$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Real-time high-throughput microscopie, in combinatie met een ondoorlaatbare DNA-kleurstof, maakt het mogelijk om de kinetiek, kenmerken en onderliggende routes van NETosis te bestuderen en maakt het mogelijk om potentiële remmers van NET-afgifte te beoordelen. Met deze benadering werden NET's gedefinieerd als structuren die positief zijn voor DNA-kleurstof met een significant groter oppervlak in vergelijking met het oppervlak van gezonde neutrofielen (Figuur 1A), wat aangeeft dat chromatine is uitgestoten in de extracellulaire omgeving18. De oppervlakte-gebaseerde analyse stelde ons in staat om onderscheid te maken tussen NET en geactiveerde neutrofielen met een gecompromitteerde plasmamembraanintegriteit, met heldere intracellulaire DNA-kleuring (Figuur 1A).
Calciumionofoor (A23187) en PMA worden vaak gebruikt om NETosis in vitro te induceren. Ondanks dat het niet-fysiologische stimuli zijn, zijn ze waardevol omdat ze verschillende NETosis-routes activeren en zorgen voor een consistente NETosis-inductie met een lage variabiliteit tussen donoren. A23187 veroorzaakt calciuminstroom, wat leidt tot PAD4-activering en afgifte van NET's die rijk zijn aan gecitrullineerde histonen, terwijl PMA het NADPH-oxidasecomplex activeert, wat resulteert in de productie van reactieve zuurstofspecies (ROS) en de daaropvolgende afgifte van NET's met lage niveaus van gecitrullineerde histonen 5,16,21. De snelheid en omvang van de NETosis-respons zijn afhankelijk van de concentratie van elke stimulus (Figuur 1B,C), waarbij A23187 snellere NETosis induceert en PMA resulteert in een groter deel van de neutrofielen die NET's afgeven (Figuur 1D-F). NET's als gevolg van A23187-stimulatie (Figuur 1D; rode pijl) verschilden van PMA-geïnduceerde NET's (Figuur 1D; gele pijl) doordat ze meer diffuus waren buiten het neutrofiele plasmamembraan, terwijl PMA-geïnduceerde NET meer naast het neutrofiele plasmamembraan bleef. Bovendien resulteerde A23187-stimulatie in permeabele niet-nettende DNA-kleurstof-positieve neutrofielen (Figuur 1D; blauwe pijl), die hun DNA niet in de extracellulaire ruimte verdreven. De detectie van permeabele niet-nettende DNA-kleurstofpositieve neutrofielen was afhankelijk van de concentratie van A23187 (Figuur 1G) en bijna afwezig, ongeacht de concentratie PMA die werd gebruikt om NETosis te stimuleren (Figuur 1D,H). Naast het gebruik van de niet-fysiologische NETosis-stimuli A23187 en PMA, is deze test ook geschikt voor het bestuderen van ziekterelevante triggers van NETosis. Neutrofielen geactiveerd met oplosbare immuuncomplexen (sIC) of kristallen die aanwezig zijn bij calciumpyrofosfaatdispositieziekte (CPPD) vertoonden bijvoorbeeld een significant verhoogde NET-afgifte in vergelijking met geen stimulus. Een trend naar verhoogde NET-niveaus werd waargenomen wanneer neutrofielen werden geactiveerd met gecoate immuuncomplexen (cIC), fMLP en mononatriumuraat (MSU) kristallen (Figuur 1I); Voor deze stimuli zagen we echter een aanzienlijke variatie tussen donoren.
Farmacologische remming van de NETosis-route en NETosis-geassocieerde enzymen heeft aangetoond dat NETosis-gerichte therapieën effectieve behandelingen kunnen zijn voor ziekten waarbij NETosis-accumulatie de pathologie aanzienlijk stimuleert 14,17,22,23,24. Deze real-time microscopie NET-assay is een gemakkelijke, betrouwbare en reproduceerbare benadering om NETosis-antagonisten op een high-throughput manier te bestuderen. Om dit te illustreren, hebben we een eersteklas gehumaniseerd monoklonaal antilichaam gebruikt, CIT-013, dat zich richt op gecitrullineerde histon H2A en H4 met hoge affiniteit15,16. A23187 activeert de NETosis-route, wat resulteert in NET's die gecitrullineerde histonen bevatten die vervolgens het doelwit zijn van CIT-013 om zijn NETosis-remmende functie uit te voeren16. Inderdaad, NET-release als reactie op A23187 werd volledig geremd door CIT-013 (Figuur 2A en Aanvullende Video 1), met een IC50 van 4,6 nM (Figuur 2B). De NETosis-remmende capaciteit van CIT-013 is uniek omdat andere commerciële antilichamen gericht tegen verschillende (niet-) gecitrullineerde histonen niet in staat waren om de NET-afgifte te remmen (Figuur 2C).
Eerder hebben we aangetoond dat een zeer vergelijkbaar voorlopermolecuul van CIT-013 (dat twee aminozuren verschilt maar vergelijkbare epitopen met gelijke affiniteit bindt) NETosis blokkeert als reactie op fysiologische stimuli zoals geactiveerde bloedplaatjes, jicht gewrichtsvloeistof en RA synoviale vloeistof17. Hier laten we zien dat NET-afgifte geïnduceerd door sIC kan worden geremd door CIT-013 (Figuur 2D). De therapeutische relevantie van het remmen van NETosis geïnduceerd door deze stimulus wordt benadrukt door SLE, RA en andere auto-immuunziekten, waarbij auto-antilichamen in serum of gewrichtsvloeistof de vorming van IC ondersteunen, die NETosis veroorzaakt25,26.
Samen tonen deze gegevens aan dat deze real-time high-throughput microscopiebenadering geschikt is voor het bestuderen van de kinetiek en kenmerken van NET-afgifte en de studie van remmers van NETosis mogelijk maakt. Hoewel deze methode is geoptimaliseerd voor het gebruik van menselijke neutrofielen, kan het met aanpassingen ook geschikt zijn om neutrofielen van andere soorten te bestuderen. De gegevens die met deze test worden gegenereerd, zijn een hoeksteen van de grondgedachte voor CIT-013 als een krachtige en effectieve therapie voor NET-gestuurde ziekten.

Figuur 1: Real-time high-throughput microscopie voor het bestuderen van NET release. Neutrofielen geïsoleerd uit het bloed van gezonde vrijwilligers werden gestimuleerd met A23187 of PMA om de NETosis-route op gang te brengen. NET-release werd gevisualiseerd met real-time high-throughput microscopie met behulp van een ondoorlaatbare DNA-kleurstof van een plasmamembraan en gekwantificeerd op basis van het oppervlak met de software van het live celmicroscopie-analysesysteem. (A) Analyse van het oppervlak van niet-gestimuleerde gezonde neutrofielen (grijs), extracellulaire NET en permeabele niet-settende neutrofielen met intracellulaire DNA-kleuring (groen). (B,C) Kwantificering van de NET-afgifte in de loop van de tijd door neutrofielen gestimuleerd met de aangegeven A23187- of PMA-concentraties (n = 2). (D) Representatieve beelden van NET-release als reactie op A23187 (rode pijlen) en PMA (gele pijlen) op verschillende tijdstippen. Voorbeelden van permeabele neutrofielen die niet net vormen, zijn aangegeven met blauwe pijlen. (E) Kwantificering van de NET-afgifte in de loop van de tijd, gepresenteerd als een percentage van de NET-confluentie (n = 5). Statistieken werden uitgevoerd op t = 240 min. (F) Kwantificering van de NET-afgifte in de tijd, gepresenteerd als een percentage van de salderende neutrofielen (n = 2). (G, H) Kwantificering van permeabele niet-settende neutrofielen in de loop van de tijd uit neutrofielen die zijn gestimuleerd met de aangegeven A23187- of PMA-concentraties (n = 2). (I) Kwantificering van de NET-afgifte bij t = 240 minuten geïnduceerd door oplosbare immuuncomplexen (sIC), gecoat IC (cIC), fMLP, mononatriumuraat (MSU)-kristallen en kristallen aanwezig in calciumpyrofosfaatdispositieziekte (CPPD) (n = 8-28). De resultaten worden gerapporteerd als gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde. **P < 0,01 en ****P < 0,0001, Herhaalde metingen eenrichtings-ANOVA met de meervoudige vergelijkingstest van Dunnett (B), Kruskal-Wallis-test met de meervoudige vergelijkingstest van Dunn (I). Panelen A-F is aangepast met toestemming van van der Linden et al.16. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: CIT-013 remt de NET-afgifte. (A) Kwantificering van A23187-geïnduceerde NET-afgifte bij t = 240 min bij afwezigheid (Geen Ab) of aanwezigheid van CIT-013 of isotypecontrole-antilichaam (cIgG). (B) Dosisafhankelijke remming van A23187-geïnduceerde NET-afgifte met CIT-013 bij t = 240 min (n = 3). Gegevens werden genormaliseerd naar cIgG (ingesteld als 100% NET release). (C) Kwantificering van A23187-geïnduceerde NET-afgifte bij t = 240 min in aanwezigheid van aangegeven concentraties van CIT-013, anti-histon H4-antilichaam, anti-gecitrullineerde histon H3-antilichaam #1 of anti-gecitrullineerde histon H3-antilichaam #2 (n = 6). (D) Kwantificering van de NET-afgifte bij t = 240 min geïnduceerd door oplosbare immuuncomplexen (IC's) in aanwezigheid van CIT-013 of cIgG. De resultaten worden gerapporteerd als gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde. P < 0,0001, Herhaalde metingen eenrichtings-ANOVA met Tukey's meervoudige vergelijkingen (A) of tweezijdige Wilcoxon-gematchte paren ondertekende rangschikkingstest (D). Panelen A, B en D zijn gewijzigd met toestemming van van Van der Linden et al.16. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Plaat met 96 putjes #1 | Plaat met 96 putjes #2 |
| Volume: 0,001% poly-L-lysine-oplossing per putje | 50 μL | 100 μL |
| Volume neutrofiele suspensie per putje | 50 μL | 87,5 μL |
| Aantal neutrofielen per putje | 2 x 104 cellen | 3,5 x 104 cellen |
| Volume: 4x geconcentreerd (= 80 nM) DNA kleurstof in NET assay buffer per putje | 50 μL | 87,5 μL |
| Volume: 4x geconcentreerde NETosis-stimuli in NET-assaybuffer per putje | 50 μL | 87,5 μL |
| Volume: 4x geconcentreerde NETosis-antagonisten in NET-assaybuffer per putje | 50 μL | 87,5 μL |
Tabel 1: Volumes en celaantallen geoptimaliseerd voor verschillende beeldvormingsplaten met 96 putjes.
| Concentratie werkoplossing (4x geconcentreerd) | Uiteindelijke concentratie |
| Calciumionofoor (A23187) | 50 μM | 12,5 μM |
| PMA | 16 nM | 4 nM |
| fMLP | 4 μM | 1 μM |
| Mononatriumuraat (MSU) kristallen | 400 μg/ml | 100 μg/ml |
| Kristallen van calciumpyrofosfaatdispositieziekte (CPPD) | 400 μg/ml | 100 μg/ml |
| Oplosbare immuuncomplexen (sIC) | 1. Voeg 5 μg/ml humaan serumalbumine (HSA) in DPBS toe aan 282,5 μg/ml polyklonaal anti-HSA-antilichaam van konijnen in DPBS. |
| 2. Incubeer gedurende ten minste 90 minuten bij 37 °C. |
| 3. Homogeniseer door vortexen en voeg 50 μL sIC-oplossing toe aan de overeenkomstige putjes. |
| Gecoate immuuncomplexen (cIC) | 1. Voeg 10 μg/ml HSA in DPBS toe in de overeenkomstige putjes van de plaat met 96 putjes. |
| 2. Incubeer een nacht bij 4 °C. |
| 3. Was de putjes 3 keer met 200 μL 0,05% Tween-20 in DPBS (hierna PBS/0,05%Tween genoemd). |
| 4. Blokkeer de putjes met 200 μL 1% (m/v) runderserumalbumine in PBS/0,05% Tween (hierna blokkeerbuffer genoemd). |
| 5. Incubeer gedurende 120 minuten bij kamertemperatuur en zachtjes roeren (400 tpm). |
| 6. Was de putjes 3 keer met 200 μL PBS/0,05% Tween. |
| 7. Voeg 50 μL polyklonaal konijn anti-HSA-antilichaam in blokkeerbuffer toe aan de overeenkomstige putjes. |
| 8. Incubeer gedurende 60 minuten bij kamertemperatuur en zachtjes roeren (400 tpm). |
| 9. Was de putjes 3 keer met 200 μL PBS/0,05% Tween. |
| 10. Was ten slotte de putjes 3 keer met 200 μL DPBS. Putten zijn nu klaar voor stap 4.7 in het protocol. |
Tabel 2: Aanbevolen concentraties voor NETosis stimuli.
| Concentratie werkoplossing (4x geconcentreerd) | Uiteindelijke concentratie |
| Anti-Hen ei lysozym antilichaam (controle antilichaam; cIgG) | 80 nM | 20 nM |
| CIT-013 | 80 nM | 20 nM |
Tabel 3: Aanbevolen concentraties voor NETosis-antagonist.
Aanvullende video 1. Neutrofielen werden gestimuleerd met A23187 in aanwezigheid van cIgG (links) of CIT-013 (rechts), en de NET-afgifte werd in de loop van de tijd gevisualiseerd met behulp van de ondoordringbare DNA-kleurstof van het plasmamembraan. De afgifte van NET wordt geremd in aanwezigheid van CIT-013. De film is een overlay van DNA-kleurstof (groen) en fasecontrast. Deze video is verkregen met toestemming van van der Linden et al.16. Klik hier om deze video te downloaden.