Summary

Identifikation og karakterisering af immunogeneRNA-arter i HDM-allergener, der modulerer eosinofil lungebetændelse

Published: May 30, 2020
doi:

Summary

Miljømæssige allergener såsom husstøvmider (HDM) indeholder ofte mikrobielle stoffer, der aktiverer medfødte immunreaktioner for at regulere allergisk inflammation. Den protokol, der præsenteres her, viser identifikationen af dsRNA-arter i HDM-allergener og karakterisering af deres immunogene aktiviteter i modulerende eosinofil lungebetændelse.

Abstract

Miljømæssige allergener såsom husstøvmider (HDM) er ofte i komplekse former, der indeholder både allergiske proteiner, der driver afvigende type 2-reaktioner og mikrobielle stoffer, der fremkalder medfødte immunresponser. Disse allergen-associerede mikrobielle komponenter spiller en vigtig rolle i reguleringen af udviklingen af type 2 inflammatoriske tilstande såsom allergisk astma. De underliggende mekanismer er dog stort set udefinerede. Den protokol, der præsenteres her, bestemmer de strukturelle egenskaber og in vivo-aktiviteten af allergenrelateret immunostimulerende RNA. Specifikt undersøges almindelige allergener for tilstedeværelsen af dobbeltstrengede RNA-arter (dsRNA), der kan stimulere IFN-reaktioner i lungerne og begrænse udviklingen af svær lungeeosinofili i en musemodel af HDM-induceret allergisk astma. Her har vi medtaget følgende tre analyser: Dot blot for at vise dsRNA-strukturerne i total RNA isoleret fra allergener, herunder HDM-arter, RT-qPCR til måling af aktiviteterne i HDM RNA i interferonstimulerende gener (ISGs) udtryk i muselunger og FACS-analyse for at bestemme virkningerne af HDM RNA på antallet af eosinofile i bal og lunge.

Introduction

På grundlag af den hygiejnehypotese , der oprindeligt blev foreslået af Strachan1, kan udsættelse for mikrobiel miljøfaktorer såsom endotoxin beskytte mod udviklingen af allergiske lidelser2,3. Under mikrobielle infektioner, fx virusinfektioner, udløser den medfødte immundetektion af udenlandske nukleinsyrer (RNA/DNA) værtsforsvarsrespons4,,5,6. Det er dog fortsat uvist, om der findes og prævalenser af immungene nukleinsyrer såsom lange dobbeltstrengede RNA-arter (dsRNA) i husstøvmider (HDM) eller andre insektalrogener. Denne protokol er designet til at afgøre, om HDM eller insekt- og ikke-insektallergener indeholder lange dsRNA-arter, der kan aktivere en beskyttende immunrespons for at modvirke udviklingen af alvorlig eosinofil lungebetændelse i en musemodel af allergisk astma. Her tilbyder vi tre enkle og hurtige metoder til at evaluere de strukturelle determinanter i HDM total RNA, som er nødvendige for at regulere allergeninduceret eosinofil lungebetændelse.

Slimhinden immunsystemet er den største immunorgan i kroppen og fungerer som den første linje i vært forsvar mod både mikrobielle infektioner og allergiske fornærmelser7,8. Den lange dsRNA, replikation mellemliggende af mange vira, er kendt for at fungere som en patogen-associeret molekylære mønster (PAMP) til potent stimulere medfødte reaktioner via Toll som receptor 3 (TLR3) at fremkalde udtryk for interferon stimulerede gener (ISGs)9,10,,11,,12,13,14. Vi har for nylig vist, at HDM total RNA indeholdt dsRNA-strukturer, som upregulated udtrykket af ISGs og reduceret svær eosinofil lungebetændelse, når det administreres via intratracheal instillation i en murine model af allergisk astma induceret af HDMekstrakter 15. Sværhedsgraden af lungebetændelse bestemmes ved at analysere immuncelletyperne i bronskoalveolær lavage (BAL) og lungevæv via flowcytometri16,17,18,19,20.

Denne protokol omfatter tre analyser: 1) hurtig påvisning af dsRNA-strukturer med RNA-punkt blot ved hjælp af et monoklonalt museantistof J2, som specifikt binder sig til dsRNA (≥40bp) på en sekvensuafhængig måde; 2) hurtig evaluering af in vivo-virkninger af immunstimulerende RNA i muselunger ved at måle induktion af ISG’er ved hjælp af RT-qPCR; 3) nøjagtig kvantificering af eosinofile i BAL og lunge i forbindelse med HDM-induceret lungebetændelse ved hjælp af flow cytometri analyse.

Ovenstående analyser kan bruges til at studere ikke kun allergiske lungesygdomme, men også respiratoriske bakterielle og virale infektioner. For eksempel kan det DSRNA-specifikke J2-antistof også anvendes til andre formål såsom immunoaffinitetkromatografi, immunhistokemi, enzymbundet immunosorbensanalyse (ELISA) og immunstaining21,22,23. Desuden kan flere anvendelser neden for BAL væske indsamling anvendes til kvantificering opløselige indhold såsom cytokiner og chemokines ved hjælp af ELISA, og transskriptionel profilering af celler i luftvejene (f.eks alveolær makrofager). Selv om der er en række protokoller til rådighed i litteraturen til at evaluere lungesygdomme, de fleste af disse protokoller fokuserer ofte på målet validering. De procedurer, der er beskrevet her, kan anvendes til at identificere komponenter i miljømæssige allergener, der er vigtige for at regulere udviklingen af allergiske sygdomme.

Protocol

Eksperimentelle procedurer, der er beskrevet her, blev godkendt af Institutional Animal Care and Use Committee of University of Texas Health San Antonio. 1. Dot blot for at vise tilstedeværelsen af dsRNA-strukturer i HDM total RNA Total RNA-isolering fra allergener, insekter og ikke-insekt allergener Sæt HDM, insekter eller ikke-insektdyr indsamlet i live eller fremstillet kommercielt i 50 ml rør, og hurtigt fryse med flydende-N2. Derefter opbevares ved -70 °C …

Representative Results

Tilstedeværelsen af lange dsRNA-strukturer i HDM, insekter og ikke-insekt små dyr blev undersøgt ved dot blot ved hjælp af et dsRNA-specifikt musemonoklonalt antistof J2 (≥ 40bp). RNase III blev brugt til at fordøje dsRNA i 12-15 bp dsRNA-fragmenter, som ikke kunne spores af J2 (figur 1). HDM total RNA’s evne til at stimulere et medfødt immunrespons i muselunger på en dosisafhængig måde blev analyseret af RT-qPCR (Figur 2,?…

Discussion

Den nuværende protokol beskriver, hvordan man vurderer de immunstimulerende egenskaber af allergen-associerede mikrobielle RNA og deres indvirkning på udviklingen af eosinofil lungebetændelse i en musemodel af allergisk astma. Selv om lange dsRNA’er er kendt som replikationsmellemprodukter af mange vira, der potent kan aktivere interferonresponser i pattedyrceller, har deres tilstedeværelse i HDM-allergener været ukendt indtil vores seneste arbejde15. Kombinationen af RNA-dot blot, RT-qPCR og…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi takker Ms Karla Gorena for teknisk bistand i flow cytometri. L.S. støttes af China Scholarship Council og Hunan Provincial Innovation Foundation for Postgraduate (CX201713068). H.H.A. er støttet af Institut for Kliniske Laboratorievidenskaber, College of Applied Medical Sciences, Jouf University, Sakaka, Saudi-Arabien. X.D.L. støttes af UT Health San Antonio School of Medicine Startup Fund og Max og Minnei Voelcker Fund.

Materials

0.40 µm Falcon Cell Strainer Thermo Fisher Scientific 08-771-1
1 mL syringes Henke Sass Wolf 5010.200V0
15 mL Tube TH.Geyer 7696702
50 mL Tube TH.Geyer 7696705
70% ethanol Decon Labs 2701
Absolute Counting Beads Life Technologies Europe B.V. C36950
ACK-RBC lysing buffer Lonza 10-548E
Amersham Hybond-N+ Membrane GE Healthcare RPN203B
Ant San Antonio Note: Locally collected
Antibody dilution buffer (see Table 5 for recipe)
Anti-Mouse CD11b V450 Rat (clone M1/70) BD Bioscience 560456 1 to 200 dilution
Anti-Mouse CD11c PE-Cy7 (clone N418) BioLegend 117317 1 to 200 dilution
Anti-Mouse CD19 Alexa Flour 647 (clone 1D3) eBioscience 15-0193-81 1 to 200 dilution
Anti-Mouse CD3e APC (clone 145-2C11) Invitrogen 15-0031-81 1 to 200 dilution
Anti-Mouse CD45 APC-Cy7 (clone: 30-F11) BioLegend 103130 1 to 200 dilution
Anti-Mouse Fixable Viabillity Dye eFluor 506 Invitrogen 65-0866-14 1 to 200 dilution
Anti-Mouse IgG (H+L), AP Conjugate Promega S3721
Anti-Mouse Ly-6G FITC (clone RB6-8C5) Invitrogen 11-5931-82 1 to 200 dilution
Anti-Mouse MHC II APC-eFluor 780 (clone M5/114.15.2) eBioscience 47-5321-80 1 to 200 dilution
Anti-Mouse Siglec-F PE (clone E50-2440) BD Pharmingen 552126 1 to 200 dilution
BCIP/NBT substrate Thermo Fisher Scientific PI34042
Blocking Buffer (see Table 5 for recipe)
Cannual, 20G X 1.5” CADENCE SCIENCE 9920
Centrifuge Thermo Fisher Scientific 75004030
CFX384 Touch Real-Time PCR Detection System Bio-Rad Laboratories 1855485
Chloroform Thermo Fisher Scientific C298-500
Cockroach Greer Laboratories B26
Counting beads Thermo Fisher Scientific 01-1234-42
D. farinae Greer Laboratories B81
D. pteronyssinus Greer Laboratories B82
Denville Cell Culture Plates with lid, 96 well cell culture plate Thomas Scientific 1156F03
Digital Dry Bath – Four Blocks Universal Medical, Inc. BSH1004
Earthworm San Antonio Note: Locally collected
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) Sigma-Aldrich E6511
FACS buffer (see recipe in Table 5)
Falcon Round-Bottom Polypropylene Tubes, 5 mL STEMCELLTM TECHNOLOGIES 38056
Flow cytometer (BD FACS Celesta) BD Biosciences
Fly Greer Laboratories B8
Forceps Roboz Surgical Instrument RS-5135
Hemocytometer Hausser Scientific 3110
HT-DNA Sigma D6898
In Vivo MAb anti-mouse CD16/CD32 (clone: 2.4G2) Bio X Cell BE0307
iScript cDNA Synthesis Kit Bio-Rad Laboratories 1708891
Isoflurane Abbott Labs sc-363629Rx
Isopropanol Thermo Fisher Scientific BP2618500
J2 anti-dsRNA monoclonal antibody SCICONS 10010200
Lung digestion solution (see recipe in Table 5)
Lysing Matrix D MP Biomedicals 116913050-CF
Lysing Matrix D, 2 mL tube MP Biomedicals SKU:116913100
Mice (female, 8-12 weeks old, C57BL/6J) Jackson Laboratory #000664
Microcentrifuge tube 1.5 mL Sigma-Aldrich 30120.094
Microscope Olympus CK30
Mini-BeadBeater Homogenizers SKU:BS:607
Mini-Beadbeater-16 Biospec 607
Mosquito Greer Laboratories B55
NanoDrop 2000C Thermo Scientific Spectophotometer Medex Supply TSCND2000C
Needle, 21 G x 1 1/2 in BD Biosciences 305167
Non-fat milk Bio-Rad Laboratories 1706404
Nylon string Dynarex 3243
Phosphate-buffered Saline (PBS) Lonza BE17-516F
RNase III Thermo Fisher Scientific AM2290
RNase T1 Thermo Fisher Scientific AM2283
Scissors Roboz Surgical Instrument RS-6802
Shaker or Small laboratory mixer Boekel Scientific 201100
SPHERO AccuCount Fluorescent Spherotech ACFP-70-5 1 to 10 dilution
Spider San Antonio Note: Locally collected
TBS (see recipe in Table 5)
TBS-T (see recipe in Table 5)
Total cell medium (see recipe in Table 5)
TRIzol Reagent Thermo Fisher Scientific 15596018
Tween 20 Sigma-Aldrich P9416
UV Stratalinker 2400 UV LabX 20447
Wasp San Antonio Note: Locally collected

References

  1. Strachan, D. P. Hay fever, hygiene, and household size. BMJ. 299, 1259-1260 (1989).
  2. Schuijs, M. J., et al. Farm dust and endotoxin protect against allergy through A20 induction in lung epithelial cells. Science. 349, 1106-1110 (2015).
  3. Stein, M. M., et al. Innate Immunity and Asthma Risk in Amish and Hutterite Farm Children. New England Journal of Medicine. 375, 411-421 (2016).
  4. Roers, A., Hiller, B., Hornung, V. Recognition of Endogenous Nucleic Acids by the Innate Immune System. Immunity. 44, 739-754 (2016).
  5. Schlee, M., Hartmann, G. Discriminating self from non-self in nucleic acid sensing. Nature Reviews Immunology. 16, 566-580 (2016).
  6. Wu, J., Chen, Z. J. Innate immune sensing and signaling of cytosolic nucleic acids. Annual Reviews Immunology. 32, 461-488 (2014).
  7. O’Hara, A. M., Shanahan, F. The gut flora as a forgotten organ. EMBO Reports. 7 (7), 688-693 (2006).
  8. . Focused Meeting 2018: Microbes and Mucosal Surfaces Available from: https://microbiologysociety.org/event/society-events-and-meetings/focused-meeting-2018-microbes-and-mucosal-surfaces.html (2018)
  9. Weber, F., et al. Double-stranded RNA is produced by positive-strand RNA viruses and DNA viruses but not in detectable amounts by negative-strand RNA viruses. Journal of Virology. 80, 5059-5064 (2006).
  10. Barral, P. M., et al. Functions of the cytoplasmic RNA sensors RIG-I and MDA-5: Key regulators of innate immunity. Pharmacology and Therapeutics. 124, 219-234 (2009).
  11. Netea, M. G., et al. From the Th1/Th2 paradigm towards a Toll-like receptor/T-helper bias. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 49, 3991-3996 (2005).
  12. McNally, B., et al. Intranasal administration of dsRNA analog poly(I:C) induces interferon-alpha receptor-dependent accumulation of antigen experienced T cells in the airways. PLoS One. 7, 51351 (2012).
  13. Seya, T., Takeda, Y., Matsumoto, M. Tumor vaccines with dsRNA adjuvant ARNAX induces antigen-specific tumor shrinkage without cytokinemia. Oncoimmunology. 5, 1043506 (2016).
  14. Toussi, D. N., Massari, P. Immune Adjuvant Effect of molecularly defined Toll-Like Receptor Ligands. Vaccines (Basel). 2, 323-353 (2014).
  15. She, L., et al. Immune Sensing of Aeroallergen-Associated Double-Stranded RNA Triggers an IFN Response and Modulates Type 2 Lung Inflammation. Journal of Immunology. 203, 2520-2531 (2019).
  16. Fujimoto, Y., et al. Pulmonary inflammation and cytokine dynamics of bronchoalveolar lavage fluid from a mouse model of bronchial asthma during A(H1N1)pdm09 influenza infection. Science Reports. 7, 9128 (2017).
  17. Yao, Y., et al. Induction of Autonomous Memory Alveolar Macrophages Requires T Cell Help and Is Critical to Trained Immunity. Cell. 175, 1634-1650 (2018).
  18. Dua, K., Shukla, S. D., Hansbro, P. M. Aspiration techniques for bronchoalveolar lavage in translational respiratory research: Paving the way to develop novel therapeutic moieties. Journal of Biological Methods. 4, 73 (2017).
  19. Van Hoecke, L., et al. Bronchoalveolar Lavage of Murine Lungs to Analyze Inflammatory Cell Infiltration. Journal of Visualized Experiments. (123), e55398 (2017).
  20. Salahuddin, S., et al. Processing of Bronchoalveolar Lavage Fluid and Matched Blood for Alveolar Macrophage and CD4+ T-cell Immunophenotyping and HIV Reservoir Assessment. Journal of Visualized Experiments. (148), e59427 (2019).
  21. Son, K. N., Liang, Z., Lipton, H. L. Double-Stranded RNA Is Detected by Immunofluorescence Analysis in RNA and DNA Virus Infections, Including Those by Negative-Stranded RNA Viruses. Journal of Virology. 89, 9383-9392 (2015).
  22. Monsion, B., et al. Efficient Detection of Long dsRNA in Vitro and in Vivo Using the dsRNA Binding Domain from FHV B2 Protein. Front Plant Sci. 9, 70 (2018).
  23. Redente, E. F., et al. Age and sex dimorphisms contribute to the severity of bleomycin-induced lung injury and fibrosis. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 301, 510-518 (2011).
  24. Card, J. W., et al. Gender differences in murine airway responsiveness and lipopolysaccharide-induced inflammation. Journal of Immunology. 177, 621-630 (2006).
  25. Gueders, M. M., et al. Mouse models of asthma: a comparison between C57BL/6 and BALB/c strains regarding bronchial responsiveness, inflammation, and cytokine production. Inflammation Research. 58, 845-854 (2009).
check_url/kr/61183?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Alanazi, H. H., She, L., Li, X. Identification and Characterization of Immunogenic RNA Species in HDM Allergens that Modulate Eosinophilic Lung Inflammation. J. Vis. Exp. (159), e61183, doi:10.3791/61183 (2020).

View Video