Onderzoekt mestcel secretiegranula; Biosynthese van exocytose
Summary
Het doel van het huidige protocol was om een methode die functioneel genomische analyses van mestcel secretie zal ontwikkelen. Het protocol is gebaseerd op kwantitatieve beoordeling van de release van een tl-reporter-gen cotrasfected met het gen van interesse en real-time analyses van de morfologie van de secretoire korrel's.
Abstract
Mestcellen (MC) zijn secretoire cellen van het immuunsysteem die de fysiologische en pathologische functies vervullen door het vrijgeven van voorgevormde en nieuw gesynthetiseerde allergische, ontstekings- en immuunregulerende mediatoren. MCs 'mediators beïnvloeden meerdere weefsels en organen culminerend in allergische en immuunreacties. De synthese, opslag en afgifte van de MC mediators zijn sterk gereguleerd. De voorgevormde bemiddelaars zijn verpakt in cytoplasmatische secretoire korrels (SG) die fuseren met de plasmamembraan en de inhoud ervan vrij te maken door gereguleerde exocytose. We presenteren een protocol gebaseerd op de co-expressie van een gen van belang met een reportergen dat is gericht op de SG en opgenomen in een reguleerbare wijze naast de endogene SG mediators. Het protocol maakt hoge resolutie vierdimensionale confocale analyses van de MC SG's en het toezicht op hun tijdlijn van biogenese naar aanleiding exocytose. Dus, door dit protocol voor screening van genen interest hun fenotypische en functionele effect maakt ontcijferen moleculaire mechanismen die de biogenese en exocytose MC SG bepalen en identificeren van de betrokken regulatoren. Daarbij moet verder inzicht in de cellulaire mechanismen die verantwoordelijk zijn voor MCs functie in gezondheid en ziekte worden.
Introduction
Mestcellen (MC) zijn immuuncellen die bekend staan om hun betrokkenheid bij allergische en ontstekingsreacties zoals artritis, astma, eosinofiele oesofagitis, chronische dermatitis en anafylactische shock 1,2 en andere aandoeningen zoals coronaire hartziekte 3,5 en kanker 3,4. Daarnaast MCs spelen een belangrijke rol in aangeboren en adaptieve immuniteit, zowel in de afweer tegen bacteriën en parasieten en door onderdrukking van immuunreacties, bijvoorbeeld het induceren allotransplantaat tolerantie 5,6.
MCs afkomstig uit het beenmerg, het ontwikkelen van CD34 + / CD117 + pluripotente voorlopercellen 7. Geëngageerde beenmerg MC voorouders vrijkomen in de bloedbaan en migreren naar de perifere weefsels lokaliseren voornamelijk binnen bindweefsels en epitheeloppervlakken 8. Rijping en terminale differentiatie worden uiteindelijk gerealiseerd onder invloed of cytokines binnen het omringende milieu 8,9.
MC kan worden geactiveerd door een allergeen (antigen, Ag), waarvan de ontmoeting resulteerde in de generatie van immunoglobuline E (IgE) type antilichamen. Binding van dergelijke IgE aan de MC's FcsRI receptoren, gevolgd door verknoping van celgebonden IgE bij hernieuwde blootstelling aan hetzelfde Ag, leidt FceRI aggregatie en initiatie van een signalerende cascade die culmineert in degranulatie [herzien 10,11] . MCs worden ze geactiveerd, onafhankelijk van IgE door neuropeptiden 5,12, toxines 13 bacteriële en virale antigenen 14,15, een aantal positief geladen peptiden gezamenlijk aangeduid als basis- secretagogen, immuuncellen en cytokines 5,13,12,16 17. MCs worden ze geactiveerd door veel van hun bezit mediatoren, die de ontstekingsreactie verder versterken.
MC's zijn verpakt met secretoire korrels (SGS) dat immuno bevattenregulerende mediatoren, zoals vasoactieve aminen, zoals histamine en serotonine (bij knaagdieren), proteoglycanen, proteasen, zoals chymase en tryptase, vasculaire endotheliale groeifactor en verschillende cytokines en chemokines 8,9. Deze mediatoren "klaar voor" en eenmaal MCs worden geactiveerd door een geschikte stimulus, worden deze mediatoren vrijgemaakt uit de cellen door gereguleerde exocytose (degranulatie) in een kwestie van seconden tot minuten 18,19. Deze initiële gebeurtenis wordt gevolgd door de de novo synthese en afgifte van een grote reeks van biologisch potente stoffen, zoals arachidonzuur metabolieten, verschillende cytokinen en chemokinen 20,21,22. Release van nieuw gesynthetiseerde producten gebeurt onafhankelijk van SG release. Tezamen zijn deze bemiddelaars initiëren vroege en late fase inflammatoire en allergische reacties. Daarom is het begrip van de mechanismen verantwoordelijk voor MC activering en degranulatie zijn zowel theoretisch en klinisch importance.
De moeilijkheid om genetisch te manipuleren primaire en gekweekte MCs heeft bemoeilijkt de pogingen om de mechanismen die ten grondslag liggen MC degranulatie, die slecht bleef opgelost te helderen. Om dit probleem ontwikkelden we een reporter gebaseerde test met gelijktijdig transfecteren van de mucosale mast cellijn, rat basofiele leukemie (RBL) -2H3 (hierna RBL) of beenmerg afgeleide MCs (BMMCs) 30 met een gen van interesse en neuropeptide Y (NPY) gefuseerd aan monomere RFP (mRFP), als SG reporter.
NPY is eerder aangetoond dat het gedrag van endogene SG merkers in andere systemen recapituleren. Bovendien, omdat mRFP fluorescentie pH ongevoelig expressie van NPY-mRFP maakt visualisatie van de zure SG en kwantitatieve beoordeling van exocytose door 96-well platen en een fluorescentie plaatlezer. We hebben aangetoond dat NPY-mRFP wordt geleverd aan de zure SG van RBL-cellen en BMMCs en wordt vrijgemaakt uit de cellenop een gereguleerde manier naast de endogene SG lading (dat wil zeggen, β-hexosaminidase en serotonine) 30, 32. Dit protocol voorziet in een hoge-resolutie-imaging gebaseerde methodologie die screening genen van belang zijn voor hun fenotypische en functionele impact op SG kenmerken en degranulatie in RBL cellen 32 toestaat. Specifiek, dit protocol maakt real time tracking van MC SG en kwantificering van de oppervlakte en het volume groot, aantal, kinetiek van assemblage, hun beweging langs de cel cytoskelet en hun uiteindelijke fusie met de plasmamembraan onder verschillende omstandigheden. Bijvoorbeeld, sensibiliserende de cellen met DNP-specifieke IgE en het activeren van de cellen met een meerwaardige Ag (DNP geconjugeerd serumalbumine) onder verschillende verstoringen (dwz, het uitschakelen van genen van belang, meer dan de expressie van wt of gemuteerde genen, of farmacologische manipulaties) en vergeleken met controle cellen.
Protocol
Representative Results
Discussion
We beschrijven een innovatieve strategie die kwantificering van MC exocytose en vier (x, y, z, t) afmeting kwantificering combinatie van tijd vervallen driedimensionale beeldvorming van de SG in levende cellen met behulp van een reportergen voor exocytose. Deze techniek maakt het screenen van families van eiwitten voor hun impact op de MC-functie, zoals monitoring SG's al vanaf hun vertrek uit het Golgi door hun rijping, acquisitie van exocytose competentie en degranulatie. De combinatie van metingen van exocytose m…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken dr U. Ashery voor de gave van NPY-mRFP cDNA. Wij danken Drs. MJ Kofron, L. Mittleman, M. Shaharbani, en Y. Zilberstein voor onschatbare hulp bij microscopie en het beeld analyseert. We danken ook Dr. Joseph Orly voor kritische lezing van dit manuscript. Dit werk werd ondersteund door een subsidie van de Israel Science Foundation, opgericht door de Israëlische Academie voor Wetenschappen (1139-1112 naar RS-E.).
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| DMEM | Sigma-Aldrich | D6046-500ML | Warm in 37 °C water bath before use |
| Fetal Bovine Serum | GE health care Life sciences | SH30071.01 | |
| Penicillin-Streptomycin | Life technologies | ||
| Cellulose acetate membrane, pore size 0.22 μm | Sigma-Aldrich | CLS430769-1EA | |
| Corning tissue-culture treated culture dishes | Sigma-Aldrich | CLS430167 | |
| Trypsin/EDTA Solution (TE) | Life technologies | R001100 | Warm in 37 °C water bath before use |
| PIPES dipotassium salt | Sigma-Aldrich | 108321-27-3 | |
| Calcium acetate hydrate | Sigma-Aldrich | 114460-21-8 | |
| Magnesium acetate tetrahydrate | Sigma-Aldrich | M5661 | |
| L-Glutamic acid potassium salt monohydrate (Potassium glutamate) | Sigma-Aldrich | G1501 | |
| 4 mm electroporation cuvettes | cell projects | EP-104 | |
| GENE PULSER WITH PULSE CONTROLLER & CAPACITANCE | Bio rad | ||
| Chambered coverglass | Thermo scientific | 155411 | |
| 24 well, flat bottom | Sigma-Aldrich | CLS3524 | |
| Corning 96 well plates | Sigma-Aldrich | CLS3367 or CLS390 | |
| 96 well plate fluorescence reader- Infinite 200 | Tecan | ||
| Calcium ionophore A23187 | Sigma-Aldrich | C7522 | Avoid from direct light exposure |
| 12-O-tetradecanoyl-13-acetate (TPA) | Calbiochem | P3766 | |
| anti-DNP monoclonal IgE | Sigma-Aldrich | D8406 | |
| DNP-BSA/ DNP-HAS | Sigma-Aldrich | A6661 | Avoid from direct light exposure |
| Triton-x-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | |
| Confocal fluorescent microscope: | |||
| Zeiss LSM 510 | |||
| Leica | SP5 | ||
| Nikon A1 inverted | |||
| Imaris software | BITLANE | ||
| Microsoft exel or Prism or other analyses software | |||
| Other reagent: | |||
| Magnesium Chloride | MERK | 5833 | |
| Sodium chloride | MERK | 6404 | |
| Calcium chloride | MERK | 2382 | |
| Bovine serum albumin | Sigma-Aldrich | A4503 | |
| Glucose | BDH Laboratories | 284515V | |
| Monosodium phosphate | MERK | 5345 | |
| Sterile water |
References
- Abonia, J. P., et al. Involvement of mast cells in eosinophilic esophagitis. J Allergy Clin Immunol. 126 (1), 140-149 (2010).
- Galli, S. J., Tsai, M. Mast cells in allergy and infection: versatile effector and regulatory cells in innate and adaptive immunity. Eur J Immunol. 40 (7), 1843-1851 (2010).
- Ribatti, D., Crivellato, E. The controversial role of mast cells in tumor growth. International Review of Cell and Molecular Biology. 275, 89-131 (2009).
- Ribatti, D., Crivellato, E. Mast cells, angiogenesis and cancer. Adv Exp Med Biol. 716, 270-288 (2011).
- Tsai, M., Grimbaldeston, M., Galli, S. J. Mast cells and immunoregulation/immunomodulation. Adv Exp Med Biol. 716, 186-211 (2011).
- Vries, V. C., Noelle, R. J. Mast cell mediators in tolerance. Curr Opin Immunol. 22 (5), 643-648 (2010).
- Kirshenbaum, A. S., et al. Demonstration that human mast cells arise from a progenitor cell population that is CD34(+), c-kit(+), and expresses aminopeptidase N (CD13). Blood. 94 (7), 2333-2342 (1999).
- Metcalfe, D. D., Baram, D., Mekori, Y. A. Mast cells. Physiol Rev. 77 (4), 1033-1079 (1997).
- Gilfillan, A. M., Austin, S. J., Metcalfe, D. D. Mast cell biology: introduction and overview. Adv Exp Med Biol. 716, 2-12 (2011).
- Rivera, J., Gilfillan, A. M. Molecular regulation of mast cell activation. J Allergy Clin Immunol. 117 (6), 1214-1225 (2006).
- Rivera, J., Gilfillan, A. M. Molecular regulation of mast cell activation. Journal of Allergy and Clinical Immunology. 117 (6), 1214 (2006).
- Lagunoff, D., Martin, T. W., Read, G. Agents that release histamine from mast cells. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 23, 331-351 (1983).
- Depinay, N., Hacini, F., Beghdadi, W., Peronet, R., Mecheri, S. Mast cell-dependent down-regulation of antigen-specific immune responses by mosquito bites. J Immunol. 176 (7), 4141-4146 (2006).
- Abel, J., et al. Staphylococcus aureus evades the extracellular antimicrobial activity of mast cells by promoting its own uptake. J Innate Immun. 3 (5), 495-507 (2011).
- Avila, M., Gonzalez-Espinosa, C. Signaling through Toll-like receptor 4 and mast cell-dependent innate immunity responses. IUBMB Life. 63 (10), 873-880 (2011).
- Novak, N., Bieber, T., Peng, W. M. The immunoglobulin E-Toll-like receptor network. Int Arch Allergy Immunol. 151 (1), 1-7 (2010).
- Rudich, N., Ravid, K., Sagi-Eisenberg, R. Mast cell adenosine receptors function: a focus on the a3 adenosine receptor and inflammation. Front Immunol. 3, 134 (2012).
- Theoharides, T. C., Kempuraj, D., Tagen, M., Conti, P., Kalogeromitros, D. Differential release of mast cell mediators and the pathogenesis of inflammation. Immunol Rev. 217, 65-78 (2007).
- Caughey, G. H. Mast cell proteases as protective and inflammatory mediators. Adv Exp Med Biol. 716, 212-234 (2011).
- Lundequist, A., Pejler, G. Biological implications of preformed mast cell mediators. Cell Mol Life Sci. 68 (6), 965-975 (2011).
- Metz, M., Maurer, M. Mast cells–key effector cells in immune responses. Trends Immunol. 28 (5), 234-241 (2007).
- Gordon, J. R., Burd, P. R., Galli, S. J. Mast cells as a source of multifunctional cytokines. Immunol Today. 11 (12), 458-464 (1990).
- Azouz, N. P., Matsui, T., Fukuda, M., Sagi-Eisenberg, R. Decoding the regulation of mast cell exocytosis by networks of Rab GTPases. J Immunol. 189 (5), 2169-2180 (2012).
- Stenmark, H., et al. Inhibition of rab5 GTPase activity stimulates membrane fusion in endocytosis. EMBO J. 13 (6), 1287-1296 (1994).
- Azouz, N. P., et al. Rab5 is a novel regulator of mast cell secretory granules: impact on size, cargo, and exocytosis. J Immunol. 192 (9), 4043-4053 (2014).
