Summary

Induktion af tarmbetændelse ved adoptivoverførsel af CBir1 TCR transgene CD4+ T-celler til immundefekte mus

Published: December 16, 2021
doi:

Summary

I denne protokol beskrives en tarmmikrobiota-antigenspecifik T-celleadoptel overførsel colitis-model. CD4+ T-celler isoleres fra CBir1 TCR-transgene mus. Disse er specifikke for et immundominerende tarmmikrobiota-antigen CBir1 flagellin, som overføres til modtager Rag1-/- mus, hvilket fører til tarmbetændelse.

Abstract

Med stigningen i forekomsten pålægger inflammatoriske tarmsygdomme (IBD), som er kroniske sygdomme, der påvirker mave-tarmkanalen, en betydelig sundhedsmæssig og økonomisk byrde for enkeltpersoner og samfund. Derfor er det afgørende at undersøge de mekanismer, der ligger til grund for patogenesen og udviklingen af IBD. Her beskrives en tarmmikrobiota-antigenspecifik T-celleoverførselskolitismodel. CBir1 flagellin er blevet anerkendt som det immundominerende tarmbakterieantigen i eksperimentel colitis og patienter med Crohns sygdom. CBir1 TCR transgene naϊve CD4 + T-celler, der er specifikke for CBir1 flagellin, kan fremkalde kronisk colitis efter adoptiv overførsel til immunmangelfulde Rag1-/- mus. Sygdommens sværhedsgrad vurderes af histopatologi. CD4 + T-cellefænotyperne i colonic lamina propria bestemmes også. Denne model ligner meget udviklingen af IBD, som giver en ideel murinmodel til undersøgelse af de mekanismer, der driver patogenesen af IBD og tester de potentielle lægemidler til behandling af IBD.

Introduction

Inflammatoriske tarmsygdomme (IBD), hovedsageligt herunder Crohns sygdom (CD) og ulcerøs colitis (UC), er karakteriseret ved kronisk, recidiverende-remitterende betændelse i mave-tarmkanalen, der påvirker millioner over hele verden1. Flere faktorer har været impliceret i udviklingen og patogenesen af IBD, herunder genetisk modtagelighed, tarmmikrobiota, immunresponser, kost og livsstil2. Den nøjagtige mekanisme for IBD er dog stadig ikke helt forstået.

En af de særlige interesser er samspillet mellem tarmmikrobiota og værtsimmunresponser i reguleringen af tarmbetændelse3. Tarmmikrobiota tilvejebringer en række immunstimulerende molekyler og antigener, som kan aktivere immunresponser4. Mens balancen mellem effektor T-celler og regulatoriske T-celler (Tregs) er kritisk for at opretholde intestinal homeostase, bidrager det overdrevne tarmslimhinde-CD4 + T-cellerespons på tarmmikrobiotaantigener til tarmbetændelse5,6,7. Som et immundominerende tarmmikrobiotaantigen har CBir1 flagellin været relateret til patogenesen af human CD8,9. Desuden inducerer overførsel af CBir1 TCR transgene (Tg) T-celler tarmbetændelse hos immunmangelfulde mus6, der ligner den humane IBD, hvilket indikerer, at denne T-celleoverførselsmodel hjælper med at undersøge mekanismerne for human IBD.

Dette arbejde beskriver den detaljerede protokol for inducering af colitis hos Rag1-/- mus ved adoptivoverførsel af CBir1 TCR Tg naϊve CD4+ T-celler og vurdering af sygdommens sværhedsgrad. Desuden vises de forventede resultater, og de kritiske trin i proceduren og fejlfinding diskuteres, hvilket vil hjælpe forskere med at undersøge mekanismerne for patogenese af tarmbetændelse og teste de potentielle lægemidler til behandling af IBD.

Protocol

Alle dyreforsøg blev udført i henhold til University of Texas Medical Branch’s Committee on the Use and Care of the Animals. CBir1 TCR Tg mus blev leveret af Dr. Charles Elson fra University of Alabama i Birmingham. CBir1 TCR Tg mus kan være hun- eller hanmus, men bør være på 8-12 uger. Rag1-/- mus på C57BL/6-baggrunden blev opnået fra Jackson Laboratory10. Rag1-/- mus skal være køns- og aldersmatchede, og enten han eller hun kan bruges, men skal …

Representative Results

Ca. 5 x 106 CBir1 TCR Tg naϊve CD4+ T-celler pr. milt blev isoleret fra en voksen CBir1 TCR Tg-mus. Overførsel af CBir1 TCR Tg naϊve CD4+ T-celler induceret kronisk colitis hos modtager Rag1-/- mus. Efter celleoverførsel blev kliniske tegn overvåget for at evaluere progressionen af tarmbetændelse, herunder vægttab, afføringskonsistens og bøjet kropsholdning. Som forventet begyndte mus at tabe sig omkring tre uger efter celleoverførsel, og vægten nåede omkri…

Discussion

Selvom hvert trin er afgørende for reproducerbarheden af denne colitis-model, er der flere kritiske trin. Modtageren Rag-/- mus skal modtage tilstrækkelig levedygtige naϊve CD4 + T-celler til at fremkalde tarmbetændelse. Vi brugte milt til isolering af naive CD4 + T-celler i stedet for MLN’er. Fordi udbyttet af naive CD4 + T-celler i MLN’er er meget lavere end i milt. CD62L udtrykkes stærkt i naive T-celler, og CD44 og CD25 er aktiveringsmarkørerne for T-cel…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbejde blev delvist støttet af National Institutes of Health-tilskud DK125011, AI150210 og DK124132, University of Texas System STARs-prisen (Y.C.) og James W. McLaughlin Fellowship Fund fra University of Texas Medical Branch i Galveston (W.Y.). Figur 1 blev oprettet med BioRender.com.

Materials

0.22 µm vacuum-driven disposable bottle top filter MilliporeSigma SCGPS05RE
100x Penicillin-Streptomycin Corning 30-002-CI
100-µm strainer BD Biosciences 352360
3-mL Transfer Pipette Fisherbrand 13-711-9CM
Anti-Mouse CD16/32 Biolegend 101302
Anti-Mouse CD25-Percp/Cy5.5 Biolegend 102030
Anti-mouse CD3-Percp/Cy5.5 Biolegend 100327
Anti-Mouse CD4 APC Biolegend 100516
Anti-Mouse CD4 Magnetic Particles BD Biosciences 551539
Anti-Mouse CD4-BV421 Biolegend 100544
Anti-Mouse CD62L-PE Biolegend 104408
Anti-Mouse Foxp3-PE ThermoFisher 12-5773-82
Anti-Mouse IFNγ-FITC Biolegend 505806
Anti-Mouse IL-17A-PE/Cy7 Biolegend 506922
Automated Cell Counter Bio-rad TC20
Brefeldin A BD Biosciences 555029
BSA Fisher Bioreagents BP1600-1
C tube Miltenyi 130-093-237
Cell Separation Magnet BD Biosciences 552311
Collagenase IV Sigma-Aldrich C5138
DAPI Sigma-Aldrich D9542
Dissociator Machine Miltenyi 130-096-427
DNase I Sigma-Aldrich
EDTA Corning 46-034-CI
EDTA (0.5 M, PH 8.0) Corning 46-034-CI
FBS R&D Systems S11550
Flow cytometer BD Biosciences LSD Fortessa
Heat Lamp CoverShield BR40
Hematoxylin and Eosin (H&E) Stain Kit Abcam ab245880
Insulin Syringes BD Biosciences 329412
Ionomycin ThermoFisher I24222
Live/dead Fixable Near-IR Dead Cell Stain kit ThermoFisher L10119
MaxQ 6000 Incubated/Refrigerated Stackable Shakers ThermoFisher SHKE6000
NH4Cl Thermo Scientific A687-500
Percoll GE Healthcare 17-0891-01
Phorbol-12-myristate 13-acetate Sigma-Aldrich P8139
RPMI 1640 Medium Cytiva HyClone SH3002702
Sorter BD Biosciences Arial Fusion
Tissue Automatic Processor ThermoFisher STP120
Tissue Embedding/Processing Cassette Fisher Healthcare 22048142
Tris Base Thermo Scientific BP154-1
True-Nuclear Transcription Factor Buffer Set (including Perm Buffer) Biolegend 424401

Riferimenti

  1. Kaplan, G. G. The global burden of IBD: From 2015 to 2025. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 12 (12), 720-727 (2015).
  2. Ananthakrishnan, A. N. Epidemiology and risk factors for IBD. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 12 (4), 205-217 (2015).
  3. Yang, W., Cong, Y. Gut microbiota-derived metabolites in the regulation of host immune responses and immune-related inflammatory diseases. Cellular & Molecular Immunology. 18 (4), 866-877 (2021).
  4. Pickard, J. M., Zeng, M. Y., Caruso, R., Núñez, G. . Gut microbiota: Role in pathogen colonization, immune responses, and inflammatory disease. 279 (1), 70-89 (2017).
  5. Russler-Germain, E. V., Rengarajan, S., Hsieh, C. S. Antigen-specific regulatory T-cell responses to intestinal microbiota. Mucosal Immunology. 10 (6), 1375-1386 (2017).
  6. Chen, L., et al. Microbiota metabolite butyrate differentially regulates Th1 and Th17 cells’ differentiation and function in induction of colitis. Inflammatory Bowel Diseases. 25 (9), 1450-1461 (2019).
  7. Cong, Y., Weaver, C. T., Lazenby, A., Elson, C. O. Bacterial-reactive T regulatory cells inhibit pathogenic immune responses to the enteric flora. Journal of Immunology. 169 (11), 6112-6119 (2002).
  8. Lodes, M. J., et al. Bacterial flagellin is a dominant antigen in Crohn disease. Journal of Clinical Investigation. 113 (9), 1296-1306 (2004).
  9. Targan, S. R., et al. Antibodies to CBir1 flagellin define a unique response that is associated independently with complicated Crohn’s disease. Gastroenterology. 128 (7), 2020-2028 (2005).
  10. Mombaerts, P., et al. RAG-1-deficient mice have no mature B and T lymphocytes. Cell. 68 (5), 869-877 (1992).
  11. Charan, J., Kantharia, N. D. How to calculate sample size in animal studies. Journal of Pharmacology & Pharmacotherapeutics. 4 (4), 303-306 (2013).
  12. Kwizera, R., et al. Evaluation of trypan blue stain in the TC20 automated cell counter as a point-of-care for the enumeration of viable cryptococcal cells in cerebrospinal fluid. Medical Mycology. 56 (5), 559-564 (2018).
  13. Boyman, O., Létourneau, S., Krieg, C., Sprent, J. Homeostatic proliferation and survival of naïve and memory T cells. European Journal of Immunology. 39 (8), 2088-2094 (2009).
  14. Chai, J. G., et al. Regulatory T cells, derived from naïve CD4+CD25- T cells by in vitro Foxp3 gene transfer, can induce transplantation tolerance. Transplantation. 79 (10), 1310-1316 (2005).
  15. Bialkowska, A. B., Ghaleb, A. M., Nandan, M. O., Yang, V. W. Improved Swiss-rolling technique for intestinal tissue preparation for immunohistochemical and immunofluorescent analyses. Journal of Visualized Experiments. (113), e54161 (2016).
  16. Bialkowska, A. B., Ghaleb, A. M., Nandan, M. O., Yang, V. W. Improved Swiss-rolling technique for intestinal tissue preparation for immunohistochemical and immunofluorescent analyses. Journal of Visualized Experiments. (113), e54161 (2016).
  17. Fischer, A. H., Jacobson, K. A., Rose, J., Zeller, R. Hematoxylin and eosin staining of tissue and cell sections. Cold Spring Harbor Protocols. 2008, (2008).
  18. Erben, U., et al. A guide to histomorphological evaluation of intestinal inflammation in mouse models. International Journal of Clinical and Experimental Pathology. 7 (8), 4557-4576 (2014).
  19. Tuijnman, W. B., Van Wichen, D. F., Schuurman, H. J. Tissue distribution of human IgG Fc receptors CD16, CD32 and CD64: An immunohistochemical study. APMIS. 101 (4), 319-329 (1993).
  20. Yang, W., et al. . Intestinal microbiota-derived short-chain fatty acids regulation of immune cell IL-22 production and gut immunity. 11 (1), 4457 (2020).
  21. Reinoso Webb, C., et al. Differential susceptibility to t cell-induced colitis in mice. Role of the Intestinal Microbiota. Inflammatory Bowel Disease. 24 (2), 361-379 (2018).
  22. Bamias, G., et al. Down-regulation of intestinal lymphocyte activation and Th1 cytokine production by antibiotic therapy in a murine model of Crohn’s disease. Journal of Immunology. 169 (9), 5308-5314 (2002).
  23. Steinbach, E. C., Gipson, G. R., Sheikh, S. Z. Induction of murine intestinal inflammation by adoptive transfer of effector CD4+ CD45RB high T cells into immunodeficient mice. Journal of Visualized Experiments. (98), e52533 (2015).
  24. Atale, N., Gupta, S., Yadav, U. C., Rani, V. Cell-death assessment by fluorescent and nonfluorescent cytosolic and nuclear staining techniques. Journal of Microscopy. 255 (1), 7-19 (2014).
  25. Manichanh, C., Borruel, N., Casellas, F., Guarner, F. The gut microbiota in IBD. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 9 (10), 599-608 (2012).
  26. Sun, M., et al. Microbiota-derived short-chain fatty acids promote Th1 cell IL-10 production to maintain intestinal homeostasis. Nature Communications. 9 (1), 3555 (2018).
  27. Feng, T., et al. Th17 cells induce colitis and promote Th1 cell responses through IL-17 induction of innate IL-12 and IL-23 production. Journal of Immunology. 186 (11), 6313-6318 (2011).
  28. Chiaranunt, P., Tometich, J. T., Ji, J. . T Cell Proliferation and Colitis Are Initiated by Defined Intestinal Microbes. 201 (1), 243-250 (2018).
  29. Feng, T., Cao, A. T., Weaver, C. T., Elson, C. O., Cong, Y. Interleukin-12 converts Foxp3+ regulatory T cells to interferon-γ-producing Foxp3+ T cells that inhibit colitis. Gastroenterology. 140 (7), 2031-2043 (2011).
check_url/it/63293?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Yang, W., Yu, T., Cong, Y. Induction of Intestinal Inflammation by Adoptive Transfer of CBir1 TCR Transgenic CD4+ T Cells to Immunodeficient Mice. J. Vis. Exp. (178), e63293, doi:10.3791/63293 (2021).

View Video