単球とマクロファージは、健康と病気に不可欠な非常に可塑的で再プログラム可能な免疫細胞です。彼らは、特定の分化プログラムと表現型を採用することにより、幅広い刺激を感知し、反応します。私たちは、マクロファージの分極とリプログラミングを研究するためのin-vitroモデルを標準化し、研究に貴重なツールを提供しています。
方法論記事
単球とマクロファージは、健康と病気に不可欠な非常に可塑的で再プログラム可能な免疫細胞です。彼らは、特定の分化プログラムと表現型を採用することにより、幅広い刺激を感知し、反応します。私たちは、マクロファージの分極とリプログラミングを研究するためのin-vitroモデルを標準化し、研究に貴重なツールを提供しています。
単球マクロファージ系統の細胞は多機能で、ほとんどすべての体組織に見られます。これらは、自然免疫と適応免疫の開始段階と解消段階を調整し、防御免疫と免疫介在性の病的損傷に大きな影響を与えます。組織に常在するマクロファージは、恒常性を定常性を維持するための主要なプレーヤーですが、損傷や炎症性障害の後、大量の単球が末梢血から組織に動員されます。単球由来マクロファージ(M-DM)は、多くの動的サブタイプに分化することができ、その表現型と機能は局所組織環境に依存します。
M-DMの分化と分極中の異なる刺激または環境条件を比較するために、ヒト非分極M-DM M0と一部の枢機卿サイトカイン分極マクロファージ、IFNγ/LPS由来のM1、IL-4由来のM2a、IL-10またはデキサメタゾン由来のM2cのin-vitroモデルを標準化し、フローサイトメトリーとリアルタイムPCRによるM-DMのスキューリプログラミングを解析しました。CD64、CD206、CD163、CD14、MERTKは、フローサイトメトリーにより、非分極M0と分極M1、M2a、M2cを明確に区別できることを発見しました。さらに、IL-4由来M2aの古典的IFNγ/LPS由来M1-、IRF4-、CCL22-、およびTGM2特異的転写産物の特異的遺伝子としてIRF1およびCXCL10を、デキサメタゾン由来M2cのMERTK遺伝子として定義しました。要約すると、私たちの標準化されたM-DMプロトコルは、多様な刺激下でのヒトM-DMの分化と分極を分析するための基本的なin-vitroマップを提供する可能性があります。
マクロファージは、メチニコフによってその食作用能力によって最初に特定され、後生動物の生命の基本となる古代の細胞です。成体の哺乳類に遍在し、解剖学的および機能的に顕著な多様性を示します。マクロファージは、樹状細胞や単球と並んで、単核食作用システムの一部として、発生や恒常性から病原体に対する免疫応答まで、さまざまな生物学的プロセスで重要な役割を果たします1,2。常在するマクロファージは、組織の微小環境に特化したセンチネルとして機能し、組織の健康状態を監視し、生理学的変化や外部の脅威に対応します。その限られた可塑性は、組織の恒常性を維持するための進化的適応であると考えられています。対照的に、募集された単球はより柔軟性があり、炎症中に多様なマクロファージ表現型に分化することができます。この炎症と組織ニッチの二重の影響が、マクロファージの機能的多様性を形作ります3.したがって、局所組織環境に応じて、単球由来マクロファージ(M-DM)は多くのサブタイプに分化することができます。局所代謝物、成長因子、サイトカイン、および細胞間相互作用4,5,6は、それらの表現型と機能を概説しています。さらに、マクロファージは、炎症を抑制し、再血管新生と組織修復を促進する因子の主要な生産者です7,8.
少なくとも3つの主要なアームが分極を制御していることを考えると(外因性、内因性、および組織環境条件)、マクロファージの分極は多次元と見なすべきです2。マクロファージの分化と分極を説明する際の主な障害と落とし穴は、文献全体の実験条件が不均一であることと、in vitroおよびin vivo実験でマクロファージ用語を定義することに関するコンセンサスの欠如です9。それにもかかわらず、多様な実験シナリオに対して、実験基準の統一がある程度始まっています。
ヒトマクロファージフィールドをよりよく理解するためには、特定の機能だけでなく、リンク、分化、分極、表現型、再プログラミングのための標準化された明確に定義されたM-DMのin-vitroモデルが必要です。私たちの目標は、フローサイトメトリーとリアルタイムPCRによるM-DMのスキューリプログラミングを研究するために、ヒト非分極M-DM M0およびサイトカイン分極マクロファージの標準化されたin-vitroモデルを設定することでした。マクロファージの分極は、その高い可塑性と環境からの複数のシグナルを統合する能力のために動的なプロセスですが、ここでは、非分極化されたM-DM(M0)といくつかのin-vitro分極状態を、IFNγおよびLPSによって誘導される古典的な炎症誘発性、一般にM1としても認識されるものとして特徴付けました。同様に、組織修復および調節性M2マクロファージは、IL-4で誘導された場合はM2a、デキサメタゾンまたはIL-10で刺激された場合はM2cと定義できます。これらの偏光状態は、時間と空間における広範なM-DM環境スペクトルのスナップショットを捉えますが、試験条件を配置する分析マップを設定するためのいくつかの基本点を提供します。
表面マーカーと転写プログラムが複雑かつ動的に組み合わされているにもかかわらず、in vitro M-DMを解析する際には、CD64、CD206、CD163、CD14、MERTKが非分極M0状態を、IFNγ/LPS誘導M1、IL-4誘導M2a、IL-10またはフローサイトメトリーによるデキサメタゾン誘導から分離できると設定しました。さらに、IRF1およびCXCL10遺伝子発現は、IFNγ/LPS誘導M1に特異的であると定義されました。IL-4由来M2aに対するIRF4、CCL22、およびTGM2特異的転写産物。デキサメタゾン由来のM2cのMERTK遺伝子は、異なる刺激で挑戦されたM-DMの歪んだリプログラミングを比較するための追加の基本ポイントを設定します。
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すべての健康なボランティア献血者は書面によるインフォームドコンセントを提供し、この研究はアルゼンチンの全米医学アカデミー(IMEX-CONICET-ANM)の制度倫理委員会によって承認されました。このプロトコルで使用されるすべての材料と試薬の詳細については、材料の表を参照してください。
1. 末梢血単核細胞(PBMC)の単離
注:PBMCは、クエン酸ナトリウム3.8%で40mLの抗凝固末梢血から分離され、Ficoll-Hypaque密度勾配(1077)遠心分離を使用して分離されます。このプロトコルは、BSL2バイオセーフティキャビネット内の無菌条件下で行われます。
2. 磁気ビーズを用いたCD14+単球選別
注:健康なドナーのPBMCに見られるCD14単球の量は、年齢と性別によって異なります。可能な場合は、セルカウンターを使用して各サンプル中の単球の割合を取得し、必要なCD14単球を選別するために必要なPBMCの数を計算します。セルカウンターが利用できない場合、PBMCサンプルあたりの単球の10%は、幅広いアプローチと見なすことができます4,6,7,10,11,12,13.
CD14+単球は、ヒトCD14ポジティブセレクションキット5を使用して単離されます。100μLの反応中に1〜2×107 PBMCを使用して単離プロトコルを標準化しました。この比率は、より大きな数値に使用します。推奨される最小反応量は、細胞数が1 × 107 PBMCよりも低い場合でも、100 μLです。
3. 単球由来マクロファージ(M-DM)の分化と分極
注:M-DM培養は、500μLのRPMI-10%FBS-1% P/Sを含む48ウェルプレートに2.5×105 CD14+単球をプレーティングし、37°Cの加湿インキュベーターでCO2(5%)を7日間培養することによって行われます。プレートへの単球接着を強化するために、処理されたプレートを選択します。
4. フローサイトメトリーによる偏光M-DMの表面表現型評価
5. qPCRによるM-DM分極判別のための遺伝子プログラムプロファイル
注:培養の7日目に、高品質の全RNAを単離するためのRNA抽出試薬を使用して、2.5 ×10 5 M-DMを回収できます。RNA単離は、カラムベースのRNA抽出や溶出キットなどの代替方法を使用して行うこともできます。
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数年にわたるマクロファージの特性評価の研究に基づいて、in-vitro M-DMのさまざまなサブセットを明確に区別するマーカーの正確な組み合わせを設定しました。表現型マーカーは、文献と以前に実施した広範な先行スクリーニングに基づいて選択されました9,14,15,16,17。さらに、CD64、CD206、CD163、CD14、およびMERTKは、フローサイトメトリーにより、非分極M-DM(M0)、分極IFNγ/LPS誘導M1、IL-4誘導M2a、およびIL-10またはデキサメタゾン誘導M2cを明確に区別するのに役立つことを決定しました4,5,
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マクロファージの分化、活性化、分極は、免疫学、組織恒常性、疾患の病因、炎症の解消において中心的な焦点となっています。さらに、組織マクロファージが恒常性が破壊された条件下で循環する単球に由来する可能性があるという新たな状況は、定義された表現型、転写プログラム、および活性化経路を特徴とする正確な M-DM モデルの必要性を強調しています。
このプロトコルの実装を成功させるには、このプロトコルのいくつかの重要なステップについてここで説明する必要があります。まず、一次M-DM培養が確立される血液サンプルは、年齢、性別、遺伝的背景、または環境変数に関して不均一である可能性があり、一部の生物学的応答にかなりのばらつきが生じる可能性があることに注意する必要があります。したがって、同じドナーからの基礎生物学的および実験的コントロールを持つことが重要です。対応のある分析をお勧めします。それにもかかわらず、応答スペクトルが生物学的重要性をよりよく反映しているため、高い変動も利点と見なすことができます。単一細胞懸濁液は、選別する前に70%以上の生存細胞集団を持っている必要があります。同様に、CD14単球...
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著者には開示すべき利益相反はありません。
この研究は、国立科学技術振興庁(ANPCyT-FONCYT)の支援を受けて、PICT 2018-3070および2021-I-A-00807からE.A.C.S.への助成金、PICT 2021-I-A-00716からAEEへの助成金、およびNational Scientific and Technical Research Council(CONICET)による助成金PIP 2022-0763を通じて、ブエノスアイレス大学によるProyectos de Investigación y Desarrollo en Áreas Estratégicas con Impacto Social(PIDAE)2022を通じて支援されました。A.E.E. E.A.C.S. と A.E.E. は CONICET のキャリア調査員です。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| Alexa Fluor 488 マウス アンチヒューマン CD206 抗体クローン 15-2 | BioLegend, San Diego, CA, USA. | Cat#321113;RRID:AB_571874 | |
| APCマウス抗ヒトCD64抗体クローン10.1 | BioLegend、サンディエゴ、カリフォルニア州、米国。 | 猫#305013;RRID:AB_1595539 | |
| APC/Cy7ラット抗マウス/ヒトCD11b抗体クローンM1/70 | BioLegend、サンディエゴ、カリフォルニア州、米国。 | 猫#101226;RRID:AB_830642 | |
| BD Cytofix/Cytoperm | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | Cat# 554714 | 固定剤/透過化キット |
| Biotin 抗ヒト MERTK 抗体クローン 590H11G1E3 | BioLegend, San Diego, CA, USA. | Cat#367616;RRID:AB_2721500 | |
| CFX-Connect機器 | バイオ・ラッド、カリフォルニア州ヘラクレス、米国 | ||
| EasySepヒトCD14ポジティブセレクションキット;EasySepポジティブセレクションカクテル。EasySep磁性ナノ粒子;Easy Sep | Magnet STEMCELL Technologies, Vancouver, Canada | Cat# 18058 | |
| FACS Canto cytometer | ベクトン・ディキンソン、フランクリン・レイクス、ニュージャージー州、アメリカ。 | ||
| ウシ胎児血清、認定、ニュージーランド | ギブコ&トレード; Thermo Fisher Scientific Waltham, MA USA | Cat# 10091148 | |
| Ficoll-Paque PLUS Cytiva | GE Healthcare - Life Sciences, USA | Cat# 17144003 | |
| FlowJo | FlowJo LLC. | RRID:SCR_008520 | |
| GraphPad プリズム | GraphPad Software株式会社 | RRID:SCR_002798 | |
| iScript cDNA合成キット、5倍逆転写反応ミックス、iScript逆転写酵素、ヌクレアーゼフリー | ウォーターBio-Rad、Hercules、CA、USA | Cat# 1708891 | |
| Partec CyFlowスペースサイトメーター | Sysmex Partec、ドイツ | ||
| PE Streptavidin | BioLegend、サンディエゴ、カリフォルニア州、米国。 | Cat# 405203 | |
| PE/Cy7 マウス抗ヒト CD14 抗体クローン HCD14 | BioLegend、サンディエゴ、カリフォルニア州、米国。 | Cat#325618;RRID:AB_830691 | |
| PerCP/Cy5.5 mouse anti-human CD163 Antibody clone GHI/61 | BioLegend, サンディエゴ, CA, USA. | Cat#333607;RRID:AB_1134006 | |
| RPMI 1640 ミディアム | Gibco™ Thermo Fisher Scientific Waltham, MA USA | Cat# 11875119 | |
| SsoAdvanced Universal SYBR Green Supermix, 抗体媒介ホットスタートSso7d fusiónポリメラーゼ、dNTP、MgCl2、SYBR Green I色素、エンハンサー、安定剤、およびパッシブリファレンス色素(ROXおよびフルオレセインを含む)のブレンド。 | Bio-Rad, Hercules, CA, USA | Cat# 1725271 | |
| TriZol Reagent | Thermo Fisher Scientific Life Sciences Solutions Carlsbad, CA, USA | Cat# 15596026 | RNA抽出試薬 |
| Zombie Violet Fixable Viability Kit | BioLegend, San Diego, CA, USA. | Cat# 423113 |
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