Erting ut samspillet mellom naturlige morderceller og nociceptorneuroner
Summary
Nociceptor-nevroner og NK-celler samhandler aktivt i en inflammatorisk sammenheng. En samkulturell tilnærming gjør det mulig å studere dette samspillet.
Abstract
Somatosensoriske nevroner har utviklet seg for å oppdage skadelige stimuli og aktivere defensive reflekser. Ved å dele kommunikasjonsmidler, justerer nociceptor-nevroner også vertsforsvaret ved å kontrollere immunsystemets aktivitet. Kommunikasjonen mellom disse systemene er for det meste adaptiv, og bidrar til å beskytte homeostase, det kan også føre til eller fremme utbruddet av kroniske sykdommer. Begge systemene utviklet seg for å tillate slik lokal interaksjon, som finnes i primær og sekundær lymfoid vev og slimhinner. Nylige studier har vist at nociceptorer direkte oppdager og reagerer på fremmede antigener, immuncelleavledede cytokiner og mikrober.
Nociceptoraktivering resulterer ikke bare i smerteoverfølsomhet og kløe, men senker nociceptorens avfyringsterskel, noe som fører til lokal frigjøring av neuropeptider. Peptidene som produseres av og frigjøres fra de perifere terminalene til nociceptorer, kan blokkere kjemotaksen og polarisasjonen av lymfocytter, kontrollere lokalisering, varighet og type betennelse. Nylig bevis viser at sensoriske nevroner samhandler med medfødte immunceller via celle-cellekontakt, for eksempel engasjerende gruppe 2D (NKG2D) reseptorer på naturlige morderceller (NK).
Gitt at NK-celler uttrykker de kognate reseptorene for forskjellige nociceptor-produserte mediatorer, kan det tenkes at nociceptorer bruker neuropeptider for å kontrollere aktiviteten til NK-celler. Her utarbeider vi en samkulturmetode for å studere nociceptor neuron-NK-celleinteraksjoner i en tallerken. Ved hjelp av denne tilnærmingen fant vi at lumbale nociceptor-nevroner reduserer NK-cellecytokinuttrykk. Samlet sett kan en slik reduksjonistisk metode være nyttig for å studere hvordan tumor-innerverende nevroner kontrollerer anticancerfunksjonen til NK-celler og hvordan NK-celler kontrollerer eliminering av skadede nevroner.
Introduction
Cellelegemene til sensoriske nevroner stammer fra dorsale rotganglier (DRG). DRG er lokalisert i det perifere nervesystemet (PNS), mellom ryggmargens dorsale horn og perifere nerveterminaler. Den pseudo-unipolare naturen til DRG-nevroner tillater overføring av informasjon fra den perifere grenen, som innerverer målvevet, til den sentrale grenen, som bærer den somatosensoriske informasjonen til ryggmargen1. Ved hjelp av spesialiserte ionkanalreseptorer registrerer førsteordens nevroner trusler fra patogener, allergener og forurensninger 2, noe som fører til tilstrømning av kationer (Na +, Ca2 +) og generering av et handlingspotensial 3,4,5.
Disse nevronene sender også antidromisk virkningspotensial mot periferien, hvor den første fareføleren hadde skjedd, noe som fører til lokal frigjøring av neuropeptider 1,4. Derfor tjener nociceptorneuronene som en beskyttende mekanisme, og varsler verten om miljøfare 4,5,6,7.
For å kommunisere med andreordens nevroner frigjør nociceptorene forskjellige nevrotransmittere (f.eks. Glutamat) og neuropeptider (f.eks. Kalsitonin-genrelatert peptid (CGRP), substans P (SP) og vasoaktivt intestinalt peptid (VIP))6,7. Disse peptidene virker på kapillærene og fremmer plasma ekstravasasjon, ødem og lokal tilstrømning og modulering av immunceller 2,4,7.
De somatosensoriske og immunsystemene benytter et felles kommunikasjonssystem sammensatt av cytokiner og neuropeptider, og deres respektive kognate reseptorer4. Mens denne toveiskommunikasjonen bidrar til å beskytte mot fare og bevare homeostase, kan den også bidra til sykdomspatofysiologi4.
NK-celler er klassifisert som medfødte lymfoide celler og er spesialisert for å eliminere viralt infiserte celler. NK-cellefunksjonen styres av en balanse mellom stimulerende og hemmende reseptorer, inkludert aktiveringsreseptoren NKG2D8. Den endogene liganden til NKG2D, retinsyre tidlig induserbar1 (RAE1), uttrykkes av celler som gjennomgår stress som tumorigenese og infeksjon 8,9.
Nylige undersøkelser har vist at perifer nerveskade driver sensoriske nevroner for å uttrykke maladaptive molekyler som stathmin 2 (STMN2) og RAE1. Således, via celle-cellekontakt, ble NKG2D-uttrykkende NK-celler aktivert ved interaksjon med RAE1-uttrykkende nevroner. I sin tur var NK-celler i stand til å eliminere skadede nociceptorneuroner og stump smerteoverfølsomhet som normalt er forbundet med nerveskade10. I tillegg til NKG2D-RAE1-aksen uttrykker NK-celler de kognate reseptorene for forskjellige nociceptor-produserte mediatorer. Det er derfor mulig at disse mediatorene modulerer NK-celleaktivitet. Denne artikkelen presenterer en samkulturmetode for å undersøke biologien til nociceptor-nevron-NK-celleinteraksjonen. Denne tilnærmingen vil bidra til å fremme forståelsen av hvordan nociceptor-nevroner modulerer medfødte immuncelleresponser mot skade, infeksjon eller malignitet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Davies et al.11 fant at skadede nevroner oppregulerer RAE1. Via celle-celle-kontakt var NKG2D-uttrykkende NK-celler da i stand til å identifisere og eliminere RAE1+ -nevroner, som igjen begrenser kronisk smerte11. Gitt at NK-celler også uttrykker forskjellige neuropeptidreseptorer, og at disse neuropeptidene er kjent for sine immunmodulerende evner, synes det stadig viktigere å studere samspillet mellom NK-celler og nociceptor-nevroner in vitro</e…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av The New Frontiers in Research Fund (NFRFE201901326), Canadian Institutes of Health Research (162211, 461274, 461275), Canadian Foundation for Innovation (37439), Canada Research Chair program (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 |
Riferimenti
- 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).
