Summary

In Vivo Photolabeling af celler i tyktarmen til at vurdere vandrende potentiale af hæmatopoietisk celler i Neonatal mus

Published: August 10, 2018
doi:

Summary

Protokollen beskrevet her udnytter en photolabeling tilgang i nyfødte mus til specifikt at identificere immunceller, der udvandrer fra tyktarmen til ekstra intestinal websteder. Denne strategi vil være nyttigt at studere vært-microbiome interaktioner tidligt i livet.

Abstract

Enterisk bakterielle samfund er etableret tidligt i livet og påvirke immun celle udvikling og funktion. Den neonatale mikrobiota er modtagelige for mange ydre påvirkninger herunder antibiotika brug og kost, som påvirker modtagelighed for autoimmune og inflammatoriske sygdomme. Lidelser såsom inflammatoriske tarm sygdom (IBD) er karakteriseret ved en massiv tilstrømning af immunceller tarmene. Dog kan immunceller betinget af mikrobiota desuden emigrere ud af tarmene til at påvirke immunrespons på ekstra intestinal websteder. Der er således behov for at identificere og karakterisere celler, der kan bære mikrobielle beskeder fra tarmene til distale websteder. Her, beskriver vi en metode til at mærke cellerne i tyktarmen af nyfødte mus i vivo der giver deres identifikation på ekstra intestinal websteder efter overflytningen.

Introduction

Pattedyr mavetarmkanalen havne hundredvis af arter af bakterier, der findes i et symbiotisk forhold med vært1. Immunceller til stede i det lokale miljø håndhæve en fredelig sameksistens med disse mikrober og oprette en beskyttende barriere mod patogenet invasioner. Bi-directional interaktion mellem immunceller og mikrobiota er derfor kritisk at etablere et commensal samfund, der uddanner vært immunsystemet og angiver tærsklen for immun reaktivitet til patogener. Ændringer i den mikrobielle sammensætning eller dysbiosis, kan forstyrre den immun homøostase og forurolige regulerende kredsløb, der hæmmer intestinal betændelser fører til immun-medierede sygdomme som Type 1 Diabetes og IBD2,3 .

Perioden umiddelbart efter fødsel er en unik udviklingsmæssige vindue hvor de intestinale mikrobielle samfund begynder at etablere samtidig immunforsvaret modnes4. Den postnatale mikrobiota er ikke stabil, med skiftehold i Fællesskabet sammensætning forekommer naturligt og ofte5. De immunceller, der interagerer med mikrobiota bosat i to forskellige anatomiske steder i tarmen – lamina propria og den intestinale epitel6. Mange typer af immunceller er til stede i tarmen, herunder lymfocytter (som T-celler, B-celler og medfødte lymfoide celler) samt myeloide celler (som omfatter dendritiske celler, monocytter og makrofager). Disse celler, også kendt som hæmatopoietisk celler, udføre et væld af funktioner, der bevarer den intestinale barriere og opretholde homeostase.

Ud over deres lovgivningsmæssige funktioner på intestinal websteder, kan immunceller af slimhinden endvidere foretage mikrobielle meddelelser til de ekstra intestinal steder at regulere systemisk immunitet7,8,9. Det er et område af voksende forskningsinteresse og fremhæver behovet for metoder til at identificere immunceller, der vandrer ud af tarmens væv for at sonde deres funktion. Protokollen rapporteret her udnytter et kommercielt tilgængelige musemodel, hvor en photoconvertible fluorescerende proteiner er udnyttet til etiketten celler. PhAMskåret ud mus udtrykke allestedsnærværende en grøn fluorescerende Dendra2 protein, der er uigenkaldeligt skiftede til rød fluorescens ved aktivering af ultraviolet (UV) lys10. Ved hjælp af en fiber optic kanyle til at levere 405 nm lys ind i tyktarmen af nyfødte mus, viser vi, at photoconverted hæmatopoietisk celler, som har oprindelse i eller passeres gennem tyktarmen kan findes i milten.

Protocol

Alle dyr procedurer blev udført med godkendelse af og i overensstemmelse med den institutionelle Animal Care og brug udvalg (IACUC) på Massachusetts General Hospital. Advarsel: Denne protokol indebærer brug af en laser af klasse 3b (LG3). LG3 laser beskyttelsesbriller skal altid bruges, når de opererer denne laser. Passende uddannelse og sikkerhed retningslinjer skal følges for at undgå risikoen for skader. 1. design og montering af Laser Tilslut lys…

Representative Results

En fiber-optisk kabel blev brugt til at levere 405 nm lys i kolon af 2 – døgn gammel PhAMskåret ud mus. I tidligere forsøg, en 30 s eksponering var fast besluttet på at give en maksimal photoconversion af kolon celler med minimal cytotoksicitet (fig. 1A). Derfor gennemførte sekventielle 30 s engagementer i forskellige segmenter af tyktarmen, som beskrevet i protokollen. Efter laser eksponering, musene blev straks aflives, og p…

Discussion

Identifikation og karakterisering af celler, der interagerer med og er påvirket af mikrobiota i tyktarmen er vigtige og bør lette forståelsen af hvordan oplysninger fra den slimhinde mikromiljø videresendes til resten af kroppen. En metode til at studere gut-relateret celle migration kræver isolering af gut-associerede celler efterfulgt af en adoptiv overførsel til recipient mus til at bestemme deres væv-homing mønstre og fungere12,13. Denne tilgang er be…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Flemming Ørholt Jain blev støttet af en NIH/NIAID karriere overgang pris 1K22AI116661-01.

Materials

Laser
Light Emitting Diode (LED) THORLABS M405FP1 CAUTION: this is a Class 3b laser. Safety goggles must be worn when using the laser. It emits a 405 nm wavelength with a current of 1400 mA. It is fiber-coupled. It accepts SMA connector. https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=M405FP1
LED driver THORLABS LEDD1B Drives a constant current of 1200 mA through the laser. https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=2616
Optogenetics patch cable THORLABS M87L01 1 m long cable with an SMA connector. https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=11405&pn=M87L01#11454
Fiber optic cannula Doric lenses  MFC_480/500-0.5_5mm_ZF1.25_C45 5 mm long cannula with an outer diameter of 500 µm and an inner diameter of 480 µm. The NA value is 0.5. The ferrule is zirconia, 1.25 mm OD. https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=6036
Power supply THORLABS KPS101 Supplies 15 V with a current of 2.4 A https://www.thorlabs.com/search/thorsearch.cfm?search=KPS101
LG3 laser safety goggles  THORLABS LG3 Orange lenses with 47% visible light transmission https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=762&pn=LG3#2523
Red light  Electron Microscopy Sciences 74327-10 15 W lamp https://us.vwr.com/store/product/12360027/paterson-safelight-electron-microscopy-sciences
Intestinal cell isolation
Isoflurane Patterson Veterinary 07-893-1389 CAUTION: inhalation of this anesthetic may cause dizziness, drowsiness, or even unconsciousness. This anesthetic should be used in a Class II hood.  https://www.pattersonvet.com/Supplies/ProductFamilyDetails/PIF_762328?carouselPageNumber=3
1X HBSS Gibco 14025076 Ca/Mg free https://www.fishersci.com/shop/products/gibco-hbss-calcium-magnesium-no-phenol-red-4/14025076?searchHijack=true&searchTerm=14025076&searchType=RAPID&matchedCatNo=14025076
Calf Serum Hyclone AZM 197696
EDTA Invitrogen 15575020 0.5 M concentration https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/15575020?SID=srch-srp-15575020
DTT Sigma 10197777001 CAUTION: harmful if swallowed and causes skin irritation. 1 M concentration https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/roche/dttro?lang=en&region=US
HEPES Gibco 15630080 1 M concentration https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/15630080?SID=srch-hj-15630080
Petri dish Corning 353004 https://www.fishersci.com/shop/products/falcon-easy-grip-tissue-culture-dishes-2/08772f?searchHijack=true&searchTerm=08772F&searchType=RAPID&matchedCatNo=08772F
70 micron cell strainer Falcon 352350 https://www.fishersci.com/shop/products/falcon-cell-strainers-4/087712
Micro magnetic stir bar Fisherbrand 1451364 Rinse in 70% ethanol after each use. Rinse several times in distilled water prior to each use. The bar is 8 mm long with an octagonal shape. https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-octagonal-magnetic-stir-bars-12/1451364#?keyword=1451364
Magnetic stir plate Corning Laboratory Stirrers 440826 https://www.coleparmer.com/i/corning-440826-nine-position-stirrer-120-vac-60-hz/8430420?PubID=UX&persist=true&ip=no&gclid=CjwKCAiAqbvTBRAPEiwANEkyCLPLrWABXmOUI0QE53NLV0Owxlcs2V1K6rWbRPOwlcVVDq000FBiQxoCqQAQAvD_BwE
Collagenase Roche 5401020001 https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/roche/05401020001?lang=en&region=US&gclid=CjwKCAiAjuPRBRBxEiwAeQ2QPhE44qlvxjmo1PYu3zCas3w-_d6P9gKjXW82-c1EOm6NjPHCc5WuixoC_0IQAvD_BwE
DNase I Sigma 10104159001 https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/roche/10104159001?lang=en&region=US
1X PBS Gibco 20012-027 https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/20012027?SID=srch-hj-20012-027
Pipet aid Thermo Scientific 14387165 https://www.fishersci.com/shop/products/s1-pipette-fillers/14387165#?keyword=14387165
10 mL serological pipet Falcon 357530 https://www.fishersci.com/shop/products/falcon-serological-pipets-bulk-pack-5/p-163659
25 mL serological pipet Falcon 357515 https://www.fishersci.com/shop/products/falcon-serological-pipets-bulk-pack-5/p-163659
15 mL conical centrifuge tube Thermo Scientific 339651 https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/339650
50 mL conical centrifuge tube Thermo Scientific 339653 https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/339650
Single cell suspension
Eppendorf tubes Seal-Rite 1615-5500 Holds 1.5 mL. https://www.usascientific.com/Seal-Rite-1.5-ml-tube.aspx
Tissue homogenizer  Kimble K7495400000 Requires 2 AA batteries. https://www.fishersci.com/shop/products/kontes-pellet-pestle-cordless-motor-cordless-motor/k7495400000
Homogenizer tips  Kimble 7495210590 Plastic, 0.5 mL tips https://www.fishersci.com/shop/products/kimble-chase-kontes-pellet-pestle-14/k7495210590#?keyword=7495210590
ACK lysing buffer Gibco A10492-01 https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/A1049201?SID=srch-hj-A10492-01
40 micron cell strainer Falcon 08-771-1 https://www.fishersci.com/shop/products/falcon-cell-strainers-4/087711
Antibodies
BV786 anti-mouse CD45  BD 564225 Clone 3O-F11 https://www.bdbiosciences.com/us/reagents/research/antibodies-buffers/immunology-reagents/anti-mouse-antibodies/cell-surface-antigens/bv786-rat-anti-mouse-cd45-30-f11/p/564225
Live/Dead Invitrogen L34962 https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/L34962
Other
Razor blades VWR 55411-050 Use for decapitation. https://us.vwr.com/store/product/4548306/vwr-razor-blades

References

  1. Maynard, C. L., Elson, C. O., Hatton, R. D., Weaver, C. T. Reciprocal interactions of the intestinal microbiota and immune system. Nature. 489, 231-241 (2012).
  2. Paun, A., Yau, C., Danska, J. S. The Influence of the Microbiome on Type 1 Diabetes. Journal of Immunology. 198, 590-595 (2017).
  3. Mathis, D., Benoist, C. Microbiota and autoimmune disease: the hosted self. Cell Host Microbe. 10, 297-301 (2011).
  4. Kollmann, T. R., Kampmann, B., Mazmanian, S. K., Marchant, A., Levy, O. Protecting the Newborn and Young Infant from Infectious Diseases: Lessons from Immune Ontogeny. Immunity. 46, 350-363 (2017).
  5. Jain, N., Walker, W. A. Diet and host-microbial crosstalk in postnatal intestinal immune homeostasis. Nature Reviews in Gastroenterology and Hepatology. 12, 14-25 (2015).
  6. Mowat, A. M., Agace, W. W. Regional specialization within the intestinal immune system. Nature Reviews in Immunology. 14, 667-685 (2014).
  7. Macpherson, A. J., Uhr, T. Induction of protective IgA by intestinal dendritic cells carrying commensal bacteria. Science. 303, 1662-1665 (2004).
  8. Mowat, A. M. Anatomical basis of tolerance and immunity to intestinal antigens. Nature Reviews in Immunology. 3, 331-341 (2003).
  9. Diehl, G. E., et al. Microbiota restricts trafficking of bacteria to mesenteric lymph nodes by CX(3)CR1(hi) cells. Nature. 494 (3), 116-120 (2013).
  10. Pham, A. H., McCaffery, J. M., Chan, D. C. Mouse lines with photo-activatable mitochondria to study mitochondrial dynamics. Genesis. 50, 833-843 (2012).
  11. Conway, K. L., et al. ATG5 regulates plasma cell differentiation. Autophagy. 9, 528-537 (2013).
  12. Buzoni-Gatel, D., Lepage, A. C., Dimier-Poisson, I. H., Bout, D. T., Kasper, L. H. Adoptive transfer of gut intraepithelial lymphocytes protects against murine infection with Toxoplasma gondii. Journal of Immunology. 158, 5883-5889 (1997).
  13. Guo, X., Muite, K., Wroblewska, J., Fu, Y. X. Purification and Adoptive Transfer of Group 3 Gut Innate Lymphoid Cells. Methods in Molecular Biology. 1422, 189-196 (2016).
  14. Morton, A. M., et al. Endoscopic photoconversion reveals unexpectedly broad leukocyte trafficking to and from the gut. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111, 6696-6701 (2014).
check_url/57929?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Porter, C., Ennamorati, M., Jain, N. In Vivo Photolabeling of Cells in the Colon to Assess Migratory Potential of Hematopoietic Cells in Neonatal Mice. J. Vis. Exp. (138), e57929, doi:10.3791/57929 (2018).

View Video