인간 단세포와 같은 THP-1 백혈병 세포선을 사용하여 M2와 같은 표현형으로 대식세포 분화 및 편광
Summary
M2 와 같은 종양 관련 대식세포 (TAM)는 암에서 종양 진행 및 가난한 예후와 관련이 있습니다. 이 프로토콜은 THP-1 단핵세포와 같은 세포를 14일 이내에 M2와 같은 대식세포로 재현가능하게 분화하고 편광하는 상세한 가이드의 역할을 합니다. 이 모델은 종양 미세 환경 내에서 TAM의 항염증 효과를 조사하는 기초가 된다.
Abstract
종양 관련 대식세포(TAM)는 외부 자극에 따라 발현 및 사이토카인 프로파일을 전환할 수 있다. 이 놀라운 가소성은 TAM이 종양 미세 환경 내의 지속적인 변화에 적응할 수 있게 합니다. 대식세포는 주로 프로 염증 (M1 같이) 또는 항 염증 (M2 같이) 속성을 가질 수 있으며 이 두 가지 주요 상태 간에 지속적으로 전환 할 수 있습니다. 종양 환경 내의 M2 와 같은 대식세포는 여러 유형의 암에서 암 진행 및 불량 예후와 관련이 있습니다. THP-1 세포의 분화 및 편광을 유도하기 위한 많은 다른 방법은 세포 간 세포 간 메커니즘및 종양의 미세 환경 내의 TAM의 효과를 조사하기 위해 사용됩니다. 현재, THP-1 세포주사용으로 M2유사 대식세포 편광에 대한 확립된 모델은 없으며, 특정 체외 자극으로 인한 대식세포의 발현 및 사이토카인 프로파일의 결과는 연구마다 차이가 있다. 이 프로토콜은 THP-1 단세포와 같은 세포를 M0 대식세포로 분화하고 14일 이내에 세포를 M2와 같은 표현형으로 더 편광하는 상세한 지침의 역할을 합니다. 우리는 빛 현미경 을 사용하여 THP-1 단화 와 같은 세포, 분화 된 대식세포 및 편광 M2 와 같은 대식세포의 형태학적 변화를 보여줍니다. 이 모델은 TAM의 항염증 효과와 종양 미세 환경의 다른 세포 집단과의 상호 작용을 조사하는 세포주 모델의 기초입니다.
Introduction
종양 관련 대식세포(TAM) 및 만성 염증, 암 발병 및 종양 발달에서의 그들의 역할은 최근 연구1,2에서중요한 표적이다. 발달 종양의 조직 미세 환경에 모집되는 말초 혈액 단핵구는 대식세포로 분화되고 대식세포3의2개의 주요 특수형으로 편광될 수 있다. 고전적으로 활성화된 대식세포는 주로 프로염증성 M1유사 표현형을 나타내며 대안적으로 활성화된 M2와 같은 아형은 주로 항염증 특성4를나타낸다. 대식세포는 세포 대사에 따라 이 두 가지 주요 표현형 사이에 동적으로 전환할 수 있으며, 중간 아류형은 염증 및 항염증 특성5를모두 갖는다. TAM은 두 표현형의 이기종 집단을 나타낸다. 암의 다른 모형에 있는 종양 촉진 기능 및 가난한 예후는, 그러나, 특히 M2 같이 대식세포6,7,8와연관됩니다.
대식세포의 기능적 프로파일과 종양 미세 환경 내의 다른 세포와의 상호 작용은 지속적인 종양 발달 중에 지속적으로 변화하는 환경에서 포착하기가 복잡하고 어렵습니다. 세포주는 정된 세포 간 기계장치를 보여주는 과정을 용이하게 할 수 있는 배양에서 안정한 생존성을 가진 동질적인 세포 인구를 제공할 수 있습니다. 단핵구와 같은 THP-1 세포주는 1차 인간 단핵구9에대한 합법적인 모델 시스템이다. 이 자발적으로 불멸한 세포주급성 단세포 백혈병을 가진 1세 유아의 말초 혈액으로부터9,10을얻었다. THP-1 세포의 분화 및 편광은 여러 연구에의해 보고되었으며11,12,13,14의여러 가지 방법으로 수행되었다. 따라서, M1과 같은 표현형으로 대식세포의 편광은 보상항염증리바운드 메커니즘을 선행하여 인터류킨 6(IL-6) 또는 이타코네이트15,16과같은 염증성 대식세포에 의해 생성된 사이토카인을 통해 M2와 같은 표현형을 촉진한다. 이것은 세포 활성화(17)다음 과다 촬영 염증 반응을 감쇠시키는 휴식 메커니즘으로 작용할 수 있다. 항염증M2와 같은 표현형으로 단세포및 THP-1 단세포와 같은 세포를 분화하고 편광하는 과정은 그 자체도 극복해야 하는 프로 염증 자극을 동반한다. 염증성 사이토카인 반응은 세포를 재공급하는 매체를 변경하거나, phorbol 12-myristate 13-acetate(PMA)와 같은 THP-1 세포를 분화하기 위해 화학 화합물을 첨가하고, 종양 괴사 인자 α(TNFα), 인터류킨 1β(IL-1β) 또는 IL-69에 의해 유발될 수 있다. PMA에 대한 응답으로 이러한 변경된 사이토카인 식 프로파일은 후속 대식세포편광(20)에영향을 미치고 예방할 수 있다. PMA 치료 후 전에 보고된 적절한 휴식 기간은 이러한 염증 반응을 감소시키고 세포 편광을 별개의 M2 와 같은표현형(21)으로용이하게 할 수 있도록 한다.
이 프로토콜은 14일 이내에 THP-1 단화세포와 같은 세포를 M2와 같은 표현형으로 분화하고 편광하는 방법을 보여 준다.
Protocol
Representative Results
Discussion
14일 이내에 THP-1 단세포와 같은 세포를 분화하고 편광하는 이 프로토콜은 단계 사이에 적절한 휴식 기간을 가진 세포의 긴 치료 배양으로 인해 뚜렷한 M2 와 같은 표현형으로 대식세포를 얻는 방법을 제공한다.
특정 단계는 이 프로토콜에 매우 중요합니다. THP-1 단핵구의 두 배 시간은 약 26h입니다. 세포는 9 x 10 5/mL의 세포 밀도로 분할될 수 있으며 모든 분할 동안 3 x 105/mL의…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
외과 연구의 가격 연구소, 루이빌 대학, 재정적으로 존 W. 가격과 바바라 스러스턴 앳우드 가격 신탁에 의해 지원됩니다. 자금 출처는 연구의 설계 및 수행뿐만 아니라 데이터의 수집, 관리, 분석 및 해석에 아무런 역할이 없었습니다.
Materials
| 0.4% trypan blue | VWR, Radnor, USA | 152-5061 | |
| 1.5 mL microcentrifuge tube | USA Scientific, Ocala, USA | 1615-5510 | |
| 10 mL serological pipet | VWR, Radnor, USA | 89130-898 | |
| 1000 μL TipOne pipet tips | USA Scientific, Ocala, USA | 1111-2821 | |
| 15 mL Centrifuge tube | VWR, Radnor, USA | 89039-664 | |
| 20 μL TipOne pipet tips | USA Scientific, Ocala, USA | 1120-1810 | |
| 200 μL TipOne pipet tips | USA Scientific, Ocala, USA | 1120-8810 | |
| 25 mL serological pipet | VWR, Radnor, USA | 89130-900 | |
| 5 mL serological pipet | VWR, Radnor, USA | 89130-896 | |
| 50 mL Centrifuge tube | VWR, Radnor, USA | 89039-662 | |
| Accutase solution 500 mL | Sigma, St. Louis, USA | A6964 | |
| Antibiotic Antimycotic Solution (100x), stabilized | Sigma, St. Louis, USA | A5955-100 mL | with 10,000 units penicillin, 10 mg of streptomycin and 25 μg of amphotericin B per mL, sterile-filtered, BioReagent, suitable for cell culture |
| Binder CO2 Incubator | VWR, Radnor, USA | C170-ULE3 | |
| CytoOne T-75cm flask with filter cap | USA Scientific, Ocala, USA | CC7682-4875 | |
| Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (PBS) | Sigma, St. Louis, USA | D8537-500 mL | PBS without calcium chloride and magnesium chloride should be used, since both can alter macrophage polarization |
| Eppendorf Centrifuge 5804 R (refrigerated) | Eppendorf, Enfield, USA | – | |
| Ethyl alcohol (70%) | – | – | |
| FACSCalibur flow cytometer | BD Biosciences, San Diego, USA | – | The flow cytometer operates with CellQuest software (BD Biosciences) |
| Falcon 24-well plate | VWR, Radnor, USA | 353504 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | ATCC, Manassas, USA | 30-2020 | |
| FITC Mouse Anti-Human CD14 | BD Biosciences, San Diego, USA | 555397 | Flow cytometry, myeloid cell marker (100 tests) |
| FITC Mouse Anti-Human CD80 | BD Pharmingen, San Diego, USA | 557226 | Flow cytometry, M1 marker (100 tests) |
| FITC Mouse IgG1 κ Isotype Control | BD Pharmingen, San Diego, USA | 555748 | Flow cytometry, isotype control for CD80 (100 tests) |
| FITC Mouse IgG2a, κ Isotype Control | BD Biosciences, San Diego, USA | 553456 | Flow cytometry, isotype control for CD14 (100 tests) |
| Human BD Fc Block | BD Biosciences, San Diego, USA | 564220 | Flow cytometry, Fc block (0.25 mg) |
| Human interleukin 13 (IL-13) | R&D, Minneapolis, USA | IL-771-10 μg | |
| Human interleukin 4 (IL-4) | R&D, Minneapolis, USA | SRP3093-20 μg | |
| Labconco Biosafety Cabinet (Delta Series 36212/36213) | Labconco, Kansas City, USA | – | |
| L-Glutamine Solution, 200 mM | ATCC, Manassas, USA | 30-2214 | |
| Lipopolysaccharide (LPS) from E. coli 0111:B4 | Sigma, St. Louis, USA | L2630-100 mg | |
| Mini Cell Scrapers | Biotium, Fremont, USA | 22003 | |
| Neubauer hemocytometer | Fisher Scientific, Waltham, USA | 02-671-5 | |
| Nikon Eclipse inverted microscope TS100 | Nikon, Melville, USA | – | |
| Nuclease-free water | Invitrogen, Carlsbad, USA | AM9937 | |
| Olympus Light Microscope RH-2 | Microscope Central, Feasterville, USA | 40888 | |
| P10 variable pipet- Gilson | VWR, Radnor, USA | 76180-014 | |
| P1000 variable pipet-Gilson | VWR, Radnor, USA | 76177-990 | |
| P200 variable pipet- Gilson | VWR, Radnor, USA | 76177-988 | |
| PE Mouse Anti-Human CD11b | BD Biosciences, San Diego, USA | 555388 | Flow cytometry, myeloid cell marker (100 tests) |
| PE Mouse IgG1, κ Isotype Control | BD Biosciences, San Diego, USA | 555749 | Flow cytometry, isotype control for CD11b (100 tests) |
| PE-Cy 5 Mouse Anti-Human CD206 | BD Pharmingen, San Diego, USA | 551136 | Flow cytometry, M2 marker (100 tests) |
| PE-Cy 5 Mouse IgG1 κ Isotype Control | BD Pharmingen, San Diego, USA | 555750 | Flow cytometry, isotype control for CD206 (100 tests) |
| Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) | Sigma, St. Louis, USA | P8139 | |
| Powerpette Plus pipettor | VWR, Radnor, USA | 75856-448 | |
| Precision Water bath (model 183) | Precision Scientific, Chicago, USA | 66551 | |
| RPMI-1640 Medium | ATCC, Manassas, USA | 30-2001 | |
| THP-1 cell line, American Type Culture Collection (ATCC) | ATCC, Manassas, USA | TIB-202 |
References
- Zhang, R., et al. Cancer-associated fibroblasts enhance tumor-associated macrophages enrichment and suppress NK cells function in colorectal cancer. Cell Death and Disease. 10 (4), 273 (2019).
- Wang, J., Li, D., Cang, H., Guo, B. Crosstalk between cancer and immune cells: Role of tumor-associated macrophages in the tumor microenvironment. Cancer Medicine. 8 (10), 4709-4721 (2019).
- Soncin, I., et al. The tumor microenvironment creates a niche for the self-renewal of tumor-promoting macrophages in colon adenoma. Nature Communications. 9 (1), 582 (2018).
- Mosser, D. M., Edwards, J. P. Exploring the full spectrum of macrophage activation. Nature Reviews Immunology. 8 (12), 958-969 (2008).
- Mazzone, M., Menga, A., Castegna, A. Metabolism and TAM functions-it takes two to tango. Federation of European Biochemical Societies Journal. 285 (4), 700-716 (2018).
- Eum, H. H., et al. Tumor-promoting macrophages prevail in malignant ascites of advanced gastric cancer. Experimental and Molecular Medicine. 52 (12), 1976-1988 (2020).
- Qian, B. Z., Pollard, J. W. Macrophage diversity enhances tumor progression and metastasis. Cell. 141 (1), 39-51 (2010).
- Scheurlen, K. M., Billeter, A. T., O’Brien, S. J., Galandiuk, S. Metabolic dysfunction and early-onset colorectal cancer – how macrophages build the bridge. Cancer Medicine. 9 (18), 6679-6693 (2020).
- Bosshart, H., Heinzelmann, M. THP-1 cells as a model for human monocytes. Annals of Translational Medicine. 4 (21), 438 (2016).
- . The American Type Culture Collection (ATCC) Available from: https://www.atcc.org/products/all/TIB-202.aspx#generalinformation (2021)
- Baxter, E. W., et al. Standardized protocols for differentiation of THP-1 cells to macrophages with distinct M(IFNgamma+LPS), M(IL-4), and M(IL-10) phenotypes. Journal of Immunological Methods. 478, 112721 (2020).
- Genin, M., Clement, F., Fattaccioli, A., Raes, M., Michiels, C. M1 and M2 macrophages derived from THP-1 cells differentially modulate the response of cancer cells to etoposide. BMC Cancer. 15, 577 (2015).
- Starr, T., Bauler, T. J., Malik-Kale, P., Steele-Mortimer, O. The phorbol 12-myristate-13-acetate differentiation protocol is critical to the interaction of THP-1 macrophages with Salmonella Typhimurium. PLoS One. 13 (3), 0193601 (2018).
- Lund, M. E., To, J., O’Brien, B. A., Donnelly, S. The choice of phorbol 12-myristate 13-acetate differentiation protocol influences the response of THP-1 macrophages to a pro-inflammatory stimulus. Journal of Immunological Methods. 430, 64-70 (2016).
- Yin, Z., et al. IL-6/STAT3 pathway intermediates M1/M2 macrophage polarization during the development of hepatocellular carcinoma. Journal of Cellular Biochemistry. 119 (11), 9419-9432 (2018).
- O’Neill, L. A. J., Artyomov, M. N. Itaconate: the poster child of metabolic reprogramming in macrophage function. Nature Reviews Immunology. 19 (5), 273-281 (2019).
- Luig, M., et al. Inflammation-induced IL-6 functions as a natural brake on macrophages and limits gn. Journal of the American Society of Nephrology. 26 (7), 1597-1607 (2015).
- Maruyama, K., Nemoto, E., Yamada, S. Mechanical regulation of macrophage function – cyclic tensile force inhibits NLRP3 inflammasome-dependent IL-1beta secretion in murine macrophages. Inflammation and Regeneration. 39, 3 (2019).
- Gatto, F., et al. PMA-Induced THP-1 Macrophage Differentiation is Not Impaired by Citrate-Coated Platinum Nanoparticles. Nanomaterials (Basel). 7 (10), (2017).
- Maess, M. B., Wittig, B., Cignarella, A., Lorkowski, S. Reduced PMA enhances the responsiveness of transfected THP-1 macrophages to polarizing stimuli. Journal of Immunological Methods. 402 (1-2), 76-81 (2014).
- Daigneault, M., Preston, J. A., Marriott, H. M., Whyte, M. K., Dockrell, D. H. The identification of markers of macrophage differentiation in PMA-stimulated THP-1 cells and monocyte-derived macrophages. PLoS One. 5 (1), 8668 (2010).
- Raggi, F., et al. Regulation of human macrophage M1-M2 polarization balance by hypoxia and the triggering receptor expressed on myeloid cells-1. Frontiers in Immunology. 8, 11097 (2017).
- Neutelings, T., Lambert, C. A., Nusgens, B. V., Colige, A. C. Effects of mild cold shock (25 degrees C) followed by warming up at 37 degrees C on the cellular stress response. PLoS One. 8 (7), 69687 (2013).
- Kurashina, Y., et al. Enzyme-free release of adhered cells from standard culture dishes using intermittent ultrasonic traveling waves. Communications Biology. 2, 393 (2019).
- Chen, S., So, E. C., Strome, S. E., Zhang, X. Impact of Detachment Methods on M2 Macrophage Phenotype and Function. Journal of Immunological Methods. 426, 56-61 (2015).
- Bailey, J. D., et al. Isolation and culture of murine bone marrow-derived macrophages for nitric oxide and redox biology. Nitric Oxide. 100-101, 17-29 (2020).
