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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Es besteht ein allgemeiner Mangel an Wissen darüber, wie Impfstoffe wirken. Hier schlagen wir die kombinierte Verwendung von reverser Genetik und chimären Knochenmarkmäusen vor, um Einblicke in die frühen Immunantworten des Wirts auf Impfstoffe zu erhalten, mit besonderem Fokus auf dendritische Zellen und T-Zell-Immunität.
Impfstoffe sind eine der größten Errungenschaften der Menschheit und haben im letzten Jahrhundert Millionen von Leben gerettet. Paradoxerweise ist wenig über die physiologischen Mechanismen bekannt, die Immunreaktionen auf Impfstoffe vermitteln, möglicherweise aufgrund des Gesamterfolgs der Impfung, der das Interesse an den molekularen und physiologischen Mechanismen der Impfstoffimmunität verringert hat. Mehrere wichtige Krankheitserreger des Menschen, darunter das Influenzavirus, stellen jedoch nach wie vor eine Herausforderung für die Impfung dar und könnten von immunbasierten Strategien profitieren.
Obwohl die Influenza-Reverse-Genetik erfolgreich zur Erzeugung von abgeschwächten Lebend-Influenza-Impfstoffen (LAIVs) angewendet wurde, wurde die Zugabe von molekularen Werkzeugen in Impfstoffpräparaten wie Tracer-Komponenten zur Nachverfolgung der Kinetik der Impfung in vivo nicht berücksichtigt. Darüber hinaus hat die jüngste Generation von Mausmodellen, die eine spezifische Depletion von Leukozyten während kinetischer Studien ermöglichen, ein Zeitfenster eröffnet, um die grundlegenden Immunmechanismen zu verstehen, die dem durch den Impfstoff ausgelösten Schutz zugrunde liegen. Hier beschreiben wir, wie die Kombination von reverser Genetik und chimären Mausmodellen dazu beitragen kann, neue Einblicke in die Wirkungsweise von Impfstoffen auf physiologischer und molekularer Ebene zu gewinnen, am Beispiel eines rekombinanten, kälteadaptierten, abgeschwächten Influenzaimpfstoffs (LAIV). Wir verwendeten laborgenerierte LAIVs, die sowohl Zelltracer als auch kompetitive Knochenmarkchimären (BMCs) beherbergen, um die frühe Kinetik der Impfstoffimmunität und die wichtigsten physiologischen Mechanismen zu bestimmen, die für die Initiierung der impfstoffspezifischen adaptiven Immunität verantwortlich sind. Darüber hinaus zeigen wir, wie diese Technik Genfunktionsstudien an einzelnen Tieren während der Immunantwort auf Impfstoffe erleichtern kann. Wir schlagen vor, dass diese Technik angewendet werden kann, um aktuelle prophylaktische Strategien gegen Krankheitserreger zu verbessern, für die dringende medizinische Gegenmaßnahmen erforderlich sind, z. B. Influenza-, HIV-, Plasmodium- und hämorrhagische Fieberviren wie das Ebola-Virus.
Die Erzeugung von immunologischen Gedächtnisses in Abwesenheit der Krankheit ist die physiologische Grundlage für die effektive Impfung 1. In jüngster Zeit Systeme biologischer Ansätze haben gezeigt, dass eine erfolgreiche Impfstoffe wie die Gelbfiebervakzin, induzieren eine starke Induktion der angeborenen Immunantwort und Aktivierung verschiedener Untergruppen von dendritischen Zellen (DCs), die wiederum führen zur Aktivierung der antigen multilineärer spezifische T-Zellen 2,3. Da DCs sind die einzigen Immunzellpopulation mit der Fähigkeit, Antigen-spezifische T-Zellen naive 4 zu aktivieren, ist die Untersuchung von deren Funktion bei der Impfung kritisch für die Immunantwort auf Impfstoffe zu verstehen und zukünftige Strategien gegen herausfordernde Pathogene zu entwickeln.
Ein System, Rückverfolgung von verschiedenen DCs Teilmengen während der Immunantwort auf Impfstoffe wären wünschenswert, um eine genaue Kinetik der DC Migration auf lymphatischen Gewebe zu schaffen, und es daher,Einblick in die physiologischen Mechanismen für die Einleitung der Impfstoff-spezifischen adaptiven Immunität verantwortlich. Reverse Genetik basierte Ansätze bieten die Möglichkeit, modifizierte erzeugen attenuierten Impfstoffen, die experimentell mit diesem Zweck verwendet werden können. Seit ihrer Umsetzung am Influenza-Forschung hat Plasmid-basierte reversen Genetik weit verbreitet eingesetzt worden, um rekombinante Influenza-Stämme einschließlich LAIVs generieren. Standardprotokolle zur Rettung rekombinanten Influenza-Viren erfordern Mehr Transfektion von hoch transfektierbare Zelllinien mit AmbiSense Plasmide (Herstellung von positiven und negativen Sinn RNA), welche die acht Influenzavirus-Segmente sowie Verstärkung in eine permissive System wie Madin-Darby canine kidney ( MDCK-Zellen) und / oder Huhn embryonierten Eiern 5. Die Anwendung der reversen Genetik, molekulare Werkzeuge, um die Immunmechanismen der Impfung zu untersuchen erzeugen bleibt unerforscht.
Die Erzeugungneuer Mausmodelle ermöglicht spezifische Depletion von Immunzellpopulationen, einschließlich DCs hat neue Möglichkeiten eröffnet, um die grundlegenden Immunmechanismen durch Impfung hervorgerufen Schutz zugrunde zu verstehen. Der Vergleich zwischen DC Teilfunktionen in Mäusen und Menschen haben gezeigt, dass, in einem großen Ausmaß, Maus und Mensch DCs sind funktionell homolog 6,7 diese Ergebnisse stark darauf hin, dass die Entwicklung eines Maus-Modelle erlauben spezifische Depletion der DC in dem stationären Zustand und bei entzündlichen Erkrankungen, kann dazu dienen, die Physiologie der DC Reaktionen in Menschen zu verstehen. In den letzten Jahren eine Reihe von Mausmodelle erzeugt worden Durchführung Transgene Simian Diphtherietoxin (DT) Rezeptor (DTR) unter der Kontrolle der Promotorregion eines Gens von Interesse exprimieren 8,9. Seit Mausgeweben nicht natürlich auszudrücken DTR, diese Modelle zu ermöglichen bedingte Erschöpfung der Zell-Untergruppen trägt die gezielte Gen von Interesse auf der Maus Inokulation mit DT. Damit unsere ability, spezifische DCs und anderen Leukozyten in vivo bei physiologischen Prozessen führen, wurde stark von der Entwicklung der DTR-basierten ro verbessert. Während jedoch diese transgenen Mausmodelle sind sehr häufig benutzt worden, um die Ontogenese des Immunsystems zu verstehen, deren Anwendung auf die Entwicklung von Impfstoffen wurde kaum getestet. Hier wird durch die Kombination von Influenza reversen Genetik und DTR-basierten Wettbewerbsknochenmarkchimären, schlagen wir eine Methode, um die Kinetik der Impfstoff die Immunität als auch einzelne Gen-Funktion während der Immunantwort auf Impfstoffe in vivo zu untersuchen. Die Anwendung dieser Technologie für die präklinische Evaluierung neuer Impfstoffe gegen Infektionskrankheiten anspruchs könnte helfen, Impfstoffentwicklung zu rationalisieren und Impfstoffkandidaten in vivo zu testen.
Tierversuche wurden nach anerkannten Protokollen und nach den Richtlinien des Deutschen Tierschutzgesetz durchgeführt. Alle Mitarbeiter Durchführung von Tierversuchen geführt Trainingsprogramme nach Kategorie B oder C der Federation of European Laboratory Animal Science Associations.
1. Erzeugung rekombinanter lebenden attenuierten Influenza-Impfstoffe durch reverse Genetik
HINWEIS: Die ausführliche Protokoll für die Erzeugung von rekombinanten Grippeviren durch reverse Genetik wurde von früheren Studien 5 beschrieben worden ist und aus dem Rahmen dieses Berichts. Kurz gesagt, Rettung der kälteangepassten Influenza-Impfstoffe (CAV) in einem biologischen Sicherheitsschrank der Klasse II unter Biosicherheitsstufe 2 (BSL2) Containment durchgeführt und beinhaltet Schritte unten detailliert beschrieben. Die Transfektion und Infektion Protokoll folgt, daß der Martinez-Sobrido et al. 5.
2. Tracking-Impfstoff-spezifische Immunität
3. chimären Mäusen auf Gene-spezifischen Impfstoff Antworten Dissect
HINWEIS: Die Erzeugung von Wettbewerbsknochenmarkchimären mit DTR-basierte Mausmodelle ermöglicht die Unterscheidung von zellspezifischen Funktionen während der Immunantwort auf Impfstoffe. Hier zeigen wir eine weitere Strategie, mit der Kombination von DTR-exprimierenden Spender cEllen mit Zellen von Knockout-Mäusen erlaubt die Gen-spezifischen Funktionen bei der Immunität in spezifische Zellkompartimente zu studieren. Im Beispiel erzeugen wir Mäuse mit spezifischen Deletion von Toll-like Rezeptor 3 (TLR3) in Langerin + CD103 + DCs.
Erzeugung rekombinanter abgeschwächter Lebendinfluenzaimpfstoffe können durch Transfektion von Plasmiden, die die acht Segmente der Influenza-Virus unter der Kontrolle des bidirektionalen Promotoren 5 kodierende Gene erreicht werden. Ein kälteangepassten Influenza-Impfstoff enthält üblicherweise sechs Segmenten eines kälteangepassten Stamm sowie die HA und NA von Influenza-Stamm der Wahl (zB H1N1) (1A). Das Prinzip der Kälteadaptierung an virus beschränkt Replikation bei 33 ° C, die Temperatur der oberen Atemwege (URT) bei Mäusen und Menschen 14 basierend. Daher kann der Impfstoff in einem gewissen Ausmaß in der URT vervielfältigen, können Pneumonie unteren Atemwege verursachen. Verwendung Fusions-PCR-Technik, einer konservierten Region in den Stamm der viralen Neuraminidase (NA) wurde für eine nachvollziehbare OVA-Peptid (SIINFEKL) (1B) substituiert ist.
Um Impfstoff-spezifische Reaktionen in kinetische Studien verfolgen wir ausgenutzt nachvollziehbar Peptide aus der Impfstoff-Formulierung als auch chimären Maus-Modellen abgeleitet. Zwischen Tag 3 und 6 nach der Impfung, SIINFEKL tragenden CD103 + DCs können in der Lunge lenz Lymphknoten nachgewiesen werden Knoten 12 (2A). Multiparametrische Durchflusszytometrie ermöglicht die Quantifizierung der Impfstoff stammenden Antigen-Präsentation in Echtzeit. Zusätzlich Infusion von SIINFEKL-spezifischen T-Zellen ermöglicht die Quantifizierung von Impfstoff-spezifischen CD8-T-Zellantworten (2B).
Gen-spezifische Funktionen während der Impfung beurteilen wir entwickelten eine Maus-Modell kombiniert DTR-Technologie und wettbewerbsfähigen Knochenmarkchimären (3A). Durch diese Vorgehensweise wurde Verlust der Genfunktion auf spezifische Zellkompartimente im Verlauf der Immunantwort auf die Impfung (3B, C) ausgerichtet.
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Abbildung 1: Entwicklung der rückführbar LAIVs. (A) Influenza-Segmente in AmbiSense Plasmide kloniert (PDZ-Backbone durch Martinez-Sobrido et al. 5 beschrieben) wurden in 293T-Zellen unter Verwendung von Lipofectamin 2000 24 Stunden nach der Transfektion transfiziert, Überstände von 293T-Zellen erhalten wurden in Gegenwart von 1% TPCK Trypsin zu beschichten Influenza-permissiven Madin-Darby-Hundenierenzellen (MDCK) verwendet. Alle Protokoll wurde bei 33 ° C durchgeführt. Virale Überstände von MDCK-Zellen wurden dann in 9 Tage alten embryonierten Hühnereiern für drei Tage bei 33 ° C beimpft. Virale Rettungs wurde durch PCR-basierende virale Genom-Amplifikation und Sequenzierung bestätigt. (B) Um die OVA stammenden Peptid SIINFEKL in die Influenza-Neuraminidase (NA), einer konservierten Region (Reste 65 bis 72) des NA-Gens von A / Puerto einfügen Rico / 8/34 (H1N1) Virus wurde für kurze cDNA das SIINFEKL-Peptid durch Fusion kodiert substituiertePCR. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 2. Vaccine Verfolgungstechniken. (A) wandernden DCs wurden in den Lymphknoten (MLNs) als CD11c med MHC-Klasse-II hallo Zellen gated. In dem Beispiel wurden die Antigen-tragenden wandernden CD103 + DCs als CD103 + H-2 b -SIINFEKL + Zellen durch Durchflußzytometrie ermittelt. (B) OT-I-spezifischen T-Zellen wurden am Tag der Impfung, um Mäuse infundiert. Vier Tage später wurden die Zellen aus den Lymphknoten von geimpften Mäusen gesammelt und für die Proliferation Profil beurteilt. CFSE Verdünnung auf die FL-1-Kanal wurde als Indikator für die Zellteilung genutzt. CAV: Kalt angepasst Impfstoff; CAV SIINFEKL . Kälte-angepasst Impfstoff OVA stamm SIINFEKL Peptid exprimieren Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 3. Gene-Funktion Studien. (A) Schematische Darstellung der Knochenmarkchimären (BMC) und Impfstrategien. (-2 Und +2 beziehen sich auf die Verabreichung von DT zwei Tage vor oder nach der Impfung). (B) Die Zugabe von DT in chimären Mäusen, Langerin-DTR ermöglicht spezifische Depletion von Migrations Langerin + DCs Koexpression CD103 in der Lunge. (C) Vergleichs Analyse der Impfstoff-spezifischen T-Zellen in chimären Mäusen. Nachweis von NP 366-374 -spezifische CD8 T-Zellen wurde über kommerzielle dextramer Färbung getan.803fig3large.jpg "target =" _ blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Es besteht ein allgemeiner Mangel an Wissen darüber, wie Impfstoffe wirken. Hier schlagen wir die kombinierte Verwendung von reverser Genetik und chimären Knochenmarkmäusen vor, um Einblicke in die frühen Immunantworten des Wirts auf Impfstoffe zu erhalten, mit besonderem Fokus auf dendritische Zellen und T-Zell-Immunität.
Wir danken Sergio Gómez-Medina für die hervorragende technische Unterstützung bei Mausexperimenten. Diese Arbeit wurde aus Mitteln der Leibniz-Gemeinschaft und des Leibniz-Zentrums für Infektionen unterstützt. A.L. ist Stipendiatin eines Pre-Doctoral Fellowships der Leibniz Graduate School.
| Dulbecco&akut; s Modified Eagle Medium (DMEM 1x) | Gibco RL-Life Technologies | 41965-039 | |
| OptiMEM | Gibco RL-Life Technologies | 31985-047 | |
| Lipofectamine 2000 | Invitrogen-Life Technologies | 11668-027 | |
| Penicillin-Streptomycin (10.000 U/ml) | PAA | p11-010 | |
| Rinderserumalbumin | Sigma-Aldrich | A2153 | |
| Embryonierte Eizellen | Valo biomedia Gmbh | ||
| PBS (1x) | Sigma-Aldrich | D8537 | |
| 70 μ M Nylon Filter | Greiner-Biorad | 542-070 | |
| Lysing Puffer für rote Blutkörperchen (RBCL) 10x | BD Bioscience | 555899 | |
| CD16/CD32 Maus BD Fc Block (2.4G2) | BD Pharmigen | 553142 | |
| APC-Anti-Maus SIINFEKL-H2kb (25 D1.16) | Biolegend | 141605 | |
| PE-Anti-Maus CD11c (HLA3) | BD Biosciences | 553802 | |
| eFluor 450-Anti-Maus MHCII (Md/114.15.2) | eBioscience | 48-5321-82 | |
| PE-Cy7-Anti-Maus CD11b (M1/70) | Biolegend | 101216 | |
| PerCp/Cy5.5-Anti-Maus CD103 (2E7) | Biolegend | 121416 | |
| PE-Anti-Maus CD45.1 (A20) | eBioscience | 12-0453-82 | |
| V500-Anti-Maus CD45.2 (1O4) | BD Bioscience | 562130 | |
| PerCp-eFluor710 -Anti-Maus CD8a (53-6.7) | eBioscience | 46-0081-80 | |
| APC-Cy7-Anti-Maus CD3ε (145-2611) | Biolegend | 100325 | |
| eFluor450-Anti-Maus CD4 (GK 1,5) | eBioscience | 48-0041-80 | |
| CFSE-Proliferationsfarbstoff | eBioscience | 65-0850-85 | |
| Baytril 2,5% | Bayer | 65-0850-85 | |
| Dymethil-Sulfoxid (DMSO) | Sigma-Aldrich | D2650 | |
| Ovalbumin | Molekulare Sonden | O23020 | |
| Diphterientoxin (DT) | Sigma-Aldrich | D0564 | |
| Trypsin-TPCK | Sigma-Aldrich | T1426 | |
| BD FACsCanto II Durchflusszytometer | BD Biosciences | ||
| FlowJo Zellanalysesoftware 9.5 | Flowjo inc. | ||
| Trypanblauer Fleck (0,4 %) | Life technologies | T10282 | |
| Gräfin Automatischer Zellzähler | Invitrogen-Life Technologies | C10227 |