이 프로토콜은 인돌을 생성하는 약화된 브루셀라 멜리텐시스 균주를 NOD/ShiLtJ 마우스에 정맥 주사로 투여한 후, 종단 당뇨병 모니터링, 췌장 조직학, 선택적 고플렉스 공간 단백질체학 및 단세포 RNA 시퀀싱을 통해 섬 면역 재프로그래밍을 평가하는 방법을 설명합니다.
방법 논문
* These authors contributed equally
이 프로토콜은 인돌을 생성하는 약화된 브루셀라 멜리텐시스 균주를 NOD/ShiLtJ 마우스에 정맥 주사로 투여한 후, 종단 당뇨병 모니터링, 췌장 조직학, 선택적 고플렉스 공간 단백질체학 및 단세포 RNA 시퀀싱을 통해 섬 면역 재프로그래밍을 평가하는 방법을 설명합니다.
제1형 당뇨병(T1D)은 췌장 β세포의 자가면역 파괴로 인해 발생하며, 현재의 치료법은 지속적인 면역 내성을 회복하지 못하고 있습니다. 면역조절 대사산물을 생성하는 대사공학 박테리아는 유망한 단일 투여 치료 전략을 나타냅니다. 본 논문은 인돌을 생성하는 감쇠된 브루셀라 멜리텐시스 균주 BmΔvjbR::tnaA를 단일 정맥 주사로 사용하여 당뇨병 전단계 암컷 NOD/ShiLtJ 마우스에서 자가면역 당뇨병 발병에 미치는 영향을 평가하는 포괄적인 프로토콜을 제시합니다.
프로토콜은 냉동 글리세롤 스톡에서 BmΔvjbR::tnaA를 준비하고, 선택적 배지에서 중간 로그 단계까지 배양하며, 광학 밀도를 기반으로 집락 형성 단위를 계산하는 것으로 시작됩니다. <주 된 암컷 NOD 마우스는 마취 없이 구속된 상태에서 측측 꼬리정맥을 통해 정맥 주사로 인산염 완충 식염수에 정맥 주사를 투여하며, 온열 패드 위에 유지됩니다. 혈당은 2시간 금식 후 주 2회 70–105일 동안 모니터링되며, 당뇨병은 두 번 연속 측정 시 혈당≥250 mg/dL)으로 정의됩니다. 실험 평가 단계에서, 채취된 췌장은 중성 완충 포르말린에 72시간 고정되고, 파라핀 임베드링을 하며, 헤마톡실린 및 에오신 염색, 인슐린 면역조직화학, 전체 섬 면적 정량을 위해 절개됩니다. 포르말린 고정 파라핀 내버림 절편은 25마커 항체 패널을 사용하여 공간 단백질체학을 위해 제출되어 조절 및 효과 면역 집단을 시각화합니다. 마지막으로, 신선한 췌장 조직은 단세포 분리, 3′ 라이브러리 준비, 서열 분석 및 쇠라 기반 생물정보학 분석을 거쳐 면역 및 기질 집단 전사의 변화를 프로파일링합니다.
이 통합 프로토콜은 단일 용량 박테리아 치료 전달과 섬 면역 재형성의 다중 모달 특성 분석을 가능하게 하여, 자가면역 모델에서 대사산물 조작 미생물을 시험하고 조직 특이적 면역 기전을 단일 세포 해상도로 해부할 수 있는 틀을 제공합니다.
제1형 당뇨병(T1D)은 인슐린 생성 췌장 β세포가 면역 매개 파괴되어 평생 인슐린 의존과 혈관 합병증 위험 증가를 특징으로 하는 만성 자가면역 질환입니다. NOD/ShiLtJ 마우스는 자발성 당뇨병과 명백성 당뇨병으로의 진행 등 인간 자가면역 당뇨병의 주요 특징을 재구성하며, 기전 및치료 연구의 전임상 모델로 널리 사용되고 있습니다. 현재의 T1D 치료법—면역억제제, 단클론 항체, 채택형 조절 T세포(T-세포) 치료제—는 일시적으로 질병 진행을 늦출 수 있지만, 면역 내성 지속 회복이나 β세포 질량 1,2,4,5,6,7,8,9,10의 지속적 보존에는 실패하는 경우가 많습니다. 11.
Tregs 및 기타 조절 집단을 표적으로 하는 것은 자가형 다클론 Treg 주입, 엔지니어링 항원 특이적 Treg, IL-2 기반 요법 1,2,4,5,6,7,8,9,10,11 등 신흥 T1D 치료제의 주요 초점입니다 . 그러나 췌장 섬 내 염증 촉진 미세환경은 이러한 접근법의 효능을 저해할 수 있어, 조직 내 면역망을 국소적으로 재프로그래밍할 필요성을 강조합니다 2,7. 미생물 유래 트립토판 대사산물, 특히 인돌 및 관련 화합물은 조절 T세포 분화를 촉진하고, 항염증 대식세포 분열을 유도하며, Th17 반응을 억제함으로써 선천 및 적응 면역을 조절할 수 있습니다12,13. 따라서 생미생물 치료제와 대사적으로 조작된 박테리아는 면역조절 대사산물을 현장에서 전달하고 조직 면역을 재구성하는 유망한 전략을 제시합니다. 12,13,14,15,16,17,18.
우리는 이전에 대사적으로 조작된 브루셀라 멜리텐시스 균주인 BmΔvjbR::tnaA를 개발했으며, 이 균주는 인돌을 지속적으로 생성하고 Treg를 확장하고 염증성 미세환경을 재구성하여 자가면역 관절염을 조절합니다. BmΔvjbR과 같은 소석화된 브루셀라 균주는 백신 플랫폼으로 광범위하게 특성화되었으며, 면역조절 페이로드14, 15, 16을 운반하도록 유전자 변형이 가능합니다.
여기서는 NOD/ShiLtJ 모델에서 BmΔvjbR::tnaA 단일 정맥 주사 용량을 평가하기 위한 상세 프로토콜을 제시하며, 여기에는 박테리아 준비, 표준화된 정맥 주사 투여, 당뇨병 모니터링, 조직학, 고플렉스 공간 단백질체학, 단세포 RNA-seq에 의한 췌장 조직 다중 모달 분석을 포함합니다. 이 워크플로우는 장기 특이적 자가면역에서 대사산물 조작 미생물을 단일 투여 면역치료제로 시험하는 실용적인 틀을 제공합니다. 이전 용량-반응 분석에서는 약화된 균주에 대해 최대 1 ×10 10 CFU까지 안전성과 내약성이 입증되었습니다.
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모든 동물 실험은 윤리 지침에 엄격히 따라 수행되었으며, 텍사스 A&M 대학교의 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)의 승인을 받았습니다(프로토콜 번호: 2021-0123).
1. BmΔvjbR::tnaA 조제 및 특성 분석
2. NOD/ShiLtJ 쥐 조달, 주거 및 준비
3. 측측 꼬리정맥을 통한 정맥 투여
4. 혈당 모니터링 및 당뇨병 정의
5. 췌장 수확, 고정 및 가공
6. 조직학적 평가 및 섬 면적 정량화
7. 다양한 하위 분석
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이 원고에서 설명한 광범위한 프로토콜은 이후 단일 복용 예방 요법으로 최적화되었으나, 이 파일럿 결과는 이 워크플로우로 달성할 수 있는 예상되는 조직학적 및 혈당 수치를 보여주기 위해 제시됩니다.
전체 질병 맥락과 건강한 1형 당뇨병 췌장 간의 대조는 그림 1A에 도식적으로 나타난다. 이 도식에 나타난 자가β면역 세포 파괴와 인슐린 생산 손실은 인간과 NOD 마우스 1B 모두에서 T1D 발병 기전이 확립됨을 반영합니다. 암컷 NOD/ShiLtJ 마우스는 그림 2A에 요약된 실험 계획에 따라 등록되었습니다.
그림 3에 표시된 대표적인 개념 증명 데이터(혈당 경로 및 총 섬 면적)는 2회 투여 일정(0일차와 21일차...
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여기에 제시된 대표성 결과의 중요한 한계는 분석 평가 지표를 설명하기 위해 제공된 데이터가 초기 파일럿 코호트에서 2회 투여 일정을 사용한 것이라는 점입니다(그림 3). 이 프로토콜이 단일 투여 예방 요법으로 정제되었기 때문에, 향후 최적화된 단일 투여 프로토콜을 활용한 대규모 연구가 공식적인 통계적 효능을 입증할 필요가 있습니다.
이 JoVE 프로토콜은 NOD/ShiLtJ 마우스에서 인돌을 생성하는 약화된 브루셀라 멜리텐시스 균주를 단일 용량 정맥 주사로 투여하고, 표준화된 모니터링 및 조직학적 평가와 결합하여 이 워크플로우가 제1형 당뇨병에서 파일럿 효능 신호를 포착할 수 있음을 입증합니다. 여기 제시된 파일럿 코호트에서 BmΔvjbR::tnaA는 종단 혈당 측정과 인슐린 염색 유지 시 총 섬 면적 증가로 입증된 바와 달리 차량 대조군에 비해 당뇨...
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저자들은 재정적 이해관계가 상반되지 않습니다.
이 연구는 국립보건원(NIH)의 R01CA273002 및 J.S.와 P.D.F.에 대한 R21AI167793 보조금과 KD를 지원하는 NIH 기관 국립연구서비스(T32) 지원금의 지원을 받았습니다. 텍사스 A&M 대학교 보건과학센터의 기관적 지원에 감사드립니다. 우리는 야바 존스-홀 박사에게 블라인드 조직병리학 평가, 파일럿 및 동물 기술 지원을 위한 송 연구소, 단일 세포 RNA-seq 라이브러리 준비 및 시퀀싱을 위한 텍사스 A&M 유전체 과학 연구소(TIGSS) 분자 게놈 워크스페이스, 데이터 분석 및 해석을 위한 TIGSS 생물정보학 코어, 공간 단백질체학 서비스를 제공한 아코야 바이오사이언스에 감사드립니다. 텍사스 A&M 유전체 과학 및 사회 연구소(TIGSS) 생물정보학 핵심 연구소(TBC)의 지원에 감사드립니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 10% 중성 완충 포르말린(NBF) | VWR | 10790-714 | |
| 10배 유전체 크롬 컨트롤러 | TIGSS 분자 유전체학 작업실, 텍사스 A& M 대학교 | ||
| 에탄올 70% | VWR | 89125-164 | |
| FFPE용 접착 현미경 슬라이드 | 라이카 바이오시스템 | 3800084E | |
| Akoya 마우스 FFPE 항체 패널 (~25 마커) | 아코야 바이오사이언스 | [패널 ID/맞춤 패널] | |
| DNA HS 키트가 포함된 바이오분석기 또는 테이프스테이션 | TIGSS 분자 유전체학 작업실, 텍사스 A& M/ 애질런트 | ||
| BM과 델타; vjbR::tna박테리아 균주 | 실험실 재고 (Song/de Figueiredo labs) | ||
| 셀 레인저 파이프라인 | 10배 유전체학 | v7.1 | |
| 클로람페니콜 | 리서치 프로덕츠 인터내셔널 | 56-75-7 | |
| 크롬 넥스트 GEM 단셀 3피트 키트 | TIGSS 코어를 통한 10배 유전체 | ||
| 클로스트리디움 히스톨리티쿰에서 추출한 콜라게나제 | 밀리포어 시그마 | C7657-100MG | |
| DAPI 핵 염색 | 아코야 바이오사이언스 | [서비스 제공] | |
| FFPE 임베딩, H& E 염색, 인슐린 IHC, 슬라이드 스캔 | VMBS 조직학 연구소, 텍사스 A& M 대학교 | https://vetmed.tamu.edu/vmbs-histology-lab/ | |
| 포도당 테스트 스트립 | EKF 진단 / 피셔 사이언티브 | 22-022-649 | |
| 포도당 테스트 스트립 (대체) | 아센시아 당뇨병 관리 | 컨투어 넥스트 테스트 스트립 | |
| 글리세롤 (대용량, 500 mL) | 밀리포어 시그마 | G7893-500ML | |
| 글리세롤 (멸균, 100 mL) | 시그마 올드리치 (G 생명과학) | G5516-100ml | |
| 그래프패드 프리즘 (또는 R 서바이벌 패키지) | 그래프패드 소프트웨어 / R | v10.2 | |
| 휴대용 혈당측정기 | 아센시아 당뇨병 관리 | 컨투어 넥스트 이즈 | |
| 일루미나 넥스트세퀀 2000 시퀀서 | TIGSS 분자 유전체학 작업실, 텍사스 A& M 대학교 | ||
| 인슐린 주사기, 29– 30G (U-100) | VWR | 10002-702 | |
| 당뇨병 검사용 란셋 | 벡튼, 디킨슨 앤 컴퍼니 (BD) | 366594 | |
| Liberase TL 연구 등급 | 밀리포어 시그마 | 5401020001 | |
| 저온 온열 패드 | 과학 수행 | RWD-69025 | |
| 밀텐니 핵/세포 분리 키트 | TIGSS 분자 유전체학 작업실, 텍사스 A& M/ 밀텐니 바이오텍 | ||
| 마우스 온열 패드 (대체) | 켄트 사이언티픽 | 라이트템프 | |
| 마우스 제약장치 | 브레인트리 사이언티브 | TV-RED 150-STD | |
| NOD/ShiLtJ 마우스 (암컷, 5주) | 잭슨 연구소 | 스트레인 #001976 | |
| P2 XLEAP 100사이클 플로우셀 키트 | TIGSS 코어를 통한 일루미늄 | ||
| PhenoCycler 데이터 수집 및 품질 관리 서비스 | 아코야 바이오사이언스 | ||
| PhenoCycler 시약 및 영상 워크플로우 | 아코야 바이오사이언스 | [서비스 제공] | |
| 페노사이클러-퓨전 시스템 | 아코야 바이오사이언스 | ||
| 인산염 완충식염수(PBS), 1배 | 써모피셔 | 10010023 | |
| 프로텍터 RNase 억제제 | 밀리포어 시그마 | 3335402001 | |
| 큐비트 형광도계 및 dsDNA HS 분석 키트 | TIGSS 분자 유전체학 작업실, 텍사스 A& M/ 써모 피셔 | ||
| 쿠파트 | 오픈 소스 | v0.4.3 | |
| R 소프트웨어 | R 프로젝트 | v4.0+ | |
| Seurat (R 패키지) | 사티자 연구소 / CRAN | v4.3 | |
| 스타디스트 | 오픈 소스 | v0.8.3 | |
| 트립톤 대두 아가르 (TSA) | VWR | CA90002-706 |
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