makrofaj Farklılaşması ve Polarizasyonu, İnsan Monosit Benzeri THP-1 Lösemi Hücre Hattı Kullanarak M2 Benzeri Bir Fenotipe Dönüştür
Summary
M2 benzeri tümör ilişkili makrofajlar (TAM) tümör ilerlemesi ve kanserde zayıf prognoz ile ilişkilidir. Bu protokol, THP-1 monosit benzeri hücreleri 14 gün içinde M2 benzeri makrofajlara yeniden ayırt etmek ve polarize etmek için ayrıntılı bir kılavuz görevi görür. Bu model, TAM’ın tümör mikroçevriciliği içindeki antienflamatuar etkilerini araştırmak için temel oluşturur.
Abstract
Tümörle ilişkili makrofajlar (TAM) dış uyaranlara göre ekspresyonlarını ve sitokin profillerini değiştirebilir. Bu olağanüstü plastisite, TAM’ın tümör mikroçevriciliği içinde devam eden değişikliklere uyum sağlamasını sağlar. Makrofajlar öncelikle pro-enflamatuar (M1 benzeri) veya antienflamatuar (M2 benzeri) özelliklere sahip olabilir ve bu iki ana durum arasında sürekli geçiş yapabilir. Tümör ortamındaki M2 benzeri makrofajlar, çeşitli kanser türlerinde kanser ilerlemesi ve zayıf prognoz ile ilişkilidir. THP-1 hücrelerinin farklılaşmasını ve polarizasyonunu teşvik etmek için hücresel ve hücreler arası mekanizmaları ve TAM’ın tümörlerin mikroçevrasyonu içindeki etkilerini araştırmak için birçok farklı yöntem kullanılmaktadır. Şu anda, THP-1 hücre hattı kullanılarak M2 benzeri makrofaj polarizasyonu için belirlenmiş bir model yoktur ve bazı in vitro uyaranlara bağlı makrofajların ekspresyon ve sitokin profillerinin sonuçları çalışmalar arasında değişmektedir. Bu protokol, THP-1 monosit benzeri hücreleri M0 makrofajlarına ayırt etmek ve hücreleri 14 gün içinde M2 benzeri bir fenotipe daha da polarize etmek için ayrıntılı rehberlik görevi görür. Işık mikroskopisi kullanarak THP-1 monosit benzeri hücrelerin, farklılaştırılmış makrofajların ve polarize M2 benzeri makrofajların morfolojik değişimlerini gösteriyoruz. Bu model, TAM’ın antienflamatuar etkilerini ve tümör mikroçevresinin diğer hücre popülasyonlarıyla etkileşimlerini araştıran hücre hattı modellerinin temelidir.
Introduction
Tümör ilişkili makrofajlar (TAM) ve kronik inflamasyondaki rolleri, kanserin başlangıcı ve tümör gelişimi son araştırmalarda önemli hedeflerdir1,2. Gelişmekte olan tümörün doku mikroçevresine alınan periferik kan monositleri makrofajlara farklılık gösteren ve makrofajların iki ana alt tipine polarize edilebilen3. Klasik olarak aktive edilen makrofaj, öncelikle pro-enflamatuar M1 benzeri fenotipi temsil eder ve alternatif olarak aktive edilen M2 benzeri alt tip ağırlıklı olarak antienflamatuar özellikler gösterir4. Makrofajlar, hücresel metabolizmalarına bağlı olarak bu iki ana fenotip arasında dinamik olarak geçiş yapabilir, ara alt tipler hem enflamatuar hem de antienflamatuar özelliklere sahiptir5. TAM, her iki fenotipin heterojen popülasyonunu temsil eder. Bununla birlikte, farklı kanser türlerinde tümör teşvik edici bir işlev ve zayıf prognoz, özellikle M2 benzeri makrofajlar6,7,8ile ilişkilidir.
Makrofajların fonksiyonel profilleri ve tümör mikroçevrİmİ içindeki diğer hücrelerle etkileşimleri, devam eden tümör gelişimi sırasında sürekli değişen bir ortamda yakalanması karmaşık ve zordur. Hücre hatları, tanımlanmış hücresel ve hücreler arası mekanizmaları gösterme sürecini kolaylaştırabilen, kültürde istikrarlı canlılığa sahip homojen bir hücre popülasyonu sağlayabilir. Monosit benzeri THP-1 hücre hattı, birincil insan monositleri9için meşru bir model sistemidir. Kendiliğinden ölümsüzleşen bu hücre hattı, akut monositik lösemi9,10olan bir yaşındaki bir bebeğin periferik kanından elde edilmiştir. THP-1 hücrelerinin farklılaşması ve polarizasyonu çeşitli çalışmalarla rapor edilmiş ve birden fazla farklı şekilde gerçekleştİrilmiştir11,12,13,14. Aktivasyon ve bu nedenle, makrofajların M1 benzeri bir fenotipe polarizasyonunu, interleukin 6 (IL-6) veya itaconate15,16gibi enflamatuar makrofajlar tarafından üretilen sitokinler yoluyla M2 benzeri bir fenotip teşvik eden telafi edici bir anti-enflamatuar ribaund mekanizması izler. Bu, hücre aktivasyonundan sonra aşırı çekim enflamatuar yanıtı zayıflamak için bir kesme mekanizması olarak hizmet edebilir17. Monositleri ve THP-1 monosit benzeri hücreleri anti-enflamatuar M2 benzeri bir fenotipe ayırma ve polarize etme sürecine, üstesinden gelinmesi gereken pro-enflamatuar uyaranlar da eşlik eder. Enflamatuar sitokin yanıtı mekanik stresten kaynaklanabilir18Hücreleri yeniden beslenmek için ortam değiştirmek gibi, veya phorbol 12-myristate 13-asetat (PMA) gibi THP-1 hücrelerini ayırt etmek için kimyasal bileşikler eklemek ve tümör nekroz faktörü α (TNFα), interlökin 1β (IL-1β) veya IL-619üretimine neden olmak. PMA’ya yanıt olarak bu değiştirilmiş sitokin ekspresyon profili, sonraki makrofaj polarizasyonunu etkileyebilir ve önleyebilir20. PMA tedavisinden önce bildirildiği gibi yeterli istirahat süreleri, bu enflamatuar yanıtların azalmasına izin verir ve hücre polarizasyonunu farklı bir M2 benzeri fenotip21’ekolaylaştırır.
Bu protokol, THP-1 monosit benzeri hücreleri 14 gün içinde makrofajların M2 benzeri bir fenotipine ayırt etmek ve polarize etmek için bir yöntem göstermektedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
THP-1 monosit benzeri hücrelerin 14 gün içinde ayırt edilmesi ve polarize edilmesi ile ilgili bu protokol, adımlar arasında yeterli dinlenme sürelerine sahip hücrelerin uzun tedavi inkübasyonu nedeniyle M2 benzeri belirgin bir fenotip ile makrofaj elde etmek için bir yöntem sağlar.
Bazı adımlar bu protokol için kritik öneme sahiptir. THP-1 monositlerinin iki katına çıkması yaklaşık 26 saattir. Hücreler 9 x 105/mL hücre yoğunluğunda bölünebilir ve her böl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Louisville Üniversitesi Cerrahi Araştırma Fiyat Enstitüsü, John W. Price ve Barbara Thruston Atwood Price Trust tarafından finansal olarak desteklenmektedir. Fon kaynaklarının çalışmanın tasarımında ve yürütülmesinde ve verilerin toplanmasında, yönetiminde, analizinde ve yorumlanmasında hiçbir rolü yoktu.
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).
