. Adv. Immunol. 55, 1-96 (1994).
  22. Reber, L., Da Silva, C. A., Frossard, N. Stem cell factor and its receptor c-Kit as targets for inflammatory diseases. Eur. J. Pharmacol. 533, 327-340 (2006).
  23. Grimbaldeston, M. A. Mast cell-deficient W.-sash. c-kit. mutant KitW.-sh./W.-sh. mice as a model for investigating mast cell biology in vivo. Am. J. Pathol. 167, 835-848 (2005).
  24. Lilla, J. N. Reduced mast cell and basophil numbers and function in Cpa3-Cre Mcl-1.fl/fl. mice. Blood. 118, 6930-6938 (2011).
  25. Dudeck, A. Mast cells are key promoters of contact allergy that mediate the adjuvant effects of haptens. Immunity. 34, 973-984 (2011).
  26. Feyerabend, T. B. Cre-Mediated Cell Ablation Contests Mast Cell Contribution in Models of Antibody and T Cell-Mediated Autoimmunity. Immunity. 35, 832-844 (2011).
  27. Schafer, B. Mast cell anaphylatoxin receptor expression can enhance IgE-dependent skin inflammation in mice. J. Allergy Clin. Immunol. 131, 541-548 (2013).
  28. Akahoshi, M. Mast cell chymase reduces the toxicity of Gila monster venom, scorpion venom, and vasoactive intestinal polypeptide in mice. J. Clin. Invest. 121, 4180-4191 (2011).
  29. Grimbaldeston, M. A., Nakae, S., Kalesnikoff, J., Tsai, M., Galli, S. J. Mast cell-derived interleukin 10 limits skin pathology in contact dermatitis and chronic irradiation with ultraviolet B. Nat. Immunol. 8, 1095-1104 (2007).
  30. Hershko, A. Y. Mast cell interleukin-2 production contributes to suppression of chronic allergic dermatitis. Immunity. 35, 562-571 (2011).
  31. Metz, M. Mast cells can enhance resistance to snake and honeybee venoms. Science. 313, 526-530 (2006).
  32. Nakahashi-Oda, C. Apoptotic cells suppress mast cell inflammatory responses via the CD300a immunoreceptor. J. Exp. Med. 209, 1493-1503 (2012).
  33. Piliponsky, A. M. Neurotensin increases mortality and mast cells reduce neurotensin levels in a mouse model of sepsis. Nat. Med. 14, 392-398 (2008).
  34. Chan, C. Y., St John, A. L., Abraham, S. N. Mast cell interleukin-10 drives localized tolerance in chronic bladder infection. Immunity. 38, 349-359 (2013).
  35. Yu, M. Mast cells can promote the development of multiple features of chronic asthma in mice. J. Clin. Invest. 116, 1633-1641 (2006).
  36. Reber, L. L., Daubeuf, F., Pejler, G., Abrink, M., Frossard, N. Mast cells contribute to bleomycin-induced lung inflammation and injury in mice through a chymase/mast cell protease 4-dependent mechanism. J. Immunol. 192, 1847-1854 (2014).
  37. Lee, D. M. Mast cells: a cellular link between autoantibodies and inflammatory arthritis. Science. 297, 1689-1692 (2002).
  38. Nakano, T. Fate of bone marrow-derived cultured mast cells after intracutaneous, intraperitoneal, and intravenous transfer into genetically mast cell-deficient W/W-v. mice. Evidence that cultured mast cells can give rise to both connective tissue type and mucosal mast cells. J. Exp. Med. 162, 1025-1043 (1985).
  39. Malaviya, R., Ikeda, T., Ross, E., Abraham, S. N. Mast cell modulation of neutrophil influx and bacterial clearance at sites of infection through TNF-alpha. Nature. 381, 77-80 (1996).
  40. Lu, L. F. Mast cells are essential intermediaries in regulatory T-cell tolerance. Nature. 442, 997-1002 (2006).
  41. Tsai, M., Tam, S. Y., Wedemeyer, J., Galli, S. J. Mast cells derived from embryonic stem cells: a model system for studying the effects of genetic manipulations on mast cell development, phenotype, and function in vitro. and in vivo. Int. J. Hematol. 75, 345-349 (2002).
  42. Nocka, K., Buck, J., Levi, E., Besmer, P. Candidate ligand for the c-kit transmembrane kinase receptor: KL, a fibroblast derived growth factor stimulates mast cells and erythroid progenitors. EMBO J. 9, 3287-3294 (1990).
  43. Tsai, M. Induction of mast cell proliferation, maturation, and heparin synthesis by the rat c-kit ligand, stem cell. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 88, 6382-6386 (1991).
  44. Ronnberg, E., Calounova, G., Guss, B., Lundequist, A., Pejler, G. Granzyme D is a novel murine mast cell protease that is highly induced by multiple pathways of mast cell activation. Infect. Immun. 81, 2085-2094 (2013).
  45. Ito, T. Stem cell factor programs the mast cell activation phenotype. J. Immunol. 188, 5428-5437 (2012).
  46. Furuta, G. T., Ackerman, S. J., Lu, L., Williams, R. E., Wershil, B. K. Stem cell factor influences mast cell mediator release in response to eosinophil-derived granule major basic protein. Blood. 92, 1055-1061 (1998).
  47. Weller, K., Foitzik, K., Paus, R., Syska, W., Maurer, M. Mast cells are required for normal healing of skin wounds in mice. FASEB J. 20, 2366-2368 (2006).
  48. McLachlan, J. B. Mast cell activators: a new class of highly effective vaccine adjuvants. Nat. Med. 14, 536-541 (2008).
  49. Reber, L. L. Contribution of mast cell-derived interleukin-1b to uric acid crystal-induced acute arthritis in mice. Arthritis Rheumatol. 66, 2881-2891 (2014).
  50. Arac, A. Evidence that Meningeal Mast Cells Can Worsen Stroke Pathology in Mice. Am. J. Pathol. 184, 2493-2504 (2014).
  51. Christy, A. L., Walker, M. E., Hessner, M. J., Brown, M. A. Mast cell activation and neutrophil recruitment promotes early and robust inflammation in the meninges in EAE. J. autoimmun. 42, 50-61 (2013).
  52. Hammel, I., Lagunoff, D., Galli, S. J. Regulation of secretory granule size by the precise generation and fusion of unit granules. J. Cell. Mol. Med. 14, 1904-1916 (2010).
  53. Martin, T. R. Mast cell activation enhances airway responsiveness to methacholine in the mouse. J. Clin. Invest. 91, 1176-1182 (1993).
  54. Tanzola, M. B., Robbie-Ryan, M., Gutekunst, C. A., Brown, M. A. Mast cells exert effects outside the central nervous system to influence experimental allergic encephalomyelitis disease course. J. Immunol. 171, 4385-4391 (2003).
  55. Wolters, P. J. Tissue-selective mast cell reconstitution and differential lung gene expression in mast cell-deficient Kit.W-sh/W-sh. sash mice. Clin. Exp Allergy. 35, 82-88 (2005).
  56. Reber, L. L. Selective ablation of mast cells or basophils reduces peanut-induced anaphylaxis in mice. J. Allergy Clin. Immunol. 132, 881-888 (2013).
  57. Hara, M. Evidence for a role of mast cells in the evolution to congestive heart failure. J. Exp. Med. 195, 375-381 (2002).
  58. Abe, T., Nawa, Y. Localization of mucosal mast cells in W/W-v. mice after reconstitution with bone marrow cells or cultured mast cells, and its relation to the protective capacity to Strongyloides ratti. infection. Parasite Immunol. 9, 477-485 (1987).
  59. Groschwitz, K. R. Mast cells regulate homeostatic intestinal epithelial migration and barrier function by a chymase/Mcpt4-dependent mechanism. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 106, 22381-22386 (2009).
  60. Wedemeyer, J., Galli, S. J. Decreased susceptibility of mast cell-deficient Kit.W/W-v. mice to the development of 1, 2-dimethylhydrazine-induced intestinal tumors. Lab. Invest. 85, 388-396 (2005).
  61. Sawaguchi, M. Role of mast cells and basophils in IgE responses and in allergic airway hyperresponsiveness. J. Immunol. 188, 1809-1818 (2012).
  62. Piliponsky, A. M. Mast cell-derived TNF can exacerbate mortality during severe bacterial infections in C57BL/6-Kit.W-sh/W-sh. mice. Am. J. Pathol. 176, 926-938 (2010).
  63. Shelburne, C. P. Mast cells augment adaptive immunity by orchestrating dendritic cell trafficking through infected tissues. Cell Host Microbe. 6, 331-342 (2009).
  64. Michel, A. Mast cell-deficient Kit.W-sh. ‘Sash’ mutant mice display aberrant myelopoiesis leading to the accumulation of splenocytes that act as myeloid-derived suppressor cells. J. Immunol. 190, 5534-5544 (2013).
  65. Becker, M. Genetic variation determines mast cell functions in experimental asthma. J. Immunol. 186, 7225-7231 (2011).
  66. Abram, C. L., Roberge, G. L., Hu, Y., Lowell, C. A. Comparative analysis of the efficiency and specificity of myeloid-Cre deleting strains using ROSA-EYFP reporter mice. J. Immunol. Methods. 408, 89-100 (2014).

Tags

Mast CellsIn VivoKnock-in MiceBone Marrow-derived Cultured Mast CellsAdoptive TransferAnatomical DistributionHost DefenseAllergic Reactions

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citer Cet Article
Gaudenzio, N., Sibilano, R., Starkl, P., Tsai, M., Galli, S. J., Reber, L. L. Analyzing the Functions of Mast Cells In Vivo Using ‘Mast Cell Knock-in‘ Mice. J. Vis. Exp. (99), e52753, doi:10.3791/52753 (2015).
Télécharger la Citation
Réimpressions et Autorisations

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image