Accelerated Type 1 Diabetes Induktion i mus ved adoptiv overførsel af diabetogene CD4 + T-celler
Summary
Vi giver en reproducerbar metode til at inducere type 1-diabetes (T1D) i mus inden for to uger ved adoptiv overføring af ø-antigen-specifikke, primære CD4 + T-celler.
Abstract
Den nonobese diabetiske (NOD) mus spontant udvikler autoimmune diabetes efter 12 ugers alderen og er den mest omfattende undersøgt dyremodel for human Type 1 diabetes (T1D). Cell transfer studier i bestrålede recipientmus har fastslået, at T-celler er afgørende i T1D patogenese i denne model. Vi beskriver heri en simpel metode til hurtigt at inducere T1D ved adoptiv overføring af oprenset, primære CD4 + T-celler fra præ-diabetiske NOD-mus transgene for islet-specifikke T-cellereceptor (TCR) BDC2.5 i NOD.SCID recipientmus. De store fordele ved denne teknik er, at isolation og adoptiv overførsel af diabetogene T-celler kan være afsluttet inden for den samme dag, er bestråling af modtagerne ikke er påkrævet, og en høj forekomst af T1D er fremkaldt senest 2 uger efter T-celle overførsel. Således kan undersøgelser af patogenese og terapeutiske indgreb i T1D fortsætte i et hurtigere tempo end med metoder, der er afhængige af heterogene T-cellepopulationer eller klonerafledt fra diabetiske NOD-mus.
Introduction
NOD mus udvikler autoimmun diabetes spontant og har været udbredt anvendt som en dyremodel for human T1D 1,2. Patogenese T1D i NOD-mus er karakteriseret ved infiltration, der begynder ved 3-4 ugers alderen, af pancreas Langerhanske øer fra dendritiske celler og makrofager, efterfulgt af T-og B-celler. Denne fase af ikke-destruktiv peri-insulitis fører til en langsom, fremadskridende ødelæggelse af insulin-producerende bugspytkirtlen β-celler, hvilket resulterer i åbenlys diabetes med 4-6 måneders alderen 3. Overførsel af splenocytter 4,5, CD4 + 6,7 eller CD8 + 8,9 T-celler fra diabetiske NOD-mus har vist sig at mediere diabetes hos immunkompromitterede NOD-mus, hvilket indikerer, at ø-reaktive T-celler spiller en central rolle i T1D patogenese. Afhængigt af de eksperimentelle betingelser, diabetes udvikles i recipientmus langsomt, over flere uger i disse undersøgelser. Tilsvarende forskellige T-cellekloner, afledt ved tidskrævende og bekosteligdyrkning af diabetogene T-celler, er blevet rapporteret at mægle diabetes flere uger efter overførsel til recipientmus 7,10. Med tilgængeligheden af transgene mus, der udtrykker TCR afledt af CD4-eller CD8-begrænsede diabetogene T-cellekloner, flere laboratorier har efterfølgende vist, at milt-T-celler fra sådanne mus var i stand til at overføre diabetes til modtagere 11-13. Specifikt BDC2.5 NOD-mus er transgene for BDC2.5 TCR, som er specifik for chromogranin A, et protein i pankreatiske betaceller 14-16. Overførsel af in vitro-aktiverede eller un-aktiverede hele eller fraktioneret miltceller fra åbenlyst diabetiske eller prediabetic BDC2.5 mus overført diabetes til neonatale eller immundeficient NOD mus ved varierende effektivitetsgevinster 11,17-19.
Vi beskriver en enkel metode, der bruger rensede transgene CD4 + T-celler fra præ-diabetiske BDC2.5 mus til at fremkalde T1D i modtagerlandene mus ved høj effektivitet og, bestårNCY. Et stort antal af naive, islet antigen-specifikke CD4 + T-celler isoleres fra disse mus ved fluorescens-aktiveret cellesortering (FACS) for CD4 + CD62L + T-celler, der udtrykker det transgene TCR Vβ4 kæde. Oprensede transgene T-celler overføres derefter uden aktivering i NOD.SCID mus, som mangler funktionelle T-og B-celler og er insulitis-og diabetes-fri 20. De modtagende mus monitoreres for forhøjede koncentrationer af urin glucose angiver T1D, der udvikler sig hurtigt inden for to uger efter T-celle overdragelsen.
I modsætning til andre metoder, der overfører diabetogene T-celler med heterogene særegenheder vores protokol anvender FACS-sorteret CD4 + T-celler, som næsten udelukkende udtrykker diabetogene BDC2.5 TCR. På grund af deres homogenitet, kun små antal overførte T-celler (~ 1×10 6 celler / mus), der kræves for hurtig T1D udvikling inden 2 uger ved 100% forekomst. En anden fordel ved vores protokol er at irradiation af recipientmus er ikke nødvendigt, da det er for nogle andre metoder. En potentiel begrænsning ved denne metode er, at det ikke tillader undersøgelsen bidrag både CD4 og CD8 T-celle delmængder eller specifikt CD8 T-celler i diabetes.
Den beskrevne protokol vil være nyttigt til at studere hurtig T1D udvikling, medieret af naive monospecifikke CD4 + T-celler, såvel som terapeutiske strategier til at gribe ind i målsøgning af ø antigenspecifikke Th-celler til målorganet.
Protocol
Representative Results
Discussion
T1D kan induceres i recipientmus ved varierende virkningsgrader ved adoptiv overføring af hele miltceller eller T-celle delmængder fra diabetiske NOD-mus eller mus transgene for TCR afledt fra diabetogene T-cellekloner. Vi rapporterer her en reproducerbar metode til at inducere T1D i recipientmus inden for to uger med 100% forekomst ved at overføre FACS-oprensede CD62L + BDC2.5 transgene CD4 + T-celler i NOD.SCID mus.
Specifikke fordele BDC2.5 T-celle transfer her beskrevne model omfatter…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker Drs. Robert Bonneau og Neil Christensen for nyttige kommentarer.
Dette arbejde blev støttet af Pennsylvania State University College of Medicine midler.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| BDC 2.5 TCR transgenic NOD mice (NOD.Cg-Tg(TcrαBDC 2.5, TcrβBDC 2.5) | JAX | 004460 | |
| NOD.SCID mice (NOD.CB17-Prkdcscid/J) | JAX | 001303 | |
| Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium (DMEM) | Themo Scientific | SH30022.01 | |
| Bayer Diastix | Fisher Scientific | AM2803 | |
| 15 ml conical tubes | Falcon | 352095 | |
| 50 ml conical tubes | Falcon | 352070 | |
| Sterile surgical tweezers | |||
| Sterile small pair scissors | |||
| Sterile large pair scissors | |||
| 70 μm cell strainers | Fisher Scientific | 22363548 | |
| 35 μm cell strainer cap tubes | BD Biosciences | 352235 | |
| Ammonium-Chloride-Potassium (ACK) buffer | 0.15 M NH4Cl, 1 mM KHCO3, 0.1 mM Na2EDTA, pH 7.2 in dH2O | ||
| BD FACSFlowTM sheath fluid | BD Biosciences | 342003 | |
| FACS staining buffer | PBS, 0.2 mM EDTA, 0.5% BSA/FCS, filter sterilized | ||
| Phase contrast microscope | |||
| Trypan blue | |||
| Hemocytometer | |||
| Anti-CD4 (APC) mAb | Biolegend | 1005616 | clone RM4-5 |
| Anti-TCR Vβ4 (FITC) mAb | BD Biosciences | 553365 | clone KT4 |
| Anti-CD62L (PE) mAb | BD Biosciences | 553151 | clone MEL-14 |
| Cell sorter | BD Biosciences | e.g. BD FACSAria III | |
| Heat lamp | |||
| Mouse restrainer | |||
| 1 ml syringes | Becton Dickinson | 309602 | |
| 18-1½ gauge needles (sterile) | Becton Dickinson | 305196 | |
| 27½ gauge needles (sterile) | Becton Dickinson | 305109 |
References
- Makino, S., et al. Breeding of a non-obese, diabetic strain of mice. Jikken Dobutsu. 29, 1-13 (1980).
- van Belle, T. L., Coppieters, K. T., von Herrath, M. G. Type 1 diabetes: etiology, immunology, and therapeutic strategies. Physiol. Rev. 91, 79-118 (2011).
- Delovitch, T. L., Singh, B. The nonobese diabetic mouse as a model of autoimmune diabetes: immune dysregulation gets the NOD. Immunity. 7, 727-738 (1997).
- Wicker, L. S., Miller, B. J., Mullen, Y. Transfer of autoimmune diabetes mellitus with splenocytes from nonobese diabetic (NOD) mice. Diabetes. 35, 855-860 (1986).
- Bendelac, A., Carnaud, C., Boitard, C., Bach, J. F. Syngeneic transfer of autoimmune diabetes from diabetic NOD mice to healthy neonates. Requirement for both L3T4+ and Lyt-2+ T cells. J. Exp. Med. 166, 823-833 (1987).
- Haskins, K., McDuffie, M. Acceleration of diabetes in young NOD mice with a CD4+ islet-specific T cell clone. Science. 249, 1433-1436 (1990).
- Christianson, S. W., Shultz, L. D., Leiter, E. H. Adoptive transfer of diabetes into immunodeficient NOD-scid/scid mice. Relative contributions of CD4+ and CD8+ T-cells from diabetic versus prediabetic NOD.NON-Thy-1a donors. Diabetes. 42, 44-55 (1993).
- Wicker, L. S., Todd, J. A., Peterson, L. B. Genetic control of autoimmune diabetes in the NOD mouse. Annual Reviews in Immunology. 13, 179-200 (1995).
- Serreze, D. V., et al. MHC class I-mediated antigen presentation and induction of CD8+ cytotoxic T-cell responses in autoimmune diabetes-prone NOD mice. Diabetes. 45, 902-908 (1996).
- Milton, M. J., Poulin, M., Mathews, C., Piganelli, J. D. Generation, maintenance, and adoptive transfer of diabetogenic T-cell lines/clones from the nonobese diabetic mouse. Methods Mol. Med. 102, 213-225 (2004).
- Kurrer, M. O., Pakala, S. V., Hanson, H. L., Katz, J. D. Beta cell apoptosis in T cell-mediated autoimmune diabetes. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 94, 213-218 (1997).
- Amrani, A., et al. Perforin-independent beta-cell destruction by diabetogenic CD8(+) T lymphocytes in transgenic nonobese diabetic mice. J. Clin. Invest. 103, 1201-1209 (1999).
- Dobbs, C., Haskins, K. Comparison of a T cell clone and of T cells from a TCR transgenic mouse: TCR transgenic T cells specific for self-antigen are atypical. J. Immunol. 166, 2495-2504 (2001).
- Haskins, K., Portas, M., Bradley, B., Wegmann, D., Lafferty, K. T-lymphocyte clone specific for pancreatic islet antigen. Diabetes. 37, 1444-1448 (1988).
- Katz, J. D., Wang, B., Haskins, K., Benoist, C., Mathis, D. Following a diabetogenic T cell from genesis through pathogenesis. Cell. 74, 1089-1100 (1993).
- Stadinski, B. D., et al. Chromogranin A is an autoantigen in type 1 diabetes. Nat. Immunol. 11, 225-231 (2010).
- Luhder, F., Chambers, C., Allison, J. P., Benoist, C., Mathis, D. Pinpointing when T cell costimulatory receptor CTLA-4 must be engaged to dampen diabetogenic T cells. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97, 12204-12209 (2000).
- Tang, Q., et al. In vitro-expanded antigen-specific regulatory T cells suppress autoimmune diabetes. J. Exp. Med. 199, 1455-1465 (2004).
- Calderon, B., Suri, A., Pan, X. O., Mills, J. C., Unanue, E. R. IFN-gamma-dependent regulatory circuits in immune inflammation highlighted in diabetes. J. Immunol. 181, 6964-6974 (2008).
- Shultz, L. D., et al. Multiple defects in innate and adaptive immunologic function in NOD/LtSz-scid mice. J. Immunol. 154, 180-191 (1995).
- Waldner, H., Sobel, R. A., Price, N., Kuchroo, V. K. The autoimmune diabetes locus Idd9 regulates development of type 1 diabetes by affecting the homing of islet-specific T cells. J. Immunol. 176, 5455-5462 (2006).
- Verdaguer, J., et al. Spontaneous autoimmune diabetes in monoclonal T cell nonobese diabetic mice. J. Exp. Med. 186, 1663-1676 (1997).
- Thomas, D. C., Mellanby, R. J., Phillips, J. M., Cooke, A. An early age-related increase in the frequency of CD4+ Foxp3+ cells in BDC2.5NOD mice. Immunology. 121, 565-576 (2007).
- Prochazka, M., Gaskins, H. R., Shultz, L. D., Leiter, E. H. The nonobese diabetic scid mouse: model for spontaneous thymomagenesis associated with immunodeficiency. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 89, 3290-3294 (1992).
