Het hier beschreven geoptimaliseerde protocol biedt een betrouwbare en reproduceerbare aanpak voor de isolatie en analyse van AECII uit muizenlongweefsel op neonatale, juveniele en volwassen leeftijd. Bovendien biedt het een optionele PFA-fixatiestap vóór sortering, waardoor AECII onder BSL1-omstandigheden uit muizen kan worden gesorteerd, zelfs als ze eerder geïnfecteerd zijn met ademhalingspathogenen. Door de combinatie van zorgvuldig uitgevoerde longblootstelling en perfusie, gevolgd door intratracheale instillatie van enzymen en laagsmeltende agarose in de long, wordt de weefselstructuur behouden, waardoor hoogwaardige single-cell suspensies voor downstream analyse kunnen worden teruggewonnen. De toevoeging van flowcytometrische sortering op zijverstrooiingseigenschappen, lineage-negatieve gating en positieve selectie voor CD326-positieve cellen resulteerde in opmerkelijk zuivere populaties van AECII. Deze zuiverheid is van bijzonder belang om ervoor te zorgen dat moleculaire en functionele assays stroomafwaarts representatief zijn voor de intrinsieke AECII-biologie en niet worden verstoord door het besmetten van celtypen, wat de interpreteerbaarheid van genexpressie- en virus-gastheerinteractiestudies verbetert.
Het bovengenoemde protocol omvat uitsluiting van niet-AECII met behulp van een breed scala aan fluorescentief-gelabelde antilichamen gericht tegen leukocytaire en niet-leukocytaire antigenen en daaropvolgende positieve selectie van AECII via zijverstrooiingseigenschappen en expressie van het epitheelcellenspecifieke molecuul CD326. Hoewel is aangetoond dat deze methodologie resulteerde in zeer zuivere AECII-populaties (met SPC, een kenmerkende AECII-marker), kon de zuiverheid van de verkregen populaties tot nu toe alleen worden bevestigd met postsorteer-intracellulaire kleuring. Dit protocol kan worden toegepast om AECII te isoleren uit door SARS-CoV-2 en influenzavirus geïnfecteerde longen, waarbij AECII voornamelijk door het virus worden aangepakt en onderscheidende cellulaire aanpassingenvertonen 1. Deze methode is echter mogelijk niet geschikt om muis-AECII te isoleren in de context van longkankerbiologiestudies, aangezien EpCAM (CD326) ook tot expressie komt door longkankercellen bij muizen en mensen13. Voor deze studies kan het gebruik van transgene muisstammen die fluorescerende eiwitten tot expressie brengen onder de transcriptionele controle van de Spc-promotor een geschiktere benadering bieden voor de betrouwbare isolatie van primaire AECII.
Een opbrengst van 0,15 × 106 levensvatbare AECII per neonatale long en tot 1,0 × 106 cellen per volwassen long illustreert de efficiëntie en schaalbaarheid van het protocol. Een groot obstakel voor het succesvol isoleren van grote AECII-hoeveelheden is inefficiënte enzymatische vertering en mechanische desintegratie van het longweefsel. Het is daarom cruciaal om de bronchoalveolaire ruimtes volledig te vullen met het enzym in stap 2.1.4 en om in stap 3.1.3 zorgvuldig mechanische weefseldesintegratie uit te voeren. Effectieve enzymatische vertering levert een troebele celsuspensie op met minimale bijdrage van zichtbare aggregaten, die meestal met een zuiger kunnen worden gedesintegreerd in de volgende filterstappen. Grotere aggregaten die niet door de celzeef kunnen worden gelaten, ontstaan meestal als gevolg van onvoldoende enzymatische vertering. Let op dat het niet wordt aangeraden de enzymatische verteringstijden te verlengen, omdat dit de latere immunokleuring14 negatief kan beïnvloeden en daarmee de nauwkeurigheid van FACS-gebaseerde AECII-isolatie.
Naast de efficiëntie van enzymatische en mechanische weefseldesintegratie kan de genetische achtergrond invloed hebben op de opbrengst van AECII. Voor dit protocol werden muizen op een C57BL/6-achtergrond gebruikt. In lijn met gerapporteerde ontwikkelingsspecifieke verschillenvan 15, immunologisch16 en fysiologisch17, 18, 19, is het denkbaar dat het gebruik van andere laboratoriummuisstammen (bijv. BALB/c, DBA) kan leiden tot verschillende AECII-opbrengsten. Bovendien kan de opbrengst van AECII uit ontstoken longen (infectieus of niet-infectieueel) aanzienlijk worden verminderd. Dit kan het gevolg zijn van indirecte (inflammatoire) of directe (pathogeen-gemedieerde) celdood van AECII, die belangrijke doelwitten vormen voor bijvoorbeeld IAV20,21 en SARS-CoV-2 22,23,24.
Het behoud van cellulaire integriteit tijdens mechanische dissociatie, enzymatische vertering en stroomsortering is verder essentieel voor downstream moleculaire en/of functionele analyses. Daarom werden de levensvatbaarheid van AECII en cellulaire functie na sortering beoordeeld. AECII konden zich aan Matrigel houden en een karakteristieke, lamellaire, lichaamrijke morfologie behouden gedurende minstens 24 uur, wat wijst op functionele competentie na isolatie en geschiktheid voor ex vivo kweek (inclusief infectiemodellen).
De efficiënte infectie van gesorteerde AECII met IAV-mCherry reporter virus12 en de observatie van sterke virale replicatie valideren dit systeem als een robuust platform voor het ontrafelen van epitheliale-intrinsieke antivirale reacties. Aangezien AECII belangrijke processen reguleren die betrokken zijn bij de biosynthese van tensidenten, alveolaire regeneratie en aangeboren immuniteit25,26, zal het vermogen om IAV-replicatiekinetiek en transcriptieresponsen van de gastheer in gezuiverde AECII-populaties te onderzoeken inzichten bieden die niet verkregen zijn in gemengde celpreparaten.
Een belangrijke innovatie van dit protocol is de opname van een fixatieprocedure, waardoor een zij-aan-zij analyse van verse en geïnactiveerde monsters mogelijk is. De PFA-fixatie en aangepaste FFPE-RNA-extractieprocessen behouden de integriteit van RNA in een mate die compatibel is met downstream transcriptomische analyses, zoals blijkt uit succesvolle kwantitatieve reverse-transcriptie PCR (qPCR).
Fixatietijden voor PFA kunnen de kwaliteit van de kleuring beïnvloeden en daarmee het herstel van AECII door FACS. Bovendien worden de opbrengst en kwaliteit van RNA over het algemeen beïnvloed door fixatieprocessen. Afhankelijk van het in vivo infectiemodel dat wordt gebruikt, moeten deze aspecten worden meegenomen voor het experimentele ontwerp. Het wordt aanbevolen om uitgebreide fixatietijd te vermijden en in plaats daarvan de duur van de PFA-behandeling te optimaliseren zodat de minimaal noodzakelijke tijd wordt gebruikt, wat experimenteel is bewezen om volledige inactivatie van het betreffende virus te waarborgen.
De beoordeling van de hoeveelheid ribosomaal RNA (rRNA) met behulp van een microfluidica-instrument dient als een surrogaat om de mRNA-kwaliteit in biologische monsters te schatten. Het beschreven AECII-fixatie-/RNA-isolatieprotocol maakt het mogelijk om intact RNA met voldoende kwaliteit te isoleren voor downstream transcriptomische analyses, zoals blijkt uit 28S/18S rRNA-verhoudingen >1 en RNA-kwaliteitsgetal (RQN) waarden >8. Het is belangrijk op te merken dat de incubatiestap van 80 °C de RNA-opbrengst en kwaliteit kritisch vermindert. Aanpassing van thermische behandelingstijden kan optioneel worden toegepast om RNA-opbrengst en kwaliteit te verhogen voor downstream toepassingen.
Gezamenlijk bieden deze methodologische verbeteringen een uitgebreide toolkit voor de studie van AECII-biologie in de context van gezondheid, infectieziekten en ontwikkeling (van pasgeboren tot volwassene). De hoge opbrengst en zuiverheid van AECII die met deze methode worden geïsoleerd, maken multi-omic profilering mogelijk, waaronder transcriptomische, proteomische en chromatine toegankelijkheidsassays, evenals functionele assays (bijv. ex vivo infectie) om relevante mechanismen van AECII in vivo verder te ontleden.