髄質胸腺上皮細胞の増殖、分化および無差別遺伝子発現を支える3D器官共培養モデル
Summary
Studying medullary thymic epithelial cells in vitro has been largely unsuccessful, as current 2D culture systems do not mimic the in vivo scenario. The 3D culture system described herein – a modified skin organotypic culture model – has proven superior in recapitulating mTEC proliferation, differentiation and maintenance of promiscuous gene expression.
Abstract
イントラ胸腺T細胞の発達は、様々な間質細胞、 すなわち、非T細胞から構成される複雑な三次元網目構造を必要とします。胸腺細胞は、末梢に先立ってエクスポートに、順次義務のチェックポイントを通過しながら、高度に調整された時間的、空間的順序でT細胞受容体レパートリーの生成と選択に続いて、すなわち、T細胞系列のコミットメントを、この足場を横断します。この足場を形成する2つの主要な居住細胞型（cTECs）皮質及び髄質胸腺上皮細胞（mTECs）です。 mTECsの重要な特徴は、多数の組織限定抗原のいわゆる無差別式です。これらの組織制限抗原は、それぞれ、自己寛容を生じ、mTECsまたは胸腺樹状細胞によって直接的または間接的に胸腺細胞の未成熟するために提示されます。
cTECsとmTECsの発生経路と機能をエミュレートし、in vitroでの適切なモデルは、現在、LACですキング。適切な実験モデルの欠如は、例えば、まだ不十分な細胞および分子レベルで理解されて無差別遺伝子発現の分析を妨げました。我々は、単離されたmTECs ex vivoで培養するために3Dの器官共培養モデルを適応しました。このモデルは、もともとインビトロでの皮膚同等物を生成するような方法で、ケラチノサイトを培養するために考案されました。 、CD80 こんにちは 、アイレ陽性mTECs、RANKLへの（ii）の反応性、およびFoxN1の（iii）の持続的な式に（I）の増殖およびCD80 LO、アイレ陰性の分化：3DモデルはMTEC生物学の重要な機能的特徴を保存しますアイレとCD80 こんにちは mTECsで組織限定遺伝子。
Introduction
残りの2％を一括胸腺間質（ すなわち、上皮細胞、樹状細胞、マクロファージ、B細胞、線維芽細胞、内皮細胞）を構成する種々の細胞で構成されていながら、開発胸腺細胞は、胸腺の約98％を占めています。外側皮質上皮細胞（cTECs）は、骨髄、多能プレT細胞におけるT細胞系譜の誘導と自己MHCのポジティブ選択からプロT細胞の移民を調達未熟胸腺細胞を制限しました。内側の髄質胸腺上皮細胞（mTECs）はいずれかの誘導陰性選択またはT調節細胞系譜へのそれらの偏差による自己ペプチド/ MHC複合体のための高親和性TCRを有するもの胸腺細胞の寛容の誘導に関与しています。中央寛容誘導のコンテキストでは、mTECsは、彼らがこのように周辺自己ミラーリング組織限定自己抗原（TRAS）の広いスペクトルを表現するという点でユニークです。この現象は、無差別遺伝子発現（PGE）と呼ばれています1,2。
様々な短期の2D培養システムは、必ず最初の2日3-6内PGEおよびMHCクラスII、FoxN1とアイレのような重要な調節分子の喪失をもたらしたように、この魅力的な細胞型の最新の研究は、ex vivoで単離された細胞に依存しています。これは、特定の成分および胸腺の無傷の3次元網目構造の特徴は、2次元モデルで欠落した、しかし不明でした。再凝集胸腺器官培養（RTOC）は無傷の胸腺の微小環境7に、他方では、これまでのところ唯一の3D一方で、T細胞の発達の研究を可能にするシステム、および間質細胞生物学でした。しかし、RTOCsは一定の制限がある、 すなわち、それらは既に、細胞の複合混合物を含む、胎児間質細胞の入力を必要とし、5〜10日の最大の培養期間に耐えます。
体外培養系における還元主義の欠如は、の研究を妨げていますT細胞の発達と胸腺器官形成のいくつかの側面はなく、少なくとも分子PGEの調節およびmTECsの発生生物学との関係。
皮膚および胸腺の上皮細胞の構造化された組織の近接関連性のために、我々は、in vitroでケラチノサイトの分化をエミュレートするため、真皮等価物を作成するために独自に開発された3D器官培養（OTC）のシステムを選択しました。 OTCシステムは、ケラチノサイトが8,9を播種し、その上にフィブリンゲル中に閉じ込められている真皮線維芽細胞を重層不活性足場マトリックスで構成されています。ここでは、精製されたmTECsでケラチノサイトを置き換えます。このモデルの基本的な機能を維持しながら、私たちは、特定のパラメータを最適化します。
採用店頭モデルmTECsでは、増殖分化を受け、MTECのアイデンティティとPGEを維持し、このように密接にインビボ mTECs開発の模倣<sup> 10。このテクニカルノートでは、胸腺OTCsの段階的なセットアップを可能にする詳細なプロトコルを提供します。
Protocol
Representative Results
Discussion
RTOCsと並んで、3D OTCsはTEC分化およびPGEのメンテナンス/誘導他（I）と比較した（ 表1）「単純化された3Dの文化」を使用しての面ではるかに優れていたことで-線維芽細胞を、単独で足場なし。二次元システムを用いて-のTEC 10と線維芽細胞/フィーダー細胞を共培養し、TECのクローンの開発が、PGEが失われた式（III）3T3-J2細胞、（IV）マトリゲルまたは（V）ECM成分（未発表?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work has been supported by the German Cancer Research Center (DKFZ), the EU-consortium “Tolerage”, the Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 938) and the Landesstiftung Baden-Württemberg.
Materials
| Pregnant C57BL/6 mice | Charles River WIGA | ||
| LS columns | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| MS columns | Miltenyi Biotec | 130-042-201 | |
| CD45 Microbeads, mouse | Miltenyi Biotec | 130-052-301 | |
| Anti-PE Microbeads | Miltenyi Biotec | 130-048-801 | |
| Streptavidin Microbeads | Miltenyi Biotec | 130-048-101 | |
| EpCAM (G8.8 -Alexa 647 and -biotin) | Ref. 12 | ||
| CD80-PE antibody | BD Pharmingen | 553769 | |
| CD45-PerCP antibody | BD Pharmingen | 557235 | |
| Ly51-FITC antibody | BD Pharmingen | 553160 | |
| CDR1-Pacific Blue | Ref. 15 | ||
| Keratin 14 antibody | Covance | PRB-155P | |
| Vimentin antibody | Progen | GP58 | |
| Cy3-conjugated AffiniPure Goat anti-Rabbit IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 111-165-003 | |
| Alexa 488-conjugated AffiniPure F(ab')2 Fragment Goat anti-Guinea Pig IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 106-546-003 | |
| Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 conjugate | Molecular Probes (Invitrogen GmbH) | A-11008 | |
| Click-iT EdU Alexa Fluor 594 Imaging Kit | Invitrogen | C10339 | |
| Click-iT EdU Alexa Fluor 488 Flow Cytometry Assay Kit | Invitrogen | C10425 | |
| 12-well filter inserts (thincerts) | Greiner bio-one | 657631 | |
| 12-well plate | Greiner | 665180-01 | |
| Jettex 2005/45 | ORSA, Giorla Minore, Italy | ||
| Fibrinogen TISSUECOL-Kit Immuno | Baxter | ||
| Thrombin TISSUECOL-Kit Immuno | Baxter | ||
| PBS | Serva | 47302.03 | |
| DMEM | Lonza | BE12-604F | |
| DMEM/F12 | Lonza | BE12-719F | |
| HEPES | Gibco | 15630-049 | |
| FBS Gold | GE Healthcare | A11-151 | |
| Aprotinin (Trasylol) | Bayer | 4032037 | |
| Cholera toxin | Biomol | G117 | |
| Hydrocortisone | Seromed (Biochrom) | K3520 | |
| L-ascorbic acid | Sigma | A4034 | |
| TGF-ß1 | Invitrogen | PHG9214 | |
| RANKL | R&D systems | 462-TR-010 | |
| Thermolysin | Sigma Aldrich | T-7902 | |
| OCT Compound | TissueTek | 4583 | |
| Trizol (aka. Denaturing solution – Acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction) | Invitrogen | 10296028 | |
| FastPrep FP120 | Thermo Scientific | ||
| Collagenase Type IV | CellSystems | LS004189 | 0.2 mg/ml and 57U/ml final conc. |
| Neutrale Protease (Dispase) | CellSystems | LS002104 | 0.2 mg/ml and 1.2U/ml final conc. |
| DNase I | Roche | 11 284 932 001 | 25 µg/ml final conc. |
Referências
- Derbinski, J., Schulte, A., Kyewski, B., Klein, L. Promiscuous gene expression in medullary thymic epithelial cells mirrors the peripheral self. Nat Immunol. 2, 1032-1039 (2001).
- Kyewski, B., Klein, L. A central role for central tolerance. Annual review of immunology. 24, 571-606 (2006).
- Bonfanti, P., et al. Microenvironmental reprogramming of thymic epithelial cells to skin multipotent stem cells. Nature. 466, 978-982 (2010).
- Kont, V., et al. Modulation of Aire regulates the expression of tissue-restricted antigens. Molecular Immunology. 45, 25-33 (2008).
- Mohtashami, M., Zuniga-Pflucker, J. C. Three-dimensional architecture of the thymus is required to maintain delta-like expression necessary for inducing T cell development. J Immunol. 176, 730-734 (2006).
- Palumbo, M. O., Levi, D., Chentoufi, A. A., Polychronakos, C. Isolation and characterization of proinsulin-producing medullary thymic epithelial cell clones. Diabetes. 55, 2595-2601 (2006).
- White, A., Jenkinson, E., Anderson, G. Reaggregate thymus cultures. Journal of visualized experiments : JoVE. , (2008).
- Stark, H. J., et al. Epidermal homeostasis in long-term scaffold-enforced skin equivalents. J Investig Dermatol Symp Proc. 11, 93-105 (2006).
- Boehnke, K., et al. Effects of fibroblasts and microenvironment on epidermal regeneration and tissue function in long-term skin equivalents. Eur J Cell Biol. 86, 731-746 (2007).
- Pinto, S., et al. An organotypic coculture model supporting proliferation and differentiation of medullary thymic epithelial cells and promiscuous gene expression. J Immunol. 190, 1085-1093 (2013).
- Gabler, J., Arnold, J., Kyewski, B. Promiscuous gene expression and the developmental dynamics of medullary thymic epithelial cells. Eur J Immunol. 37, 3363-3372 (2007).
- Farr, A., Nelson, A., Truex, J., Hosier, S. Epithelial heterogeneity in the murine thymus: a cell surface glycoprotein expressed by subcapsular and medullary epithelium. The journal of histochemistry and cytochemistry : official journal of the Histochemistry Society. 39, 645-653 (1991).
- Stark, H. J., et al. Authentic fibroblast matrix in dermal equivalents normalises epidermal histogenesis and dermoepidermal junction in organotypic co-culture. Eur J Cell Biol. 83, 631-645 (2004).
- Schoop, V. M., Mirancea, N., Fusenig, N. E. Epidermal organization and differentiation of HaCaT keratinocytes in organotypic coculture with human dermal fibroblasts. J Invest Dermatol. 112, 343-353 (1999).
- Rouse, R. V., Bolin, L. M., Bender, J. R., Kyewski, B. A. Monoclonal antibodies reactive with subsets of mouse and human thymic epithelial cells. The journal of histochemistry and cytochemistry : official journal of the Histochemistry Society. 36, 1511-1517 (1988).
