Bone Marrow Transplantation Plattform för att undersöka rollen av dendritiska celler i Graft-versus-Host Disease
Summary
Graft-versus-host sjukdom är en stor komplikation efter allogena benmärg transplantation. Dendritiska celler spelar en avgörande roll i patogenesen vid graft-versus-host sjukdom. Den aktuella artikeln beskriver en ny benmärg transplantation plattform för att undersöka dendritiska cellers roll i utvecklingen av graft-versus-host sjukdom och graft-versus-leukemi effekt.
Abstract
Allogen benmärgtransplantation (BMT) är en effektiv terapi för hematologiska maligniteter på grund av graft-versus-leukemi (GVL) effekt för att utrota tumörer. Emellertid, dess tillämpning begränsas av utvecklingen av graft-versus-host sjukdom (GVHD), en stor komplikation av BMT. GVHD framkallas när T-celler i givaren ympkvistar känner igenalloantigen uttryckt av mottagarceller och montera oönskade immunologiska attacker mot mottagaren friska vävnader. Således är traditionella terapier utformade för att undertrycka givaren T-cells alloreactivity. Dessa metoder försämrar dock avsevärt GVL-effekten så att mottagarens överlevnad inte förbättras. Att förstå effekterna av terapeutiska metoder på BMT, GVL och GVHD är därför viktigt. På grund av antigen-presentera och cytokin-utsöndrar kapacitet för att stimulera givaren T-celler, mottagare dendritiska celler (DCs) spelar en viktig roll i induktion av GVHD. Därför blir inriktning på mottagar-DCs en potentiell metod för att kontrollera GVHD. Detta arbete ger en beskrivning av en ny BMT plattform för att undersöka hur värd DCs reglera GVH och GVL svar efter transplantation. Presenteras också är en effektiv BMT modell för att studera biologi GVHD och GVL efter transplantation.
Introduction
Allogena hematopoietic stamceller transplantation (BMT) är en effektiv terapi för att behandla hematologiska maligniteter1,2 genom graft-versus-leukemi (GVL) effekt3. Emellertid, givare lymfocyter alltid montera oönskade immunologiska attacker mot mottagaren vävnader, en process som kallas graft-versus-host sjukdom (GVHD)4.
Murine modeller av GVHD är ett effektivt verktyg för att studera biologi GVHD och GVL svar5. Möss är en kostnadseffektiv forskningsdjursmodell. De är små och effektivt dosed med molekyler och biologiska läkemedel i tidiga faser av utveckling6. Möss är idealiska forskningsdjur för genetisk manipulation studier eftersom de är genetiskt väl definierade, vilket är idealiskt för att studera biologiska vägar och mekanismer6. Flera mus stora histocompatibility komplexa (MHC) MHC-inkompatibla modeller av GVHD har varit väl etablerade, såsom C57BL/6 (H2b) till BALB / c (H2d) och FVB (H2q)→C57BL/6 (H2b)5,7. Dessa är särskilt värdefulla modeller för att bestämma rollen för enskilda celltyper, gener och faktorer som påverkar GVHD. Transplantation från C57/BL/6 (H2b)föräldradonatorer till mottagare med mutationer i MHC I (B6.C-H2bm1)och/eller MHC II (B6.C-H2bm12) visade att en obalans i både MHC klass I och klass II är ett viktigt krav för utvecklingen av akut GVHD. Detta tyder på att både CD4+ och CD8+ T-celler krävs för sjukdomsutveckling7,8. GVHD är också involverad i en inflammatorisk kaskad som kallas den “proinflammatoriska cytokinstormen”9. Den vanligaste konditioneringsmetoden i murinemodeller är total kroppsbestrålning (TBI) med röntgen eller 137Cs. Detta leder till mottagarens benmärgablation, vilket gör det möjligt för givaren stamcellsengraftment och förhindra nde av transplantatet. Detta görs genom att begränsa spridningen av mottagare T-celler som svar på donatorceller. Dessutom spelar genetiska skillnader en viktig roll i sjukdomsinduktion, som också beror på mindre MHC-obalans10. Därför varierar myeloablativ bestrålningsdos i olika musstammar (t.ex. BALB/c→C57BL/6).
Aktivering av givare T-celler av värd antigen presentera celler (APC) är viktigt för GVHD utveckling. Bland De apc:er är de dritiska cellerna (DCs) de mest potenta. De är ärftligt kapabla att inducera GVHD på grund av deras överlägsna antigenupptag, uttryck för T-cells co-stimulatory molekyler, och produktion av proinflammatoriska cytokiner som polariserar T-celler i patogena undergrupper. Mottagare DCs är avgörande för att underlätta T-cells priming och GVHD induktion efter transplantation11,12. Följaktligen har DCs blivit intressanta mål vid behandling av GVHD12.
TBI krävs för att förbättra givaren cellengraftment. På grund av TBI-effekten aktiveras mottagar-DCs och överlever under en kort tid efter transplantationen12. Trots stora framsteg i användningen av bioluminescens eller fluorescens, etablera en effektiv modell för att studera rollen som mottagare DC i GVHD är fortfarande utmanande.
Eftersom givaren T-celler är den drivande kraften för GVL aktivitet, behandlingsstrategier med immunsuppressiva läkemedel såsom steroider för att undertrycka T-cells alloreactivity orsakar ofta tumör återfall eller infektion13. Därför kan inriktning en mottagare DCs ge en alternativ metod för att behandla GVHD samtidigt som GVL-effekten och undvika infektion.
I korthet ger den aktuella studien en plattform för att förstå hur olika typer av signalering i mottagare DCs reglerar GVHD utveckling och GVL effekt efter BMT.
Protocol
Representative Results
Discussion
Användningen av stamceller för att passa en viss individ är ett effektivt tillvägagångssätt för att behandla avancerade och resistenta cancer18. Små molekylläkemedel har dock länge varit ett primärt fokus på personlig cancerbehandling. Å andra sidan, i cellulär terapi en mängd interaktioner mellan givare och värd kan beslutsamt påverka behandlingsresultaten, såsom utvecklingen av GVHD efter BMT1.
Major MHC-inkompatibla musmodell…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna studie stöds av University of Central Florida College of Medicine start-up bidrag (till HN), University of Pittsburgh Medical Center Hillman Cancer Center start-up bidrag (till HL), USA NIH Grant #1P20CA210300-01 och vietnamesiska hälsoministeriet Grant #4694 / QD-BYT (till PTH). Vi tackar Dr Xue-zhong Yu vid Medical University of South Carolina för att tillhandahålla material för studien.
Materials
| 0.5 M EDTA pH 8.0 100ML | Fisher Scientific | BP2482100 | MACS buffer |
| 10X PBS | Fisher Scientific | BP3994 | MACS buffer |
| A20 B-cell lymphoma | University of Central Florida | In house | GVL experiment |
| ACC1 fl/fl | Jackson Lab | 30954 | GVL experiment |
| ACC1 fl/fl CD4cre | University of Central Florida | GVL experiment | |
| Anti-Biotin MicroBeads | Miltenyi Biotec | 130-090-485 | T-cell enrichment |
| Anti-Human/Mouse CD45R (B220) | Thermo Fisher Scientific | 13-0452-85 | T-cell enrichment |
| Anti-mouse B220 FITC | Thermo Fisher Scientific | 10452-85 | Flow cytometry analysis |
| Anti-mouse CD11c- AF700 | Thermo Fisher Scientific | 117319 | Flow cytometry analysis |
| Anti-Mouse CD25 PE | Thermo Fisher Scientific | 12-0251-82 | Flow staining |
| Anti-Mouse CD4 Biotin | Thermo Fisher Scientific | 13-0041-86 | T-cell enrichment |
| Anti-Mouse CD4 eFluor® 450 (Pacific Blue® replacement) | Thermo Fisher Scientific | 48-0042-82 | Flow staining |
| Anti-mouse CD45.1 PE | Thermo Fisher Scientific | 12-0900-83 | Flow cytometry analysis |
| Anti-Mouse CD8a APC | Thermo Fisher Scientific | 17-0081-83 | Flow cytometry analysis |
| Anti-mouse H-2Kb PerCP-Fluor 710 | Thermo Fisher Scientific | 46-5958-82 | Flow cytometry analysis |
| Anti-mouse MHC Class II-antibody APC | Thermo Fisher Scientific | 17-5320-82 | Flow cytometry analysis |
| Anti-Mouse TER-119 Biotin | Thermo Fisher Scientific | 13-5921-85 | T-cell enrichment |
| Anti-Thy1.2 | Bio Excel | BE0066 | BM generation |
| B6 fB-/- mice | University of Central Florida | In house | Recipients |
| B6.Ly5.1 (CD45.1+) mice | Charles River | 564 | Donors |
| BALB/c mice | Charles River | 028 | Transplant recipients |
| C57BL/6 mice | Charles River | 027 | Donors/Recipients |
| CD11b | Thermo Fisher Scientific | 13-0112-85 | T-cell enrichment |
| CD25-biotin | Thermo Fisher Scientific | 13-0251-82 | T-cell enrichment |
| CD45R | Thermo Fisher Scientific | 13-0452-82 | T-cell enrichment |
| CD49b Monoclonal Antibody (DX5)-biotin | Thermo Fisher Scientific | 13-5971-82 | T-cell enrichment |
| Cell strainer 40 uM | Thermo Fisher Scientific | 22363547 | Cell preparation |
| Cell strainer 70 uM | Thermo Fisher Scientific | 22363548 | Cell preparation |
| D-Luciferin | Goldbio | LUCK-1G | Live animal imaging |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Atlanta Bilogicals R&D system | D17051 | Cell Culture |
| Flow cytometry tubes | Fisher Scientific | 352008 | Flow cytometry analysis |
| FVB/NCrl | Charles River | 207 | Donors |
| Lipopolysacharide (LPS) | Millipore Sigma | L4391-1MG | DC mature |
| LS column | Mitenyi Biotec | 130-042-401 | Cell preparation |
| MidiMACS | Miltenyi Biotec | 130-042-302 | T-cell enrichment |
| New Brunswick Galaxy 170R incubator | Eppendorf | Galaxy 170 R | Cell Culture |
| Penicilin+streptomycinPenicillin/Streptomycin (10,000 units penicillin / 10,000 mg/ml strep) | GIBCO | 15140 | Media |
| RPMI 1640 | Thermo Fisher Scienctific | 11875-093 | Media |
| TER119 | Thermo Fisher Scientific | 13-5921-82 | T-cell enrichment |
| Xenogen IVIS-200 | Perkin Elmer | Xenogen IVIS-200 | Live animal imaging |
| X-RAD 320 Biological Irradiator | Precision X-RAY | X-RAD 320 | Total Body Irradiation |
Referências
- Shlomchik, W. D. Graft-versus-host disease. Nature Reviews Immunology. 7, 340-352 (2007).
- Appelbaum, F. R. Haematopoietic cell transplantation as immunotherapy. Nature. 411, 385-389 (2001).
- Blazar, B. R., Murphy, W. J., Abedi, M. Advances in graft-versus-host disease biology and therapy. Nature Reviews Immunology. 12, 443-458 (2012).
- Pasquini, M. C., Wang, Z., Horowitz, M. M., Gale, R. P. 2010 report from the Center for International Blood and Marrow Transplant Research (CIBMTR): current uses and outcomes of hematopoietic cell transplants for blood and bone marrow disorders. Clinical Transplantation. , 87-105 (2010).
- Schroeder, M. A., DiPersio, J. F. Mouse models of graft-versus-host disease: advances and limitations. Disease Model & Mechanism. 4, 318-333 (2011).
- Graves, S. S., Parker, M. H., Storb, R. Animal Models for Preclinical Development of Allogeneic Hematopoietic Cell Transplantation. ILAR Journal. , ily006 (2018).
- Sprent, J., Schaefer, M., Korngold, R. Role of T cell subsets in lethal graft-versus-host disease (GVHD) directed to class I versus class II H-2 differences. II. Protective effects of L3T4+ cells in anti-class II GVHD. Journal of Immunology. 144, 2946-2954 (1990).
- Rolink, A. G., Radaszkiewicz, T., Pals, S. T., van der Meer, W. G., Gleichmann, E. Allosuppressor and allohelper T cells in acute and chronic graft-vs-host disease. I. Alloreactive suppressor cells rather than killer T cells appear to be the decisive effector cells in lethal graft-vs.-host disease. The Journal of Experimental Medicine. 155, 1501-1522 (1982).
- Lu, Y., Waller, E. K. Dichotomous role of interferon-gamma in allogeneic bone marrow transplant. Biology of Blood and Marrow Transplantation. 15, 1347-1353 (2009).
- Abdollahi, A., et al. Inhibition of platelet-derived growth factor signaling attenuates pulmonary fibrosis. The Journal of Experimental Medicine. 201, 925-935 (2005).
- Banchereau, J., Steinman, R. M. Dendritic cells and the control of immunity. Nature. 392, 245-252 (1998).
- Stenger, E. O., Turnquist, H. R., Mapara, M. Y., Thomson, A. W. Dendritic cells and regulation of graft-versus-host disease and graft-versus-leukemia. Blood. 119, 5088-5103 (2012).
- Ullmann, A. J., et al. Posaconazole or fluconazole for prophylaxis in severe graft-versus-host disease. New England Journal of Medicine. 356, 335-347 (2007).
- Dittel, B. N. Depletion of specific cell populations by complement depletion. Journal of Visualized Experiments. , (2010).
- Nguyen, H. D., et al. Metabolic reprogramming of alloantigen-activated T cells after hematopoietic cell transplantation. Journal of Clinical Investigation. 126, 1337-1352 (2016).
- Cooke, K. R., et al. An experimental model of idiopathic pneumonia syndrome after bone marrow transplantation: I. The roles of minor H antigens and endotoxin. Blood. 88, 3230-3239 (1996).
- Nguyen, H., et al. Complement C3a and C5a receptors promote GVHD by suppressing mitophagy in recipient dendritic cells. Journal of Clinical Investigation Insight. 3, (2018).
- McNutt, M. Cancer immunotherapy. Science. 342, 1417 (2013).
- Negrin, R. S., Contag, C. H. In vivo imaging using bioluminescence: a tool for probing graft-versus-host disease. Nature Reviews in Immunology. 6, 484-490 (2006).
- Roy, D. C., Perreault, C. Major vs minor histocompatibility antigens. Blood. 129, 664-666 (2017).
- Gendelman, M., et al. Host conditioning is a primary determinant in modulating the effect of IL-7 on murine graft-versus-host disease. Journal of Immunology. 172, 3328-3336 (2004).
- Li, J., et al. HY-Specific Induced Regulatory T Cells Display High Specificity and Efficacy in the Prevention of Acute Graft-versus-Host Disease. Journal of Immunology. 195, 717-725 (2015).
- Zeiser, R., et al. Early CD30 signaling is critical for adoptively transferred CD4+CD25+ regulatory T cells in prevention of acute graft-versus-host disease. Blood. 109, 2225-2233 (2007).
- Sadeghi, B., et al. GVHD after chemotherapy conditioning in allogeneic transplanted mice. Bone Marrow Transplant. 42, 807-818 (2008).
