Driller samspillet mellem naturlige dræberceller og nociceptor neuroner
Summary
Nociceptor neuroner og NK-celler interagerer aktivt i en inflammatorisk sammenhæng. En samkulturel tilgang gør det muligt at studere dette samspil.
Abstract
Somatosensoriske neuroner har udviklet sig til at detektere skadelige stimuli og aktivere defensive reflekser. Ved at dele kommunikationsmidler indstiller nociceptor neuroner også værtsforsvar ved at kontrollere immunsystemets aktivitet. Kommunikationen mellem disse systemer er for det meste adaptiv og hjælper med at beskytte homeostase, det kan også føre til eller fremme udbrud af kroniske sygdomme. Begge systemer udviklede sig sammen for at muliggøre en sådan lokal interaktion, som findes i primære og sekundære lymfoide væv og slimhinder. Nylige undersøgelser har vist, at nociceptorer direkte detekterer og reagerer på fremmede antigener, immuncelleafledte cytokiner og mikrober.
Nociceptor aktivering resulterer ikke kun i smerte overfølsomhed og kløe, men sænker nociceptor fyringstærsklen, hvilket fører til lokal frigivelse af neuropeptider. Peptiderne, der produceres af og frigives fra de perifere terminaler af nociceptorer, kan blokere kemotaxis og polarisering af lymfocytter og kontrollere lokalisering, varighed og type betændelse. Nylige beviser viser, at sensoriske neuroner interagerer med medfødte immunceller via cellecellekontakt, for eksempel engagerende gruppe 2D (NKG2D) receptorer på naturlige dræber (NK) celler.
I betragtning af at NK-celler udtrykker de beslægtede receptorer for forskellige nociceptorproducerede mediatorer, er det tænkeligt, at nociceptorer bruger neuropeptider til at kontrollere NK-cellernes aktivitet. Her udtænker vi en co-kulturmetode til at studere nociceptor neuron-NK-celleinteraktioner i en skål. Ved hjælp af denne tilgang fandt vi, at lumbal nociceptor neuroner reducerer NK-cellecytokinekspression. Samlet set kan en sådan reduktionistisk metode være nyttig til at studere, hvordan tumorinnerverende neuroner styrer NK-cellernes anticancerfunktion, og hvordan NK-celler styrer elimineringen af skadede neuroner.
Introduction
Cellelegemerne af sensoriske neuroner stammer fra dorsale rodganglier (DRG). DRG er placeret i det perifere nervesystem (PNS), mellem rygmarvens dorsale horn og de perifere nerveterminaler. DRG-neuronernes pseudo-unipolære natur tillader overførsel af information fra den perifere gren, som innerverer målvævet, til den centrale gren, som bærer den somatosensoriske information til rygmarven1. Ved hjælp af specialiserede ionkanalreceptorer fornemmer førsteordens neuroner trusler fra patogener, allergener og forurenende stoffer2, hvilket fører til tilstrømning af kationer (Na +, Ca2+) og generering af et handlingspotentiale 3,4,5.
Disse neuroner sender også antidromisk handlingspotentiale mod periferien, hvor den oprindelige fareføling var opstået, hvilket fører til lokal frigivelse af neuropeptider 1,4. Derfor tjener nociceptorneuronerne som en beskyttelsesmekanisme, der advarer værten om miljøfare 4,5,6,7.
For at kommunikere med andenordens neuroner frigiver nociceptorerne forskellige neurotransmittere (f.eks. glutamat) og neuropeptider (f.eks. Calcitonin-genrelateret peptid (CGRP), stof P (SP) og vasoaktivt tarmpeptid (VIP))6,7. Disse peptider virker på kapillærer og fremmer plasmaekstravasation, ødem og den lokale tilstrømning og modulering af immunceller 2,4,7.
Det somatosensoriske og immunsystem anvender et fælles kommunikationssystem sammensat af cytokiner og neuropeptider og deres respektive beslægtede receptorer4. Mens denne tovejskommunikation hjælper med at beskytte mod fare og bevare homeostase, kan den også bidrage til sygdomspatofysiologi4.
NK-celler klassificeres som medfødte lymfoide celler og er specialiserede til at eliminere viralt inficerede celler. NK-cellefunktionen styres af en balance mellem stimulerende og hæmmende receptorer, herunder den aktiverende receptor NKG2D8. Den endogene ligand af NKG2D, retinsyre tidligt inducerbar1 (RAE1), udtrykkes af celler, der gennemgår stress, såsom tumorigenese og infektion 8,9.
Nylige undersøgelser har vist, at perifer nerveskade driver sensoriske neuroner til at udtrykke maladaptive molekyler som stathmin 2 (STMN2) og RAE1. Via cellecellekontakt blev NKG2D-ekspressive NK-celler således aktiveret ved interaktion med RAE1-ekspressive neuroner. Til gengæld var NK-celler i stand til at eliminere skadede nociceptor neuroner og stump smerte overfølsomhed normalt forbundet med nerveskade10. Ud over NKG2D-RAE1-aksen udtrykker NK-celler de beslægtede receptorer for forskellige nociceptorproducerede mediatorer. Det er derfor muligt, at disse mediatorer modulerer NK-celleaktivitet. Dette papir præsenterer en co-kultur metode til at undersøge biologien af nociceptor neuron-NK celle interaktion. Denne tilgang vil hjælpe med at fremme forståelsen af, hvordan nociceptor neuroner modulerer medfødte immuncelleresponser på skade, infektion eller malignitet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Davies et al.11 fandt ud af, at skadede neuroner opregulerer RAE1. Via cellecellekontakt var NKG2D-ekspressive NK-celler derefter i stand til at identificere og eliminere RAE1+ neuroner, hvilket igen begrænser kroniske smerter11. I betragtning af at NK-celler også udtrykker forskellige neuropeptidreceptorer, og at disse neuropeptider er kendt for deres immunmodulerende evner, synes det stadig vigtigere at studere interaktionen mellem NK-celler og nocic…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af The New Frontiers in Research Fund (NFRFE201901326), Canadian Institutes of Health Research (162211, 461274, 461275), Canadian Foundation for Innovation (37439), Canada Research Chair-programmet (950-231859), Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (RGPIN-2019-06824) og Fonds de Recherche du Québec Nature et technologies (253380).
Materials
| Anti-mouse CD16/32 | Jackson Laboratory | Cat no: 017769 | |
| B-27 | Jackson Laboratory | Cat no: 009669 | |
| Bovine Serum Albumin (BSA) culture grade | World Precision Instruments | Cat no: 504167 | |
| BV421 anti-mouse NK-1.1 | Fisher Scientific | Cat no: 12430112 | |
| Cell strainer (50 μm) | Fisher Scientific | Cat no: A3160702 | |
| Collagenase IV | Fisher Scientific | Cat no: 15140148 | |
| Diphteria toxinfl/fl | Fisher Scientific | Cat no: SH3057402 | |
| Dispase II | Fisher Scientific | Cat no: 13-678-20B | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Fisher Scientific | Cat no: 07-200-95 | |
| EasySep Mouse NK Cell Isolation Kit | Sigma | Cat no: CLS2595 | |
| Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma | Cat no: C0130 | |
| FACSAria III | Sigma | Cat no: 04942078001 | |
| Fetal bovine serum (FBS) | Sigma | Cat no: 806552 | |
| FITC anti-mouse NKp46 | Sigma | Cat no: L2020 | |
| Flat bottom 96-well plate | Sigma | Cat no: 03690 | |
| Glass Pasteur pipette | Sigma | Cat no: 470236-274 | |
| Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) | VWR | Cat no: 02-0131 | |
| Laminin | Cedarlane | Cat no: 03-50/31 | |
| L-Glutamine | Gibco | Cat no: A14867-01 | |
| Mouse recombinant IL-15 | Gibco | Cat no: 22400-089 | |
| Mouse recombinant IL-2 | Gibco | Cat no: 21103-049 | |
| Nerve Growth Factor (NGF) | Life Technologies | Cat no: 13257-019 | |
| Neurobasal media | PeproTech | Cat no: 450-51-10 | |
| PE anti-mouse GM-CSF | PeproTech | Cat no: 212-12 | |
| Penicillin and Streptomycin | PeproTech | Cat no: 210-15 | |
| Pestles | Stem Cell Technology | Cat no: 19855 | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Biolegend | Cat no: 108732 | Clone PK136 |
| RPMI 1640 media | Biolegend | Cat no: 137606 | Clone 29A1.4 |
| TRPV1Cre | Biolegend | Cat no: 505406 | Clone MP1-22E9 |
| Tweezers and dissection tools. | Biolegend | Cat no: 65-0865-14 | |
| U-Shaped-bottom 96-well plate | Biolegend | Cat no: 101319 | |
| Viability Dye eFlour-780 | Becton Dickinson |
References
- Berta, T., Qadri, Y., Tan, P. H., Ji, R. R. Targeting dorsal root ganglia and primary sensory neurons for the treatment of chronic pain. Expert Opinion on Therapeutic Targets. 21 (7), 695-703 (2017).
- Baral, P., et al. Nociceptor sensory neurons suppress neutrophil and gammadelta T cell responses in bacterial lung infections and lethal pneumonia. Nature Medicine. 24, 417-426 (2018).
- Binshtok, A. M., et al. Nociceptors are interleukin-1beta sensors. Journal of Neuroscience. 28 (52), 14062-14073 (2008).
- Chesne, J., Cardoso, V., Veiga-Fernandes, H. Neuro-immune regulation of mucosal physiology. Mucosal Immunology. 12 (1), 10-20 (2019).
- Samad, T. A., et al. Interleukin-1beta-mediated induction of Cox-2 in the CNS contributes to inflammatory pain hypersensitivity. Nature. 410 (6827), 471-475 (2001).
- Godinho-Silva, C., et al. Light-entrained and brain-tuned circadian circuits regulate ILC3s and gut homeostasis. Nature. 574, 254-258 (2019).
- Talbot, J., et al. Feeding-dependent VIP neuron-ILC3 circuit regulates the intestinal barrier. Nature. 579, 575-580 (2020).
- Raulet, D. H., Gasser, S., Gowen, B. G., Deng, W., Jung, H. Regulation of ligands for the NKG2D activating receptor. Annual Review of Immunology. 31, 413-441 (2013).
- Vivier, E., et al. Innate or adaptive immunity? The example of natural killer cells. Science. 331, 44-49 (2011).
- Davies, A. J., et al. Natural Killer Cells Degenerate Intact Sensory Afferents following Nerve Injury. Cell. 176, 716-728 (2019).
- Perner, C., Sokol, C. L. Protocol for dissection and culture of murine dorsal root ganglia neurons to study neuropeptide release. STAR Protocols. 2, 100333 (2021).
- Goswami, S. C., et al. Molecular signatures of mouse TRPV1-lineage neurons revealed by RNA-Seq transcriptome analysis. Journal of Pain. 15, 1338-1359 (2014).
- Mishra, S. K., Tisel, S. M., Orestes, P., Bhangoo, S. K., Hoon, M. A. TRPV1-lineage neurons are required for thermal sensation. EMBO J. 30, 582-593 (2011).
- Kim, H. S., et al. Attenuation of natural killer cell functions by capsaicin through a direct and TRPV1-independent mechanism. Carcinogenesis. 35, 1652-1660 (2014).
