הערכה מהירה וספציפית של פעילות Halogenating Peroxidase בדגימות דם ליקוציט מועשר
Summary
This protocol describes the quick enrichment of leukocytes from small blood samples for a subsequent specific determination of the halogenating peroxidase activity within the cells. The method can be applied to human and non-human material and may contribute to the evaluation of new inflammatory markers.
Abstract
במאמר זה פרוטוקול להעשרה המהירה ואחידה של לויקוציטים מדגימים דם קטן שלם מתואר. הליך זה מבוסס על תמוגה hypotonic של אריתרוציטים וניתן להחיל דגימות אנושיות וכן דם ממקור לא אנושי. היקף המדגם הראשוני הקטן של כ 50 עד 100 μl עושה בשיטה זו החלימה על דגימת דם חוזרת ונשנית בחיות מעבדה קטנות. יתר על כן, העשרה לויקוציטים מושג בתוך דקות ועם מאמצי חומר נמוכים לגבי כימיקלים ומיכשור, מה שהופך שיטה זו ישימה בסביבות מעבדה מרובה.
טיהור סטנדרטי של לויקוציטים הוא בשילוב עם שיטת מכתים בררנית במיוחד לשם הערכת הפעילות peroxidase halogenating של peroxidases heme, myeloperoxidase (MPO) ו peroxidase אאוזינופילים (EPO), כלומר, היווצרות של hypochlorous וחומצה hypobromous (HOCl ו HOBr). בעוד MPO לידי ביטוי בולט neutrophils, סוג תא החיסון הנפוץ ביותר בדם אנושי וכן מונוציטים, האנזים הקשור EPO מתבטא באופן בלעדי אאוזינופילים. פעילות halogenating של אנזימים אלה מופנה באמצעות כמעט HOCl- ו HOBr ספציפי וההעמסה לצבוע aminophenyl (APF) ואת מי חמצן מצע peroxidase העיקרי. לאחר ניתוח cytometry זרימת לאחר כל התאים peroxidase-חיובי (נויטרופילים, מונוציטים, אאוזינופילים) וניתן להבחין ופעילות peroxidase halogenating שלהם ניתן לכמת. מאז מכתים APF ניתן בשילוב עם יישום של סמנים פני התא, פרוטוקול זה יכול להתארך להתייחס-שברים תת לויקוציטים במיוחד. השיטה ישימה לזהות HOCl ו HOBr ייצור הוא אדם והן לויקוציטים מכרסמים.
לנוכח התפקיד החיסוני דן בהרחבה מגוונת של מוצרים האנזימטית אלה במחלות דלקתיות כרוניות, פרוטוקול זה עשוי לתרום להבנה טובה יותר שלהרלוונטיות אימונולוגיים של peroxidases heme הנגזרות לויקוציטים.
Introduction
לויקוציטים polymorphonuclear (PMNs, המכונה גם גרנולוציטים) ומונוציטים מייצגים מרכיבים תאיים חשובים של מערכת החיסון המולדת של 1,2 דם. הם לתרום להגנה העיקרית נגד פתוגנים כמו גם ההפעלה של מערכת החיסון הנרכשת ואת החניכה של תגובה סיסטמית דלקתית 2-4. זאת במיוחד נויטרופילים, הסוג הנפוץ ביותר של גרנולוציטים, מונוציטים ו גם לתרום באופן משמעותי ברגולצית סיום האירועים דלקתיים חריפים 5. לכן תאים אלה יכולים גם לשחק תפקיד חשוב במחלות דלקתיות כרוניות כמו 6,7 דלקת מפרקים שגרונית. למעשה, אסטמה, מחלה דרך נשימה דלקתית כרונית, מתאפיין אפופטוזיס לקוי של אאוזינופילים, סוג גרנולוציט השני הכי בדם 8. עם זאת, אפופטוזיס של גרנולוציטים וההסרה המהירה שלהם על ידי מקרופאגים הם שני צעדים חיוניים במהלך הסיום הסלולרשל דלקת 9-11.
בתאים בשם החיסון שני אנזימים קשורים זה לזה, כלומר myeloperoxidase (MPO, נויטרופילים ומונוציטים) ו peroxidase אאוזינופילים (EPO, אאוזינופילים) ניתן למצוא 12,13. Peroxidases heme אלה קשורים באופן קלאסי לתגובה הלחות החיסונית: הם שני-אלקטרונית לחמצן (פסאודו) הלידים אל (פסאודו) היפו המתאים חומצות halous אשר ידועים בתכונות bactericidal שלהם 14-16. בתנאים פיסיולוגיים צורות MPO בעיקר חומצת hypochlorous (HOCl) ו hypothiocyanite (- OSCN) בעוד החומצה האחרונה ו hypobromous (HOBr) נוצרת על ידי EPO 17-19. תוצאות חדשות מרמזות כי (פסאודו) זו פעילות אנזים halogenating עשויה גם לתרום הסדרת תגובות דלקתיות של סיום הכהונה של תגובות חיסוניות 20,21. למעשה, הפקת HOCl ידי MPO ומוצרי שמקורם הוצגה לדכא מבוסס תאי T תגובות אדפטיבית חיסוניות 22-24.
על מנת לקבל יותר תובנות לתוך התפקיד החיסוני של לויקוציטים ממערכת החיסון המולדת ב מחלות דלקתיות כרוניות ולקבוע את תרומת MPO ו EPO כדי תפקוד פיזיולוגי זה פיתחנו שיטה להעשיר לויקוציטים במהירות מדגימות דם קטנים למשך ספציפיים הבאים קביעת פעילות peroxidase halogenating בתאים אלה. דלדול כדורי בחרנו שיטה סטנדרטית כולל צעדי תמוגה hypotonic שני שלאחר מכן עם מים מזוקקים, מה שמוביל העשרה לויקוציטים מהיר ובעלויות חומר נמוכות. לקביעה הבאה של MPO halogenating ופעילות EPO והעמסת aminophenyl לצבוע HOCl- ו HOBr הספציפי (APF) שמשה 25-27. בניגוד יישום השיטות המכתימות peroxidase נוקב 28,29, גישה זו מאפשרת זיהוי סלקטיבי של פעילות peroxidase halogenating, אשר נפגע לעתים קרובות infl החמורהammation 30,31.
Protocol
Representative Results
Discussion
כפי נויטרופילים הם לויקוציטים הנפוצים ביותר בדם אנושי הבידוד של תאים חיוביים peroxidase לעתים קרובות מתמקד רק תאים אלה וכולל הפרדה של נויטרופילים מ לויקוציטים אחרים על ידי צנטריפוגה שיפוע צפיפות 38. עם זאת, כפי נויטרופילים הם הרבה פחות בשפע בדגימות דם בעכברים 39</su…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was made possible by funding from the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF, 1315883) as well as by the Sächsische Aufbaubank (SAB) project 100116526 from a funding of the European Regional Development Fund (ERDF).
Materials
| materials/equipment | |||
| 15 ml centrifugation tubes | VWR/Corning | 734-0451 | – |
| 1.5 ml sample tubes | VWR/Eppendorf | 211-2130DE | – |
| Pipettes for volumes up to 5 ml | Eppendorf | e.g. 3120000070 | We are using Eppendorf Resarch plus pipettes with adjustable volumes in the range 1-10 µl, 10-100µl, 100-1000 µl an 500-5000µl |
| laminar flow bench | Thermo Electron Corperation | HeraSafe | – |
| Vortex mixer | Bender & Hobein AG | Vortex Genie 2 | – |
| Tabletop centrifuge | Kendro Laboratory Products | Laborfuge 400R | The centrifuge should be able to be used at 450x g |
| Small centrifuge | eppendorf | 5415D | The centrifuge should be able to be used at 400x g |
| Incubator | Heraeus | cytoperm 2 | Settings: 37 °C, 95% humidity, 5 % CO2 content |
| UV-Vis spectrophotometer | Varian | Cary 50 bio | A spectrum between 200 and 300 nm has to be recorded. Thus quartz cuvettes have to be applied |
| Flow cytometer | Becton, Dickinson | BD Facs Calibur | Any flow cytometer can be used which is equiped with a laser suitable for the excitation of fluorescein (e.g 488 nm argon laser) |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Chemicals | |||
| Phosphate buffered saline (PBS) | amresco | K812 | sterile solution, ready to use |
| Sigma-Aldrich | P4417 | tablets for solving in 200 ml millipore water | |
| Hanks balanced salt solution (HBSS) with Ca(2+) | Sigma-Aldrich | H1387 | 970 mg/100 ml, carefully check and adjust the pH value to 7.4 |
| Hydrochloric acid | Merck Millipore | 1.09057.1000 | 1M solution |
| Sodium hydroxide | Riedel-deHaën | 30620 | Solid pellets. For a 1M solution solve 4 g/100 ml Millipore water |
| Aminophenyl fluorescein | Cayman | 10157 | 5 mg/ml solution (11.81 mM) in methyl acetate, aliquotes of e.g. 100 µl should be prepared and stored at -20 °C |
| Hydrogen peroxide | Sigma-Aldrich | H1009 | This 30% stock solution corresponds to a concentration of about 8.8 M. Further dilutions have to be freshly prepared in distilled water immediately prior to use and quantified by absorbance measurements |
| 4-aminobenzoic acid hydrazide (4-ABAH) | Sigma-Aldrich | A41909 | A first stock solution of 1 M should be prepared in DMSO a second one of 100 mM by 1:10 dilution in HBSS |
| DMSO | VWR chemicals | 23500.26 | – |
References
- Cline, M. J. Monocytes, macrophages, and their diseases in man. J Invest Dermatol. 71 (1), 56-58 (1978).
- Wright, H. L., Moots, R. J., Bucknall, R. C., Edwards, S. W. Neutrophil function in inflammation and inflammatory diseases. Rheumatology. 49, 1618-1631 (2010).
- Brinkmann, V., et al. Neutrophil extracellular traps kill bacteria. Science. 303 (5663), 1532-1535 (2004).
- Ishihara, K., Yamaguchi, Y., Okabe, K., Ogawa, M. Neutrophil elastase enhances macrophage production of chemokines in receptor-mediated reaction. Res Commun Mol Pathol Pharmacol. 103 (2), 139-147 (1999).
- Henson, P. M. Resolution of inflammation. A perspective. Chest. 99 (3 Suppl), 2S-6S (1991).
- Lefkowitz, D. L., Lefkowitz, S. S. Macrophage-neutrophil interaction: a paradigm for chronic inflammation revisited. Immunol Cell Biol. 79 (5), 502-506 (2001).
- Wright, H. L., Moots, R. J., Edwards, S. W. The multifactorial role of neutrophils in rheumatoid arthritis. Nat Rev Rheumatol. 10 (10), 593-601 (2014).
- Kankaanranta, H., et al. Delayed eosinophil apoptosis in asthma. J Allergy Clin Immunol. 106 (1 Pt 1), 77-83 (2000).
- Peng, S. L. Neutrophil apoptosis in autoimmunity. J Mol Med. 84 (2), 122-125 (2006).
- Simon, H. U. Neutrophil apoptosis pathways and their modifications in inflammation. Immunol Rev. 193, 101-110 (2003).
- Vandivier, R. W., Henson, P. M., Douglas, I. S. Burying the dead: the impact of failed apoptotic cell removal (efferocytosis) on chronic inflammatory lung disease. Chest. 129 (6), 1673-1682 (2006).
- Loughran, N. B., O’Connor, B., O’Fagain, C., O’Connell, M. J. The phylogeny of the mammalian heme peroxidases and the evolution of their diverse functions. BMC Evol Biol. 8, 101-115 (2008).
- Zámocký, M., Obinger, C., Torres, E., Ayala, E. M. Ch. 2. Biocatalysis based on heme peroxidases. , 7-35 (2010).
- Klebanoff, S. J. Myeloperoxidase-halide-hydrogen peroxide antibacterial system. J Bacteriol. 95 (6), 2131-2138 (1968).
- Klebanoff, S. J. Myeloperoxidase: friend and foe. J Leukoc Biol. 77 (5), 598-625 (2005).
- Wang, J., Slungaard, A. Role of eosinophil peroxidase in host defense and disease pathology. Arch Biochem Biophys. 445 (2), 256-260 (2006).
- Arnhold, J., Furtmuller, P. G., Regelsberger, G., Obinger, C. Redox properties of the couple compound I/native enzyme of myeloperoxidase and eosinophil peroxidase. Eur J Biochem. 268 (19), 5142-5148 (2001).
- Bafort, F., Parisi, O., Perraudin, J. P., Jijakli, M. H. Mode of action of lactoperoxidase as related to its antimicrobial activity: a review. Enzyme Res. , 1-13 (2014).
- van Dalen, C. J., Whitehouse, M. W., Winterbourn, C. C., Kettle, A. J. Thiocyanate and chloride as competing substrates for myeloperoxidase. Biochem J. 327 (Pt 2), 487-492 (1997).
- Arnhold, J., Flemmig, J. Human myeloperoxidase in innate and acquired immunity. Arch Biochem Biophys. 500 (1), 92-106 (2010).
- Flemmig, J., Lessig, J., Reibetanz, U., Dautel, P., Arnhold, J. Non-vital polymorphonuclear leukocytes express myeloperoxidase on their surface. Cell Physiol Biochem. 21 (4), 287-296 (2008).
- Odobasic, D., Kitching, A. R., Semple, T. J., Holdsworth, S. R. Endogenous myeloperoxidase promotes neutrophil-mediated renal injury, but attenuates T cell immunity inducing crescentic glomerulonephritis. J Am Soc Nephrol. 18 (3), 760-770 (2007).
- Odobasic, D., et al. Neutrophil myeloperoxidase regulates T-cell-driven tissue inflammation in mice by inhibiting dendritic cell function. Blood. 121 (20), 4195-4204 (2013).
- Ogino, T., et al. Oxidative modification of IkappaB by monochloramine inhibits tumor necrosis factor alpha-induced NF-kappaB activation. Biochim Biophys Acta. 1746 (2), 135-142 (2005).
- Flemmig, J., Remmler, J., Zschaler, J., Arnhold, J. Detection of the halogenating activity of heme peroxidases in leukocytes by aminophenyl fluorescein. Free Radic Res. 49 (6), 768-776 (2015).
- Flemmig, J., Zschaler, J., Remmler, J., Arnhold, J. The fluorescein-derived dye aminophenyl fluorescein is a suitable tool to detect hypobromous acid (HOBr)-producing activity in eosinophils. J Biol Chem. 287 (33), 27913-27923 (2012).
- Setsukinai, K., Urano, Y., Kakinuma, K., Majima, H. J., Nagano, T. Development of novel fluorescence probes that can reliably detect reactive oxygen species and distinguish specific species. J Biol Chem. 278 (5), 3170-3175 (2003).
- Presentey, B., Szapiro, L. Heriditary deficiency of peroxidase and phospholipids in eosinophil granulocytes. Acta Haematol. 41, 359-362 (1969).
- Undritz, E. The Alius-Grignaschi anomaly: the hereditary constitutional peroxidase defect of the neutrophils and monocytes. Blut. 14 (3), 129-136 (1966).
- Kutter, D. Prevalence of myeloperoxidase deficiency: population studies using Bayer-Technicon automated hematology. J Mol Med.(Berl). 76 (10), 669-675 (1998).
- Lanza, F. Clinical manifestation of myeloperoxidase deficiency. J Mol Med. 76 (10), 676-681 (1998).
- Flemmig, J., et al. Rapid and reliable determination of the halogenating peroxidase activity in blood samples. J Immunol Methods. 415, 46-56 (2014).
- Flemmig, J., Remmler, J., Rohring, F., Arnhold, J. (-)-Epicatechin regenerates the chlorinating activity of myeloperoxidase in vitro and in neutrophil granulocytes. J Inorg Biochem. 130, 84-91 (2014).
- Beers, R. F., Sizer, I. W. A spectrophotometric method for measuring the breakdown of hydrogen peroxide by catalase. J Biol Chem. 195 (1), 133-140 (1952).
- Kettle, A. J., Gedye, C. A., Winterbourn, C. C. Mechanism of inactivation of myeloperoxidase by 4-aminobenzoic acid hydrazide. Biochem J. 321 (2), 503-508 (1997).
- Nakazato, T., et al. Myeloperoxidase is a key regulator of oxidative stress mediated apoptosis in myeloid leukemic cells. Clin Cancer Res. 13 (18), 5436-5445 (2007).
- Machwe, M. K. Effect of concentration on fluorescence spectrum of fluorescein. Curr Sci. 39 (18), 412-413 (1970).
- Hu, Y., Ashman, R. B. Ch. 7. Leucocytes: Methods and Protocols. , 101-113 (2012).
- Zschaler, J., Schlorke, D., Arnhold, J. Differences in innate immune response between man and mouse. Crit Rev Immunol. 34 (5), 433-454 (2014).
- Hasenberg, M., et al. Rapid immunomagnetic negative enrichment of neutrophil granulocytes from murine bone marrow for functional studies in vitro and in vivo. PLoS One. 6 (2), e17314 (2011).
- Mendez-David, I., et al. A method for biomarker measurements in peripheral blood mononuclear cells isolated from anxious and depressed mice: beta-arrestin 1 protein levels in depression and treatment. Front Pharmacol. 4 (124), 1-8 (2013).
- Cotter, M. J., Norman, K. E., Hellewell, P. G., Ridger, V. C. A novel method for isolation of neutrophils from murine blood using negative immunomagnetic separation. Am J Pathol. 159 (2), 473-481 (2001).
- Dorward, D. A., et al. Technical advance: autofluorescence-based sorting: rapid and nonperturbing isolation of ultrapure neutrophils to determine cytokine production. J Leukoc Biol. 94 (1), 193-202 (2013).
- Freitas, M., Lima, J. L., Fernandes, E. Optical probes for detection and quantification of neutrophils’ oxidative burst. A review. Anal Chim Acta. 649 (1), 8-23 (2009).
- Winterbourn, C. C. The challenges of using fluorescent probes to detect and quantify specific reactive oxygen species in living cells. Biochim Biophys Acta. 1840 (2), 730-738 (2014).
- Kusenbach, G., Rister, M. Myeloperoxidase deficiency as a cause of recurrent infections. Klin Padiatr. 197 (5), 443-445 (1985).
- Zipfel, M., Carmine, T. C., Gerber, C., Niethammer, D., Bruchelt, G. Evidence for the activation of myeloperoxidase by f-Meth-Leu-Phe prior to its release from neutrophil granulocytes. Biochem Biophys Res Commun. 232 (1), 209-212 (1997).
- Whiteman, M., Spencer, J. P. Loss of 3-chlorotyrosine by inflammatory oxidants: implications for the use of 3-chlorotyrosine as a bio-marker in vivo. Biochem Biophys Res Commun. 371 (1), 50-53 (2008).
- Gerber, C. E., Kuci, S., Zipfel, M., Niethammer, D., Bruchelt, G. Phagocytic activity and oxidative burst of granulocytes in persons with myeloperoxidase deficiency. Eur J Clin Chem Clin Biochem. 34 (11), 901-908 (1996).
- Maghzal, G. J., et al. Assessment of myeloperoxidase activity by the conversion of hydroethidine to 2-chloroethidium. J Biol Chem. 289 (9), 5580-5595 (2014).
- Shepherd, J., et al. A fluorescent probe for the detection of myeloperoxidase activity in atherosclerosis-associated macrophages. Chem Biol. 14 (11), 1221-1231 (2007).
- Sun, Z. -. N., Liu, F. -. Q., Chen, Y., Tam, P. K. H., Yang, D. A highly specific BODIPY-based fluorescent probe for the detection of hypochlorous acid. J Am Chem Soc. 10 (11), 2171-2174 (2008).
- Kirchner, T., Flemmig, J., Furtmuller, P. G., Obinger, C., Arnhold, J. (-)Epicatechin enhances the chlorinating activity of human myeloperoxidase. Arch Biochem Biophys. 495 (1), 21-27 (2010).
