Retar ut samspelet mellan naturliga mördarceller och nociceptorneuroner
Summary
Nociceptorneuroner och NK-celler interagerar aktivt i ett inflammatoriskt sammanhang. En samkulturell strategi gör det möjligt att studera detta samspel.
Abstract
Somatosensoriska nervceller har utvecklats för att upptäcka skadliga stimuli och aktivera defensiva reflexer. Genom att dela kommunikationsmedel ställer nociceptorneuroner också värdförsvar genom att kontrollera immunsystemets aktivitet. Kommunikationen mellan dessa system är mestadels adaptiv, vilket hjälper till att skydda homeostas, det kan också leda till eller främja uppkomsten av kroniska sjukdomar. Båda systemen utvecklades tillsammans för att möjliggöra sådan lokal interaktion, som finns i primära och sekundära lymfoida vävnader och slemhinnor. Nya studier har visat att nociceptorer direkt upptäcker och svarar på främmande antigener, immuncellsderiverade cytokiner och mikrober.
Nociceptoraktivering resulterar inte bara i smärtöverkänslighet och klåda, utan sänker nociceptorbränningströskeln, vilket leder till lokal frisättning av neuropeptider. Peptiderna som produceras av och frigörs från de perifera terminalerna hos nociceptorer kan blockera kemotaxi och polarisering av lymfocyter, kontrollera lokalisering, varaktighet och typ av inflammation. Nya bevis visar att sensoriska nervceller interagerar med medfödda immunceller via cell-cellkontakt, till exempel engagerande grupp 2D (NKG2D) receptorer på naturliga mördarceller (NK).
Med tanke på att NK-celler uttrycker de kognata receptorerna för olika nociceptorproducerade mediatorer är det tänkbart att nociceptorer använder neuropeptider för att kontrollera aktiviteten hos NK-celler. Här tar vi fram en samodlingsmetod för att studera nociceptorneuron-NK-cellinteraktioner i en skål. Med hjälp av detta tillvägagångssätt fann vi att lumbal nociceptorneuroner minskar NK-cellcytokinuttryck. Sammantaget kan en sådan reduktionistisk metod vara användbar för att studera hur tumörinnerverande nervceller styr NK-cellernas anticancerfunktion och hur NK-celler styr elimineringen av skadade nervceller.
Introduction
Cellkropparna hos sensoriska neuroner har sitt ursprung i dorsalrotganglierna (DRG). DRG är belägna i det perifera nervsystemet (PNS), mellan ryggmärgs dorsala horn och de perifera nervterminalerna. Den pseudo-unipolära naturen hos DRG-neuroner möjliggör överföring av information från den perifera grenen, som innerverar målvävnaden, till den centrala grenen, som bär den somatosensoriska informationen till ryggmärgen1. Med hjälp av specialiserade jonkanalreceptorer känner första ordningens neuroner av hot från patogener, allergener och föroreningar2, vilket leder till tillströmning av katjoner (Na+, Ca2+) och generering av en åtgärdspotential 3,4,5.
Dessa nervceller skickar också antidromisk åtgärdspotential mot periferin, där den initiala faroavkänningen hade inträffat, vilket leder till lokal frisättning av neuropeptider 1,4. Därför fungerar nociceptorneuronerna som en skyddsmekanism och varnar värden för miljöfara 4,5,6,7.
För att kommunicera med andra ordningens neuroner frisätter nociceptorerna olika neurotransmittorer (t.ex. glutamat) och neuropeptider (t.ex. kalcitoningenrelaterad peptid (CGRP), substans P (SP) och vasoaktiv tarmpeptid (VIP))6,7. Dessa peptider verkar på kapillärer och främjar plasmaextravasation, ödem och lokal tillströmning och modulering av immunceller 2,4,7.
De somatosensoriska och immunsystemen använder ett delat kommunikationssystem som består av cytokiner och neuropeptider och deras respektive kognatreceptorer4. Medan denna dubbelriktade kommunikation hjälper till att skydda mot fara och bevara homeostas, kan det också bidra till sjukdomspatofysiologi4.
NK-celler klassificeras som medfödda lymfoida celler och är specialiserade för att eliminera virusinfekterade celler. NK-cellfunktionen styrs av en balans mellan stimulerande och hämmande receptorer, inklusive den aktiverande receptorn NKG2D8. Den endogena liganden av NKG2D, retinsyra tidigt inducerbar1 (RAE1), uttrycks av celler som genomgår stress såsom tumorigenes och infektion 8,9.
Nya undersökningar har visat att perifer nervskada driver sensoriska nervceller att uttrycka maladaptiva molekyler som stathmin 2 (STMN2) och RAE1. Således, via cell-cellkontakt, aktiverades NKG2D-uttryckande NK-celler genom interaktion med RAE1-uttryckande neuroner. I sin tur kunde NK-celler eliminera skadade nociceptorneuroner och trubbig smärtöverkänslighet som normalt är förknippad med nervskada10. Förutom NKG2D-RAE1-axeln uttrycker NK-celler de kognata receptorerna för olika nociceptorproducerade mediatorer. Det är därför möjligt att dessa medlare modulerar NK-cellaktivitet. Denna artikel presenterar en samodlingsmetod för att undersöka biologin för nociceptorneuron-NK-cellinteraktionen. Detta tillvägagångssätt hjälper till att främja förståelsen för hur nociceptorneuroner modulerar medfödda immuncellsvar mot skada, infektion eller malignitet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Davies et al.11 fann att skadade nervceller uppreglerar RAE1. Via cell-cellkontakt kunde NKG2D-uttryckande NK-celler sedan identifiera och eliminera RAE1+ neuroner, vilket i sin tur begränsar kronisk smärta11. Med tanke på att NK-celler också uttrycker olika neuropeptidreceptorer, och att dessa neuropeptider är kända för sin immunmodulerande förmåga, verkar det allt viktigare att studera interaktionen mellan NK-celler och nociceptorneuroner …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av 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) och 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).
