Musemodell for alloimmun-indusert Vaskulær Avvisning og Transplant Arteriosclerosis
Summary
We describe a protocol for aortic interposition grafting in mice. The goal of the protocol is to provide a model with which to study pathological processes and therapeutic strategies relevant to alloimmune reactions in arteries and the resultant arterial changes that contribute to organ transplant failure.
Abstract
Vascular rejection that leads to transplant arteriosclerosis (TA) is the leading representation of chronic heart transplant failure. In TA, the immune system of the recipient causes damage of the arterial wall and dysfunction of endothelial cells and smooth muscle cells. This triggers a pathological repair response that is characterized by intimal thickening and luminal occlusion. Understanding the mechanisms by which the immune system causes vasculature rejection and TA may inform the development of novel ways to manage graft failure. Here, we describe a mouse aortic interposition model that can be used to study the pathogenic mechanisms of vascular rejection and TA. The model involves grafting of an aortic segment from a donor animal into an allogeneic recipient. Rejection of the artery segment involves alloimmune reactions and results in arterial changes that resemble vascular rejection. The basic technical approach we describe can be used with different mouse strains and targeted interventions to answer specific questions related to vascular rejection and TA.
Introduction
I løpet av de siste 30 år, har fremskritt i immundempende medikamenter redusert podingsforkastelse grunn av akutt avstøting men kronisk avvisning er fortsatt en hovedutfordring. Den viktigste manifestasjon av kronisk hjertetransplantasjon avvisning er transplantasjon arteriosklerose (TA) 1,2. Denne tilstanden er karakterisert ved intimal hyperplasi og vasomotorisk dysfunksjon av allograft arterier og utvikler seg som et resultat av immunologisk målretting av endoteliale og glatte muskelceller av mottakeren immunsystemet. Den spesifikke målrettingen av graftet blodkar på grunn av godkjenning av utenlandsk peptid-hovedhistokompatibilitetskompleks (MHC) fremheves av utviklingen av TA utelukkende i pode arterier mens sparsom verts fartøy tre. I tråd med dette er den observasjon at TA ikke skjer eksperimentelt når mottakeren er genetisk identiske med donor eller når mottakeren mangler T- og B-celler 4. Immunmediert vaskulær skade og dysfunction fører til utvikling av intimal fortykning og fibrose, så vel som den avvikende akkumulering av lipider og ECM-proteiner, i TA 5. Intimalfortykning tendens til å være konsentrisk på hele arterielle treet 4-6. Graft tap og død oppstår vanligvis som et resultat av progressiv iskemi som følge av luminal okklusjon av allograft arterier 4.
I 1991 Mennander et al. 7 pioner en aortic inter modell i rotter å modellere TA. Flere grupper har deretter tilpasset denne fremgangsmåten for bruk i mus. I denne modellen allograft aorta segmenter utvikle lesjoner som har egenskaper som kan sammenlignes TA observert i kliniske transplantasjoner. Dette inkluderer intimalfortykning karakterisert ved akkumulering av glatte muskelceller-liknende celler og mottaker leukocytter 7. I løpet av de siste to tiår har denne modellen har blitt brukt til å generere viktig innsikt i mekanismene for vaskulær skade, avvisning og TA. Det kan være ossed å undersøke spørsmål knyttet til immun og vaskulære reaksjoner under arteriell patologi. Valget av antigen mismatch påvirker evne til riktig håndtere disse spørsmålene.
Transplantasjon tvers komplett MHC barrierer tillater en omfattende evaluering av immunresponser som er kjent for å være involvert i organtransplantasjon avvisning. Dette omfatter direkte CD4 og CD8 T-celle anerkjennelse og målretting av utenlandsk peptid-MHC presentert av pode-deriverte celler, indirekte CD4 (og muligens CD8) T-celle anerkjennelse og målretting av pode-avledet alloantigener presenteres av mottakeren antigenpresenterende celler og antistoff mediert anerkjennelse av alloantigener på vaskulære celleoverflater 8. Imidlertid kan den vaskulære respons på skade i et fullstendig MHC-feilaktige forsøk være annerledes enn det som ble observert klinisk. Johnson et al. 9 viste at i aorta inter grafts transplanterte over et komplett MHC mismatch barriere, de fleste avde neointimale cellene er på mottaker opprinnelse og ikke fra donor opprinnelse. Dette er annerledes enn det som ble observert i humane transplantasjoner der de fleste intimale glatte muskelceller er av donor opprinnelse 9,10. Å ta hensyn til denne begrensningen, har alternative eksperimentelle modeller som involverer pode over mindre histocompatibility antigen uoverensstemmelser blitt utviklet som utløser vaskulære reaksjoner som ligne de som ble observert i klinisk transplantasjon 11. Selv om disse alternative modeller tillate viktige konklusjoner å bli gjort om de vaskulære reaksjoner som driver utviklingen av TA, de immunologiske prosesser som forårsaker vaskulære avvisning i moll histocompatibility antigen umake grafts ikke helt re-kapitulere de som forekommer i klinisk setting. For eksempel er mindre histokompatibilitetsantigener anerkjent dårlig av pode reaktive antistoffer 12. Gitt de ovennevnte hensyn, er det viktig å vurdere patologiske questipå å bli undersøkt ved valg av type antigen mismatch brukes i en aortic inter modell. Her beskriver vi en detaljert protokoll for murine aortic inter pode. Vi beskriver inter pode mellom komp MHC-umake mus, men den samme protokollen brukes for pode på tvers av andre antigen feilaktige musestammer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi har beskrevet en protokoll for aorta inter poding i mus som er nyttig for å studere immunformidlet vaskulær avvisning og TA. Denne modellen kan brukes til å undersøke årsakene til TA, så vel som utvikling av nye terapeutiske strategier. Det har blitt brukt tidligere for å etablere en vesentlig rolle for adaptiv immunitet, cytotoksiske T-celleresponser, cytokin-mediert CD4 T-celle-effektor-responser, og antistoff-mediert pode skader i TA 14,17-21. Artery transplantasjon i mus er vanskelig på grunn a…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet med tilskudd fra den kanadiske Institutes of Health Research and Heart and Stroke Foundation of BC & Yukon (JCC).
Materials
| Name | Company | Catalogue | Comments |
| C57BL/6J (H-2b) | Jackson Laboratories, Bar Harbour ME | Strain# 000664 | |
| Balb/cBYJ | Jackson Laboratories, Bar Harbour ME | Strain# 001026 | |
| Ketamine Hydrochloride Injection USP 100 mg/ mL | Ketalean | DIN 00612316 | |
| Xylazine Injection 20 mg/mL | Rompum | DIN 02169592 | |
| Ketoprofen Injection 100 mg/mL | Anafen | DIN 01938126 | |
| Butorphanol Tartrate injection 10 mg/mL | Torbugesic | DIN 008450000 | |
| Buprenorphine Injection 0.3 mg/mL | Reckitt Benckiser | B.N. 5241 | |
| Atipamezole hydrochloride sterile injectable solution | Antisedan | DIN 02237744 | |
| Heparin Sodium Injection, USP, 1000 units/mL | McKesson Distribution | DIN 02264315 | |
| Tears naturale ophthalmic ointment | Alcon | DIN 02082519 | |
| Stereomicroscope | Leica | M80 | |
| 0.9% Sodium Chloride, sterile | Baxter Corporation | ||
| Lactated Ringer’s solution, sterile | Baxter Corporation | ||
| 0.9% Sodium Chloride Injection, sterile, 10 mL | Baxter Corporation | ||
| Alcohol Prep Pads | Loris | ||
| Povidone Iodine | Betadine | ||
| Chlorohexidine Gluconate 4% w/v | Germi-Stat | ||
| Black Polyamide Monofilament | AROSurgical Instruments | T4A10Q07 | |
| Suture, 10-0 suture, 70 microns | Corporation | ||
| Blue monofilament suture 5-0, P3 needle | Ethicon | 8698G | |
| 1 ml Syringe | BD | REF 309659 | |
| 10 ml Syringe | BD | REF 309604 | |
| 1cc TB insulin syringe with 28G 1/2 | BD | REF 309309 | |
| 25G 7/8, hypodermic needle | BD | REF 305124 | |
| 27G 1/2, hypodermic needle | BD | REF 305109 | |
| Colibri Retractor- 1.5cm spread 4cm | Fine Science Tools | 17000-04 | |
| S&T CAF-4 Clip applying forceps, without lock | Fine Science Tools | 00072-14 | |
| Supergrip forceps, S&T | Fine Science Tools | 00632-11 | |
| Medical No.5 forceps | Fine Science Tools | 11253-20 | |
| Lexer Baby Scissors | Fine Science Tools | 14078-10 | |
| Micro Adson forceps serrated | Fine Science Tools | 11018-12 | |
| Vannas-Tubingen microscissors | Fine Science Tools | 15003-08 | |
| Micro clamps, b-1; 3.5mm x 1mm; 7mm length | Fine Science Tools | 00396-01 | |
| Graefe-forceps, 10cm 1×2 teeth | Fine Science Tools | 11054-10 | |
| Castroviejo with lock and tungsten jaws | Fine Science Tools | 12565-14 | |
| Hot glass bead sterilizer | Inotech 250 | IS-250 – Steri-250 | |
| Non-woven gauzes | Progene | ||
| Cotton Tipped Applicators | Puritan | ||
| Beard Trimmer | Wahl | ||
| Heating pad | Sunbeam |
References
- Billingham, M. E. Graft coronary disease: the lesions and the patients. Transplant Proc. 21, 3665-3666 (1989).
- Foegh, M. L. Chronic rejection–graft arteriosclerosis. Transplant Proc. 22, 119-122 (1990).
- Libby, P., Pober, J. S. Chronic rejection. Immunity. 14, 387-397 (2001).
- Tellides, G., Pober, J. S. Interferon-gamma axis in graft arteriosclerosis. Circulation research. 100, 622-632 (2007).
- Johnson, D. E., Gao, S. Z., Schroeder, J. S., DeCampli, W. M., Billingham, M. E. The spectrum of coronary artery pathologic findings in human cardiac allografts. The Journal of heart transplantation. 8, 349-359 (1989).
- Gao, S. Z., Alderman, E. L., Schroeder, J. S., Silverman, J. F., Hunt, S. A. Accelerated coronary vascular disease in the heart transplant patient: coronary arteriographic findings. Journal of the American College of Cardiology. 12, 334-340 (1988).
- Mennander, A., et al. Chronic rejection in rat aortic allografts. An experimental model for transplant arteriosclerosis. Arterioscler Thromb. 11, 671-680 (1991).
- Choy, J. C. Granzymes and perforin in solid organ transplant rejection. Cell Death Differ. 17, 567-576 (2010).
- Johnson, P., Carpenter, M., Hirsch, G., Lee, T. Recipient cells form the intimal proliferative lesion in the rat aortic model of allograft arteriosclerosis. Am J Transplant. 2, 207-214 (2002).
- Minami, E., Laflamme, M. A., Saffitz, J. E., Murry, C. E. Extracardiac progenitor cells repopulate most major cell types in the transplanted human heart. Circulation. 112, 2951-2958 (2005).
- Yu, L., et al. AIP1 prevents graft arteriosclerosis by inhibiting interferon-gamma-dependent smooth muscle cell proliferation and intimal expansion. Circ Res. 109, 418-427 (2011).
- Miller, C., DeWitt, C. W. Cellular and humoral responses to major and minor histocompatibility antigens. Transplant Proc. 5, 303-305 (1973).
- Tsutsui, H., et al. Lumen loss in transplant coronary artery disease is a biphasic process involving early intimal thickening and late constrictive remodeling: results from a 5-year serial intravascular ultrasound study. Circulation. 104, 653-657 (2001).
- Rossum, A., Enns, W., Shi, P., MacEwan, G. E., Choy, J. C. Bim regulates allogeneic immune responses and transplant arteriosclerosis through effects on T cell activation and death. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 34, 1290-1297 (2014).
- Ho, M. K., Springer, T. A. Tissue distribution, structural characterization, and biosynthesis of Mac-3, a macrophage surface glycoprotein exhibiting molecular weight heterogeneity. J Biol Chem. 258, 636-642 (1983).
- Inoue, T., Plieth, D., Venkov, C. D., Xu, C., Neilson, E. G. Antibodies against macrophages that overlap in specificity with fibroblasts. Kidney international. 67, 2488-2493 (2005).
- Shi, C., et al. Immunologic basis of transplant-associated arteriosclerosis. Proc Natl Acad Sci U S A. 93, 4051-4056 (1996).
- Skaro, A. I., et al. CD8+ T cells mediate aortic allograft vasculopathy by direct killing and an interferon-gamma-dependent indirect pathway. Cardiovasc Res. 65, 283-291 (2005).
- Tellides, G., et al. Interferon-gamma elicits arteriosclerosis in the absence of leukocytes. Nature. 403, 207-211 (2000).
- Wang, Y., et al. Interferon-gamma induces human vascular smooth muscle cell proliferation and intimal expansion by phosphatidylinositol 3-kinase dependent mammalian target of rapamycin raptor complex 1 activation. Circ Res. 101, 560-569 (2007).
- Soulez, M., et al. The perlecan fragment LG3 is a novel regulator of obliterative remodeling associated with allograft vascular rejection. Circ Res. 110, 94-104 (2012).
- Choy, J. C., Kerjner, A., Wong, B. W., McManus, B. M., Granville, D. J. Perforin mediates endothelial cell death and resultant transplant vascular disease in cardiac allografts. Am J Pathol. 165, 127-133 (2004).
- Choy, J. C., et al. Granzyme B induces endothelial cell apoptosis and contributes to the development of transplant vascular disease. Am J Transplant. 5, 494-499 (2005).
- Reis, E. D., et al. Dramatic remodeling of advanced atherosclerotic plaques of the apolipoprotein E-deficient mouse in a novel transplantation model. Journal of vascular surgery. 34, 541-547 (2001).
- Potteaux, S., et al. Suppressed monocyte recruitment drives macrophage removal from atherosclerotic plaques of Apoe-/- mice during disease regression. J Clin Invest. 121, 2025-2036 (2011).
