Wir beschreiben Protokolle für die Herstellung einer Einzelzellsuspension von Thymusepithelzellen der Maus und die Färbung intrazellulärer Moleküle für die durchflusszytometrische Analyse.
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Methodenartikel
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Wir beschreiben Protokolle für die Herstellung einer Einzelzellsuspension von Thymusepithelzellen der Maus und die Färbung intrazellulärer Moleküle für die durchflusszytometrische Analyse.
Thymus-Epithelzellen (TECs) spielen eine wesentliche Rolle bei der Förderung der Entwicklung und Repertoireauswahl von T-Zellen. Kortikale TECs (cTECs) im thymusischen Kortex induzieren eine frühe T-Zell-Entwicklung und eine positive Selektion kortikaler Thymozyten. Im Gegensatz dazu ziehen medulläre TECs (mTECs) in der Thymusmedulla positiv selektierte Thymozyten aus der Hirnrinde an und etablieren die Selbsttoleranz in den T-Zellen. Eine Vielzahl von Molekülen, darunter DLL4 und beta5t, die in cTECs exprimiert werden, sowie Aire und CCL21, die in mTECs exprimiert werden, tragen zur Funktion des Thymus bei und unterstützen die Entwicklung und Selektion von T-Zellen. Die durchflusszytometrische Analyse funktionell relevanter Moleküle in cTECs und mTECs ist nützlich, um unser Verständnis der Biologie von TECs zu verbessern, auch wenn die derzeitigen Methoden zur Herstellung von Einzelzellsuspensionen von TECs nur einen kleinen Teil der TECs (ca. 1% für cTECs und ca. 10% für mTECs) aus dem Thymus junger erwachsener Mäuse gewinnen können. Da viele dieser funktionell relevanten Moleküle in TECs in den Zellen lokalisiert sind, beschreiben wir unsere Protokolle für die Herstellung der Einzelzellsuspension von Maus-TECs und die Färbung intrazellulärer Moleküle für die durchflusszytometrische Analyse.
Der Thymus ist ein epitheliales mesenchymales Organ, das die Entwicklung und Repertoireauswahl von T-Lymphozyten fördert. In den kortikalen und medullären Mikroumgebungen innerhalb des Thymus spielen Thymusepithelzellen (TECs) eine entscheidende Rolle bei der Steuerung der Entwicklung und Selektion von T-Zellen. Es ist allgemein anerkannt, dass kortikale TECs (cTECs) im thymusischen Kortex in erster Linie zur Induktion der frühen T-Zell-Zellentwicklung und zur positiven Selektion neu gebildeter T-Zell-Antigen-Rezeptor (TCR)-exprimierender Thymozyten beitragen. Im Gegensatz dazu sind medulläre TECs (mTECs) im Thymusmark essentiell für die Anziehung positiv selektierter Thymozyten aus dem Kortex und die Etablierung einer zentralen Selbsttoleranz durch die Eliminierung selbstreaktiver T-Zellen und durch die Erzeugung regulatorischer T-Zellen1,2. Diese Funktionen von TECs bei der Unterstützung der Entwicklung und Selektion von T-Zellen werden durch eine Vielzahl von Molekülen vermittelt, die in cTECs und mTECs exprimiert werden.
Dazu gehören der Delta-ähnliche Ligand 4 (DLL4), wichtig für die Spezifikation der T-Zell-Linie von lymphoiden Vorläufern)3,4, beta5t (auch bekannt als Psmb11, wichtig für die positive Selektion von CD8 T-Zellen)5,6 und Prss16 (auch bekannt als Thymus-spezifische Serinprotease oder TSSP, wichtig für die positive Selektion von CD4 T-Zellen)7,8 exprimiert in cTECs und Autoimmunregulator (Aire, wichtig für die promiskuitive Expression von Selbstgenen)9,10, Zinkfinger 2 der Fez-Familie (Fezf2, wichtig für die promiskuitive Expression von Aire-unabhängigen Selbstgenen und die Bildung von Thymusbüschelzellen)11,12,13,14und C-C-Motiv-Chemokin-Ligand 21 (CCL21, wichtig für die medulläre Migration und Akkumulation positiv ausgewählter Thymozyten)14,15,16, exprimiert in mTECs. Die Durchflusszytometrie bietet ein Mittel zum quantitativen Nachweis dieser funktionell signifikanten Moleküle in TECs und erleichtert die Beurteilung sowohl der Entwicklung als auch der Funktion von cTECs und mTECs. Da viele der Moleküle in TECs primär innerhalb der Zellen exprimiert werden, wie z.B. im Zytoplasma (z.B. Proteasomkomponente beta5t) und im Zellkern (z.B. Transkriptionsregulator Aire), ist es vorteilhaft, intrazelluläre Moleküle in cTECs und mTECs mittels Durchflusszytometrie quantitativ zu analysieren.
TECs sind im Thymus selten. Eine weibliche Maus im Alter von 5 Wochen hat etwa 1 × 106 cTECs und etwa 2,5 × 106 mTECs, während die Thymusrinde etwa 3 × 108 CD4+CD8+ Thymozyten und die Thymusmedulla etwa 5 × 107 CD4+CD8- und CD4-CD8+ Thymozyten enthält17. Daher handelt es sich bei jungen erwachsenen Mäusen bei der überwiegenden Mehrheit (>99%) der Zellen im Thymus um hämatopoetische Zellen, einschließlich Thymozyten, und nicht um TECs. Darüber hinaus sind TECs eng mit benachbarten Zellen (z. B. Thymozyten) und architektonischen extrazellulären Komponenten (z. B. Kollagen) innerhalb des Thymus verbunden, so dass die Freisetzung von TECs in die Zellsuspension eine Proteaseverdauung des Thymus erfordert. Herkömmliche Methoden zum enzymatischen Aufschluss liefern nur einen kleinen Bruchteil der TECs; ca. 1 % (1 × 104) bzw. 10 % (2 × 105) für cTECs bzw. mTECs von 5 Wochen alten Maus thymus17,18,19. Die geringe Effizienz der TEC-Freisetzung aus dem Thymus ist wahrscheinlich auf die Anfälligkeit von TECs gegenüber proteolytischen Enzymen und mechanischem Stress sowie auf die enge Assoziation von TECs mit benachbarten Zellen zurückzuführen, insbesondere zwischen cTECs und CD4+CD8+-Thymozyten20. In dieser Hinsicht sind die Ergebnisse der Einzelzellanalyse von Maus-TECs, einschließlich der durchflusszytometrischen Analyse und der Einzelzell-RNA-Sequenzierungsanalyse, basierend auf den derzeitigen enzymatischen verdauungsvermittelten Zellpräparationsmethoden, nur für einen kleinen Teil der TECs repräsentativ und daher bei weitem nicht vollständig. Trotz dieser Einschränkungen bei der enzymatischen Gewinnung von TECs ist die durchflusszytometrische Analyse von Maus-TECs in Einzelzellsuspension immer noch nützlich für die quantitative Analyse funktionell relevanter Moleküle in cTECs und mTECs. In Zellsuspension wurden TECs als Zellen definiert, die positiv für das epitheliale Oberflächenmolekül EpCAM (CD326) und negativ für das hämatopoetische Oberflächenmolekül CD45 sind. In EpCAM+CD45-TECs wurden die Zelloberflächenexpressionsniveaus von Ly51-Molekülen (auch bekannt als BP-1 und CD249) und der Bindungskapazität von Ulex Europaeus Agglutinin I (UEA1) (hauptsächlich Bindung an Glykoproteine und Glykolipide, die α-verknüpfte Fukose enthalten) verwendet, um cTECs (Ly51hoch, UEA1niedrig) und mTECs (Ly51,niedrig, UEA1hoch) zu markieren). Hier beschreiben wir unsere experimentellen Protokolle für die konventionelle Herstellung von Einzelzellsuspensionen von Maus-TECs und die Färbung intrazellulärer Moleküle für die durchflusszytometrische Analyse, wobei der Schwerpunkt auf der quantitativen Analyse der intrazellulären Moleküle beta5t, CCL21 und Aire in frisch hergestellten Maus-TECs liegt.
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Alle Mausversuche wurden mit Genehmigung des Animal Care and Use Committee des National Cancer Institute durchgeführt (ASP21-431, ASP21-432 und EIB-076-3).
1. Herstellung der Thymuszellsuspension
HINWEIS: Die Ontogenese der Maus beeinflusst die Effizienz der enzymatischen Freisetzung von TECs aus dem Thymus. Im Folgenden werden drei Methoden je nach Alter der Maus beschrieben.
2. Antikörperfärbung von Thymuszellen
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Die Analyse erfordert einen Durchflusszytometer, der die Detektion von mindestens sechs Fluoreszenzkanälen ermöglicht (für CD45, EpCAM, Ly51, UEA1, Ghost Dye sowie beta5t, CCL21 und/oder Aire) sowie Vorwärts- und Seitenstreulichtparameter. Repräsentative Durchflusszytometrieprofile von mit Kollagenase/Dispase behandelten Thymuszellen von 0 Tage alten Mäusen und 2 Wochen alten Mäusen sind in Abbildung 1 bzw. Abbildung 2 dargestellt. In beiden Abbildungen zeigt da...
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Kollagenase, mit oder ohne Dispase, wird häufig zur Verdauung von Mausthymus zur Herstellung der TECs 4,5,9,18,21 verwendet. Liberase, das eine Mischung aus Proteasen einschließlich Kollagenase enthält, wird auch zur Verdauung des Thymus zur Herstellung von TECsverwendet 17,22. Die Verwendung von Kolla...
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Die Autoren haben keine Interessenkonflikte.
Wir danken Dr. Izumi Ohigashi für das Lesen des Manuskripts. Diese Arbeit wurde unterstützt durch das Intramurale Forschungsprogramm ZIA BC 011806 der National Institutes of Health, des National Cancer Institute und des Center for Cancer Research.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Kollagenase/Dispase | Roche | 11097113001 | |
| Liberase TM | Roche | 5401127001 | |
| Foxp3 / Transkriptionsfaktor-Färbepuffer-Set | eBioscience | 00-5523-00 | |
| Ghost Dye Violet 510 | Tonbo | 13-0870-T500 | |
| BV421 monoklonaler Anti-Maus-Antikörper gegen Maus, Klon 30-F11 | BD Horizon | 563890 | |
| Alexa Fluor 647 Anti-Maus Ly51 monoklonaler Antikörper, Klon 6C3 | BioLegend | 108312 | |
| PE/Cy7 Anti-Maus EpCAM/CD326 monoklonaler Antikörper, Klon G8.8 | BioLegend | 118216 | |
| DyLight 594 Ulex Europaeus Agglutinin I (UEA1) | Vector Laboratories | DL-1067-1 | |
| Alexa Fluor 488 monoklonaler Antikörper gegen Maus Aire, Klon 5H12 | eBioscience | 53-5934-82 | |
| Anti-Maus Psmb11/beta5t monoklonaler Kaninchen-Antikörper, Klon CPTC-PSMB11 (Maus)-1 | NIH NCI | CPTC-PSMB11 (Maus)-1 | https://proteomics.cancer.gov/antibody-portal |
| Anti-Maus CCL21/Exodus 2 Kaninchen polyklonaler Antikörper | Bio-Rad | AAM27 | |
| Alexa Fluor 555 Anti-Kaninchen-IgG-Antikörper mit hoher kette Ziege rekombinanter Antikörper | Invitrogen | A27039 | |
| Anti-Maus CD32/CD16 – Aufgereinigt (Fc-Block-Antikörper) | Leinco Technologies | C247 | |
| Nylon Mesh 60 Mikron | Komponentenversorgung | W31436 | |
| Ausrüstung | |||
| Thermomixer | Eppendorf | Heizblock | |
| Cellometer Auto 2000 Zellviabilitätszähler | Nexcelom | Viabilitätszähler | |
| LSRFortessa Zellanalysator | BD Biosciences | Durchflusszytometer | Fünf Laser (355, 408, 488, 595 und 637 nm) |
| FACSDiva Softwareversion 9.0.1 | BD Biosciences | Durchflusszytometrische Analyse | |
| FlowJo 10.9.0 | BD Biosciences | Durchflusszytometrische Datenanalyse | |
| Antikörperverdünnungsrate (Arbeitskonzentration) | Verdünnungspuffer | ||
| Anti-Maus CD32/CD16 – Aufgereinigt (Fc-Block-Antikörper) | 1:40 | FACS-Puffer | |
| BV421 monoklonaler Anti-Maus-Antikörper CD45 | :25 | FACS-Puffer | |
| PE/Cy7 Anti-Maus EpCAM/CD326 monoklonaler Antikörper | 1:100 | FACS-Puffer | |
| Alexa Fluor 647 Anti-Maus Ly51 monoklonaler Antikörper | 1:100 | FACS-Puffer | |
| DyLight 594 Ulex Europaeus Agglutinin I (UEA1) | 1:400 | FACS-Puffer | |
| Anti-Maus CCL21/exodus 2 Kaninchen polyklonaler Antikörper | 1:200 | 1x Permeabilisierungspuffer | |
| Anti-Maus Psmb11/beta5t Kaninchen monoklonaler Antikörper, Klon CPTC-PSMB11(Maus)-1 | 1:1000 | 1x Permeabilisierungspuffer | |
| Alexa Fluor 555 Anti-Kaninchen IgG schwerkettiger rekombinanter Antikörper 1 | :400 | 1x Permeabilisierungspuffer | |
| Verwendungszweck | |||
| RPMI1640 mit 10 mM HEPES | Für die Zellvorbereitung | ||
| RPMI1640 mit einem Gehalt von 2 % FBS | Für die Zellvorbereitung | ||
| FACS Puffer (1x HBSS mit 1 % BSA und 0,1% Natriumazid) | Zur Zellvorbereitung und Antikörperfärbung | ||
| 1 mg/ml Kollagenase/Dispase und 1U/ml DNase-Lösung in RPMI1640 mit 2% FBS Für | den Enzymaufschluss | ||
| 2% PFA in PBS | Zur Zellfixierung | ||
| Fixierungs-/Permeabilisierungspuffer (1 Teil Fixierungs-/Permeabilisierungskonzentrat mit 3 Teilen Fixierungs-/Permeabilisierungsverdünnungsmittel) | Zur Zellfixierung | ||
| 1x Permeabilisierungspuffer (1 Teil 10X Konzentrat mit 9 Teilen destilliertem Wasser) | Für die Färbung interzellulärer Antikörper |
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