Vertering van hele muisogen voor multiparameterstroomcytometrische analyse van mononucleaire fagocyten
Summary
Dit protocol biedt een methode om hele ogen te verteren tot een suspensie met één cel met het oog op cytometrische analyse van de multiparameterstroom om specifieke oculaire mononucleaire fagocytische populaties te identificeren, waaronder monocyten, microglia, macrofagen en dendritische cellen.
Abstract
Het aangeboren immuunsysteem speelt een belangrijke rol in de oculaire pathofysiologie, waaronder uveïtis, diabetische retinopathie en leeftijdsgebonden maculadegeneratie. Aangeboren immuuncellen, met name mononucleaire fagocyten, drukken overlappende celoppervlakmarkers uit, wat het identificeren van deze populaties een uitdaging maakt. Multi-parameter flow cytometrie maakt de gelijktijdige, kwantitatieve analyse van meercellige oppervlaktemarkers mogelijk om monocyten, macrofagen, microglia en dendritische cellen in muisogen te onderscheiden. Dit protocol beschrijft de enucleatie van hele muisogen, oculaire dissectie, spijsvertering in een suspensie met één cel en kleuring van de eencellige suspensie voor myeloïde celmarkers. Daarnaast leggen we de juiste methoden uit voor het bepalen van spanningen met behulp van enkele kleurregelaars en voor het afbakenen van positieve poorten met behulp van fluorescentie minus één bedieningselementen. De belangrijkste beperking van multi-parameter flow cytometrie is de afwezigheid van weefselarchitectuur. Deze beperking kan worden overwonnen door multiparameterstroomcytometrie van individuele oogcompartimenten of complementaire immunofluorescentiekleuring. Immunofluorescentie wordt echter beperkt door het gebrek aan kwantitatieve analyse en het verminderde aantal fluorforen op de meeste microscopen. We beschrijven het gebruik van multiparametrische flowcytometrie om zeer kwantitatieve analyse van mononucleaire fagocyten in laser-geïnduceerde choroïdale neovascularisatie te bieden. Bovendien kan multiparameterstroomcytometrie worden gebruikt voor de identificatie van macrofaagsubsets, fate mapping en celsortering voor transcriptomische of proteomische studies.
Introduction
Het aangeboren immuunsysteem omvat meerdere celtypen die complementactivatie en ontsteking stimuleren. Aangeboren immuuncellen omvatten natural killer (NK) cellen, mestcellen, basofielen, eosinofielen, neutrofielen en mononucleaire fagocyten. Mononucleaire fagocyten, die zijn samengesteld uit monocyten, macrofagen en dendritische cellen, zijn betrokken bij de pathofysiologie van meerdere oogheelkundige aandoeningen, waaronder uveïtis, diabetische retinopathie en leeftijdsgebonden maculadegeneratie (AMD)1. In dit protocol zullen we ons richten op de identificatie van mononucleaire fagocyten met behulp van multi-parameter flow cytometrische analyse in een muismodel van neovasculaire AMD2. Dit protocol is aanpasbaar voor muismodellen van diabetische retinopathie en/of uveïtis, maar uitgebreidere oculaire dissectie wordt aanbevolen vanwege de systemische aard van deze ziekten.
Mononucleaire fagocyten drukken overlappende celoppervlakmarkeringen uit. Ingezeten macrofagen en microglia van langdurig weefsel zijn afkomstig van de van de dooierzak afgeleide erytromyeloïde voorloper3, terwijl recycling van macrofagen en dendritische cellen zich onderscheidt van de van beenmerg afgeleide macrofaagdendritische celveredelvader4. Muisceloppervlakmarkeringen die gebruikelijk zijn voor monocyten, macrofagen en dendritische cellen omvatten CD45, CD11b5, F4/806, Cx3cr17en de intracellulaire marker Iba18. Om deze uitdaging het hoofd te bieden, definieert transcriptomische analyse van macrofagen, monocyten en dendritische cellen uit meerdere weefsels CD64 als een macrofaagspecifieke celoppervlakmarker6. Macrofagen zijn beschreven in de iris, choroïde, ciliaire lichaam en oogzenuw in gezonde ogen3. Als alternatief is dendritische celidentificatie moeilijker; de meest specifieke methode voor dendritische celidentificatie vereist lottoewijzing met behulp van de Zbtb46-GFP-reportermuis9. Onafhankelijk van deze melderlijn kan de expressie van CD11c en MHCII in combinatie met de afwezigheid van CD64 potentiële dendritische cellen6,10identificeren . Dendritische cellen zijn geïdentificeerd in hoornvlies, conjunctiva, iris en choroïd in normale ogen11. Microglia zijn gespecialiseerde macrofagen in het netvlies, beschermd door de bloed-retinale barrière, en afgeleid van dooierzak voorloper cellen12. Als gevolg hiervan kan retinale microglia worden onderscheiden van monocyten-afgeleide macrofagen door hun dimniveaus van CD45-expressie13 en hoge niveaus van Tmem119, die beschikbaar is als een flowcytometrie-antilichaam14. Bij microglia-activering kan CD45 echter up-regulated15 zijn en Tmem119 kan down-regulated3zijn , wat de complexiteit van microgliabiologie aantoont en dit is waarschijnlijk relevant in zowel AMD als het muismodel. Ten slotte kunnen monocyten worden onderverdeeld in ten minste twee subtypen, waaronder klassiek en niet-klassiek. Klassieke monocyten tonen CCR2+Ly6ChogeCX3CR1lage expressie, en niet-klassieke monocyten tonen CCR2–Ly6ClageCX3CR1hoge markers5.
Vanwege de noodzaak van de kwantitatieve analyse van markerexpressie, d.w.z. hoge versus lage/dimniveaus, is multiparameterstroomcytometrie de ideale methode voor discriminatie tussen monocyten, macrofagen, microglia en dendritische cellen in het oog en andere weefsels. Extra voordelen zijn de identificatie van subpopulaties, de mogelijkheid om fluorescentie-geactiveerde celsortering (FACS) te gebruiken om celpopulaties te sorteren voor transcriptomische of proteomische analyse, en lottoewijzing. Het grootste nadeel van multi-parameter flow cytometrie is het gebrek aan weefselarchitectuur. Dit kan worden overwonnen door de oogheelkundige dissectie in de verschillende oogsubcompartementen: hoornvlies, conjunctiva, iris, lens, netvlies en choroid-sclera-complex. Bovendien kan bevestigende immunofluorescentiebeeldvorming worden uitgevoerd, maar wordt deze beperkt door het aantal markers en het gebrek aan robuuste kwantificering.
Genoombrede associatiestudies hebben meerdere complementgenen gekoppeld aan AMD16. Complement activering leidt tot anafylaxie productie, leukocyten rekrutering, en resulterende ontsteking. Als aanvulling op receptordeficiënte muizen vermindert laserletsel mononucleaire fagocytenwerving en lasergeïnduceerde choroïdale neovascularisatie (CNV) gebied17. Evenzo toont het C-C-motief chemokine receptor 2 (CCR2) knock-outmuis, die een tekort heeft aan monocytenwerving aan het weefsel, zowel verminderde mononucleaire fagocytenwerving als lasergeïnduceerde CNV-gebied18. Deze gegevens koppelen complementaire en mononucleaire fagocyten aan experimentele CNV en mogelijk neovasculaire AMD. Ter ondersteuning van deze associatie worden complementreceptoren gedyreguleerd op perifere bloedmonocyten bij patiënten met neovasculaire AMD19,20. Deze gegevens tonen een sterke associatie aan tussen AMD en mononucleaire fagocyten.
In dit manuscript zullen we het experimentele lasergeïnduceerde CNV-model gebruiken om de mononucleaire fagocytenpopulaties in het muisoog te karakteriseren met behulp van multiparameterstroomcytometrie. Lasergeïnduceerde CNV is het standaard muismodel van neovasculaire AMD, dat de werkzaamheid van de huidige eerstelijns neovasculaire AMD-therapieaantoonde 21. Dit protocol beschrijft enucleatie van muisogen, oculaire dissectie, spijsvertering in een eencellige suspensie, antilichaamkleuring, bepaling van laserspanningen met behulp van enkele kleurregelaars en gatingstrategie met behulp van fluorescentie minus één (FMO) bedieningselementen. Voor een gedetailleerde beschrijving van het lasergeïnduceerde CNV-model, zie een eerdere publicatie22. Met behulp van dit protocol definiëren we microglia, monocyten, dendritische cellen en macrofaagpopulaties. Verder zullen we MHCII en CD11c gebruiken om macrofaagsubsets verder te definiëren binnen het lasergeïnduceerde CNV-model.
Protocol
Representative Results
Discussion
Multi-parameter flow cytometrie maakt de kwantitatieve analyse van meerdere celtypen in een complex weefsel mogelijk. In dit rapport beschrijven we de stroomcytometrische detectie van mononucleaire fagocytenpopulaties, waaronder monocyten, dendritische cellen en macrofaagsubsets, na laserletsel in het muisoog. Liyanage et al rapporteerden onlangs een vergelijkbare gating-strategie om neutrofielen, eosinofielen, lymfocyten, DC’s, macrofagen, infiltrerende macrofagen en monocyten te detecteren27. On…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
JAL werd ondersteund door NIH-subsidie K08EY030923; CMC werd ondersteund door een K01-subsidie (5K01AR060169) van het NIH National Institute of Arthritis and Musculoskeletal Diseases en een Novel Research Grant (637405) van de Lupus Research Alliance.
Materials
| 0.6 ml microcentrifuge tubes | Fisher Scientific | 05-408-120 | |
| 1.7 ml microcentrifuge tubes | Costar | 3620 | |
| 10 ml pipettes | Fisher Scientific | 431031 | |
| 15 ml conicals | ThermoFisher | 339650 | |
| 1x HBSS, 500 ml | Gibco | 14025-092 | |
| 2.5 ml syringe | Henke Sass Wolf | 7886-1 | |
| 20% paraformaldehyde solution | Electron Microscopy Sciences | 15713-S | |
| 25 ml pipettes | Fisher Scientific | 431032 | |
| 30 G needle | Exel | 26437 | |
| 3ml luer lock syringe | Fisher Scientific | 14955457 | |
| 41 x 41 x 8 mm polystyrene weigh dish | Fisher Scientific | 08-732-112 | |
| 50 ml conicals | Falcon | 352070 | |
| 96-well, U-bottom assay plate without lid | Falcon | 353910 | |
| Amine reactive beads | ThermoFisher | A10628 | |
| Analysis software | FlowJo | v 10 | |
| Anti-rat and anti-hamster Ig kappa bead set | BD Biosciences | 552845 | |
| C57BL/6J mice | Jackson Laboratory | 664 | |
| Cell counter | Invitrogen | AMQAX1000 | |
| Cell counter slides | Invitrogen | C10283 | |
| Compensation beads | ThermoFisher | 01-1111-42 | |
| Count beads | ThermoFisher | 01-1234-42 | |
| Curved forceps | Fisher Scientific | 16-100-123 | |
| Digestion enzyme | Sigma Aldrich | 5401020001 | |
| Dissecting microscope | National Optical and Scientific Instruments, Inc. | DC3-420T | |
| Dissociation tubes | Miltenyi Biotec | 130-096-334 | |
| DNase | Roche | 10104159001 | |
| Electronic dissociator | Miltenyi Biotec | 130-095-937 | |
| FACS Diva software | BD Biosciences | ||
| Fc block, rat anti-mouse CD16/CD32 | BD Biosciences | 553142 | |
| Fine forceps | Integra Miltex | 17035X | |
| Flow buffer | Miltenyi Biotec | 130-091-221 | |
| Flow cytometer | BD Biosciences | ||
| Flow tubes | Falcon | 352008 | |
| Hamster anti-mouse CD11c BV421 | BD Biosciences | 562782 | |
| Ice bucket | Fisher Scientific | 07-210-123 | |
| Live/Dead dye | ThermoFisher | 65-0866-14 | |
| Lysing solution, 10x solution | BD Biosciences | 555899 | |
| Micro titer tube and rack | Fisher Scientific | 02-681-380 | |
| Mouse anti-mouse CD64 PE | BioLegend | 139304 | |
| Mouse anti-mouse NK1.1 PECF594 | BD Biosciences | 562864 | |
| P1000 pipet tips | Denville Scientific | P2404 | |
| P1000 pipettor | Gilson | FA10006M | |
| P2 pipet tips | eppendorf | 22491806 | |
| P2 pipettor | Gilson | FA10001M | |
| P20 pipettor | Gilson | FA10003M | |
| P200 pipet tips | Denville Scientific | P2401 | |
| P200 pipettor | Gilson | FA10005M | |
| Pipet man | Fisher Scientific | FB14955202 | |
| Rat anti-mouse B220 PECF594 | BD Biosciences | 562313 | |
| Rat anti-mouse CD11b APC-Cy7 | BD Biosciences | 557657 | |
| Rat anti-mouse CD19 AlexaFluor 700 | BD Biosciences | 557958 | |
| Rat anti-mouse CD19 PE | BD Biosciences | 553786 | |
| Rat anti-mouse CD4 PECF594 | BD Biosciences | 562314 | |
| Rat anti-mouse CD45 FITC | ThermoFisher | 11-0451-82 | |
| Rat anti-mouse CD45 PE-Cy7 | BD Biosciences | 552848 | |
| Rat anti-mouse CD8 PECF594 | BD Biosciences | 562315 | |
| Rat anti-mouse Ly6C | BD Biosciences | 561085 | |
| Rat anti-mouse Ly6G PECF594 | BD Biosciences | 562700 | |
| Rat anti-mouse MHC II AlexaFluor 700 | BioLegend | 107622 | |
| Rat anti-mouse Siglec F PECF594 | BD Biosciences | 562757 | |
| Rat anti-mouse Tim4 AlexaFluor647 | BD Biosciences | 564178 | |
| Shaking incubator | Labnet | 311DS | |
| Spring scissors | Fine Science Tools | 15024-10 | |
| Sterile cell strainer, 40 mm nylon mesh | Fisher Scientific | 22363547 | |
| Sterile water, 500 ml | Gibco | A12873-01 | |
| Swinging bucket centrifuge | eppendorf | 5910 R | |
| Trypan blue, 0.4% solution | Gibco | 15250061 |
Riferimenti
- Chinnery, H. R., McMenamin, P. G., Dando, S. J. Macrophage physiology in the eye. Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. 469 (3-4), 501-515 (2017).
- Droho, S., Cuda, C. M., Perlman, H., Lavine, J. A. Monocyte-Derived Macrophages Are Necessary for Beta-Adrenergic Receptor-Driven Choroidal Neovascularization Inhibition. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 60 (15), 5059-5069 (2019).
- O’Koren, E. G., et al. Microglial Function Is Distinct in Different Anatomical Locations during Retinal Homeostasis and Degeneration. Immunity. 50 (7), 723-727 (2019).
- Kratofil, R. M., Kubes, P., Deniset, J. F. Monocyte Conversion During Inflammation and Injury. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 37 (1), 35-42 (2017).
- Zimmermann, H. W., Trautwein, C., Tacke, F. Functional role of monocytes and macrophages for the inflammatory response in acute liver injury. Frontiers in Physiology. 3, 56 (2012).
- Gautier, E. L., et al. Gene-expression profiles and transcriptional regulatory pathways that underlie the identity and diversity of mouse tissue macrophages. Nature Immunology. 13 (11), 1118-1128 (2012).
- Sutti, S., et al. CX3CR1 Mediates the Development of Monocyte-Derived Dendritic Cells during Hepatic Inflammation. Cells. 8 (9), 1099 (2019).
- Liu, J., et al. Myeloid Cells Expressing VEGF and Arginase-1 Following Uptake of Damaged Retinal Pigment Epithelium Suggests Potential Mechanism That Drives the Onset of Choroidal Angiogenesis in Mice. PLoS One. 8 (8), 72935 (2013).
- Satpathy, A. T., et al. Zbtb46 expression distinguishes classical dendritic cells and their committed progenitors from other immune lineages. The Journal of Experimental Medicine. 209 (6), 1135-1152 (2012).
- Krause, T. A., Alex, A. F., Engel, D. R., Kurts, C., Eter, N. VEGF-Production by CCR2-Dependent Macrophages Contributes to Laser-Induced Choroidal Neovascularization. PLoS One. 9 (4), 94313 (2014).
- Lin, W., Liu, T., Wang, B., Bi, H. The role of ocular dendritic cells in uveitis. Immunology Letters. 209, 4-10 (2019).
- Ginhoux, F., Schultze, J. L., Murray, P. J., Ochando, J., Biswas, S. K. New insights into the multidimensional concept of macrophage ontogeny, activation and function. Nature Immunology. 17 (1), 34-40 (2016).
- O’Koren, E. G., Mathew, R., Saban, D. R. Fate mapping reveals that microglia and recruited monocyte-derived macrophages are definitively distinguishable by phenotype in the retina. Science Reports. 6, 20636 (2016).
- Bennett, M. L., et al. New tools for studying microglia in the mouse and human CNS. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 113 (12), 1738-1746 (2016).
- Müller, A., Brandenburg, S., Turkowski, K., Müller, S., Vajkoczy, P. Resident microglia, and not peripheral macrophages, are the main source of brain tumor mononuclear cells. International Journal of Cancer. 137 (2), 278-288 (2014).
- McHarg, S., Clark, S. J., Day, A. J., Bishop, P. N. Age-related macular degeneration and the role of the complement system. Molecular Immunology. 67 (1), 43-50 (2015).
- Nozaki, M., et al. Drusen complement components C3a and C5a promote choroidal neovascularization. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 103 (7), 2328-2333 (2006).
- Tsutsumi, C. The critical role of ocular-infiltrating macrophages in the development of choroidal neovascularization. Journal of Leukocyte Biology. 74 (1), 25-32 (2003).
- Subhi, Y., et al. Association of CD11b +Monocytes and Anti–Vascular Endothelial Growth Factor Injections in Treatment of Neovascular Age-Related Macular Degeneration and Polypoidal Choroidal Vasculopathy. JAMA Ophthalmology. 137 (5), 515-518 (2019).
- Singh, A., et al. Altered Expression of CD46 and CD59 on Leukocytes in Neovascular Age-Related Macular Degeneration. AJOPHT. 154 (1), 193-199 (2012).
- Kwak, N., Okamoto, N., Wood, J. M., Campochiaro, P. A. VEGF is major stimulator in model of choroidal neovascularization. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 41 (10), 3158-3164 (2000).
- Shah, R. S., Soetikno, B. T., Lajko, M., Fawzi, A. A. A Mouse Model for Laser-induced Choroidal Neovascularization. Journal of Visualized Experiments. (106), e53502 (2015).
- Mahajan, V. B., Skeie, J. M., Assefnia, A. H., Mahajan, M., Tsang, S. H. Mouse Eye Enucleation for Remote High-throughput Phenotyping. Journal of Visualized Experiments. (57), e3814 (2011).
- Makinde, H. M., et al. A Novel Microglia-Specific Transcriptional Signature Correlates with Behavioral Deficits in Neuropsychiatric Lupus. Frontiers in Immunology. 11, 338-419 (2020).
- Sakurai, E., Anand, A., Ambati, B. K., van Rooijen, N., Ambati, J. Macrophage depletion inhibits experimental choroidal neovascularization. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 44 (8), 3578-3585 (2003).
- Murray, P. J., et al. Macrophage activation and polarization: nomenclature and experimental guidelines. Immunity. 41 (1), 14-20 (2014).
- Liyanage, S. E., et al. Flow cytometric analysis of inflammatory and resident myeloid populations in mouse ocular inflammatory models. Experimental Eye Research. 151, 160-170 (2016).
- Schmutz, S., Valente, M., Cumano, A., Novault, S. Analysis of Cell Suspensions Isolated from Solid Tissues by Spectral Flow Cytometry. Journal of Visualized Experiments. (123), e55578 (2017).
