Ten obecny protokół wykorzystuje fluorescencyjne reportery, znakowanie in vivo i techniki obrazowania przyżyciowego, aby umożliwić monitorowanie dynamicznego procesu pobudzania neutrofili u żywych zwierząt.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten obecny protokół wykorzystuje fluorescencyjne reportery, znakowanie in vivo i techniki obrazowania przyżyciowego, aby umożliwić monitorowanie dynamicznego procesu pobudzania neutrofili u żywych zwierząt.
Neutrofile są najliczniejszymi leukocytami w ludzkim krążeniu krwi i są szybko rekrutowane do miejsc zapalnych. Pobudzanie jest krytycznym zdarzeniem, które zwiększa funkcjonalność fagocytarną neutrofili. Chociaż szeroko zakrojone badania ujawniły istnienie i znaczenie pobudzania neutrofili podczas infekcji i urazu, sposoby wizualizacji tego procesu in vivo były niedostępne. Dostarczony protokół umożliwia monitorowanie dynamicznego procesu pobudzania neutrofili u żywych zwierząt poprzez połączenie trzech metodologii: 1) sygnału reporterowego DsRed - stosowanego jako miara torowania 2) znakowania neutrofili in vivo - osiągniętego przez wstrzyknięcie antygenu antylimfocytów 6G (Ly6G) z fluorescencją (mAb) i 3) przyżyciowego obrazowania konfokalnego. W tym protokole zaangażowanych jest kilka krytycznych etapów: zapalenie skóry ucha myszy wywołane oksazolonem, odpowiednia sedacja zwierząt, wielokrotne wstrzykiwanie przeciwciał anty-Ly6G i zapobieganie dryfowaniu ostrości podczas obrazowania. Chociaż zaobserwowano kilka ograniczeń, takich jak limit czasu ciągłego obrazowania (~ 8 godzin) u jednej myszy i wyciek izotiocyjanianu fluoresceiny-dekstranu z naczyń krwionośnych w stanie zapalnym, protokół ten zapewnia podstawowe ramy dla przyżyciowego obrazowania zachowania i funkcji neutrofili, które można łatwo rozszerzyć do badania innych komórek odpornościowych w mysich modelach zapalenia.
Neutrofile to najliczniejsze i najkrócej żyjące leukocyty w obiegu. Są one szybko rekrutowane do miejsc infekcji lub urazu, gdzie służą jako profesjonalne fagocyty poprzez uwalnianie reaktywnych produktów pośrednich tlenu i azotu wraz z granulkami zawierającymi peptydy przeciwdrobnoustrojowe i proteazy1. Podczas rekrutacji neutrofile są "przygotowywane" przez różne czynniki, w tym produkty mikrobiologiczne, chemoatraktanty i cytokiny zapalne, co skutkuje znacznie zwiększoną funkcjonalnością fagocytów po przybyciu do miejsca zapalenia2. Mechanizmy pobudzania neutrofili były szeroko badane in vitro3,4; Jednak do tej pory nie było możliwe dynamiczne monitorowanie procesu in vivo.
Ostatnio obrazowanie przyżyciowe stało się ważną techniką wizualizacji i ilościowego określania dynamiki komórkowej procesów biologicznych w organizmach żywych. Obrazowanie przyżyciowe można przeprowadzić za pomocą konwencjonalnej mikroskopii wzbudzenia jednofotonowego (np. konfokalnej) lub mikroskopii wielofotonowej5. Z biegiem czasu osiągnięto znaczne ulepszenia w tej technice, umożliwiając zwiększenie rozdzielczości obrazu, poprawę głębi obrazowania, zmniejszenie fotouszkodzeń tkanek i lepszą stabilizację obrazu6,7. Ze względu na swoją unikalną zdolność do dynamicznej wizualizacji migracji komórek i interakcji w czasie, mikroskopia przyżyteczna jest szeroko stosowana w różnych obszarach badań w immunologii8. Obrazowanie przyżyciowe umożliwia immunologom lepsze zrozumienie i kontekstualizację odpowiedzi immunologicznych zarówno na poziomie komórkowym, jak i molekularnym w żywych modelach zwierzęcych.
Ostatnie osiągnięcia w dziedzinie myszy reporterowych transgenicznych i knock-in dostarczyły użytecznych narzędzi do monitorowania dynamicznych zachowań neutrofili u żywych zwierząt. Myszy knock-in z ulepszonym białkiem zielonej fluorescencji napędzane promotorem lizozymu M były szeroko stosowane do charakteryzowania ruchliwości neutrofili, monocytów i makrofagów podczas różnych procesów zapalnych, w tym wynaczynienia, infekcji bakteryjnej i sterylnego zapalenia9-15. Co więcej, transgeniczne myszy wyrażające bioczujnik transferu energii rezonansu fluorescencji cytoplazmatycznej zostały wykorzystane do badania aktywności kinazy mitonowej regulowanej zewnątrzkomórkowo i kinazy białkowej A w jelicie objętym stanem zapalnym16. Mysim modelem o wysokiej swoistości dla ekspresji fluorescencji w neutrofilach jest mysz knock-in Catchup, która wytwarza rekombinazę Cre, a także białko fluorescencyjne tdTomato, które samo w sobie jest sprzężone z ekspresją antygenu limfocytów 6G (Ly6G)17. Wizualizacja neutrofili z niedoborem Ly6G za pomocą tego modelu wykazała, że komórki te wywierają normalną funkcjonalność w różnych sterylnych lub zakaźnych kontekstach zapalnych in vivo. Transgeniczne myszy eksprymujące gen białka fluorescencyjnego DsRed pod kontrolą mysiego promotora interleuikiny-1β (IL-1β) (pIL1-DsRed) zostały wykorzystane do wizualizacji ruchliwych zachowań komórek wytwarzających IL-1β – uważa się, że obejmują neutrofile, monocyty zapalne i aktywowane makrofagi – pojawiające się w stanie zapalnym skóry18.
Znakowanie in vivo może służyć jako alternatywne podejście do śledzenia komórkowych i molekularnych zachowań neutrofili w tkankach objętych stanem zapalnym. Po dożylnym wstrzyknięciu małych dawek znakowanego fluorescencyjnie przeciwciała monoklonalnego anty-Gr-1 (mAb), kaskada rekrutacji neutrofili Gr-1 + została uwidoczniona w zmianach skórnych myszy zakażonych Staphylococcus aureus19. Podawanie in vivo koniugatów zawierających kropki kwantowe 705 nm sprzężone ze streptawidyną i biotynylowane mAb anty-Ly6G specyficznie znakowane krążące neutrofile20. Co więcej, endocytoza takich koniugatów w pęcherzyki neutrofilowe umożliwia śledzenie szybkiego transportu pęcherzyków w neutrofilach migrujących do śródmiąższu. Znakowanie in vivo przeciwciałami sprzężonymi z fluorescencją przeciwko ligandowi-1 glikoproteiny selektyny P-selektyny (PSGL-1), L-selektynie (CD62L), integrynie αM (CD11b) i receptorowi chemokiny (motyw C-X-C) 2 (CXCR2) w modelu zapalnym indukowanym przez TNFα wyjaśniło mechanizmy regulacyjne działające podczas wczesnego zapalenia21. Spolaryzowane neutrofile wystają z uropodów wzbogaconych w PSGL-1, aby wchodzić w interakcje z CD62L obecnym na aktywowanych płytkach krwi, co powoduje redystrybucję CD11b i CXCR2, receptorów, które napędzają migrację neutrofili i inicjują stan zapalny.
IL-1β jest jednym z charakterystycznych genów, który jest podwyższony u neutrofili22. U myszy reporterowych pIL1-DsRed sygnały fluorescencyjne DsRed (tj. aktywacja promotora IL-1β) dodatnio korelują z ekspresją mRNA IL-1β i produkcją białka IL-1β. 18 Aby monitorować proces pobudzania neutrofili, opracowano metodę mikroskopii przyżyciowej polegającą na indukcji stanu zapalnego skóry za pomocą oksazolonu (OX) w mysim modelu pIL1-DsRed po znakowaniu in vivo neutrofili za pomocą sprzężonego fluorescencyjnie przeciwciała anty-Ly6G. Za pomocą tego modelu możliwe jest badanie zachowania i funkcji neutrofili w modelach zwierzęcych różnych chorób i zaburzeń.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie eksperymenty na zwierzętach są przeprowadzane zgodnie z wytycznymi National Institutes of Health i zatwierdzone przez Institutional Animal Care and Use Committee Uniwersytetu w Toledo.
1. Fenotypowanie myszy pIL1-DsRed
UWAGA: Potomstwo jest generowane przez hodowlę heterozygotycznych myszy pIL1-DsRed z myszami typu dzikiego (WT) C57BL6. Trzy- lub czterotygodniowe szczenięta uważa się za gotowe do fenotypowania. Krwawienie podżuchwowe myszy przebiega zgodnie z ustalonym protokołem z niewielkimi modyfikacjami23.
2. Indukcja stanu zapalnego skóry u myszy pIL1-DsRed
3. Znakowanie neutrofili u myszy pIL1-DsRed
UWAGA: Znakowanie in vivo neutrofili za pomocą mAb specyficznego dla neutrofili w niskiej dawce fluorescencji odbywa się zgodnie z niedawno opracowanym protokołem19. Iniekcje zaoczodołowe są wykonywane zgodnie z ustalonym protokołem z kilkoma modyfikacjami24.
4. Obrazowanie przyżyciowe pobudzania neutrofili u myszy pIL-1-DsRed
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przesiewowe badanie myszy pIL1-DsRed przeprowadza się na podstawie fenotypowego sygnału fluorescencji DsRed wytwarzanego przez leukocyty krwi obwodowej przy użyciu cytometrii przepływowej. Znane jest, że stymulacja LPS indukuje produkcję IL-1β w komórkach mieloidalnych, w tym w neutrofilach, monocytach i komórkach dendrytycznych26-28. W związku z tym izolowane leukocyty inkubuje się z LPS przez 4 hr przed analizą cytometryczną. Następnie, na podstawie wielkości komórek (FSC) i ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Celem niniejszej pracy jest opracowanie technologii monitorowania procesu pobudzania neutrofili u żywych zwierząt, który nie został dotychczas spełniony przez obecnie dostępne techniki. Aby osiągnąć ten cel, przeprowadza się trzy ustalone metodologie: 1) indukcję stanu zapalnego skóry u myszy reporterowych DsRed napędzanych promotorem IL-1β jako miarę torowania, 2) znakowanie in vivo neutrofili niskimi dawkami mAb anty-Ly6G sprzężonego z fluorescencją oraz 3) obrazowanie w mikroskopii konfokalnej przyżyciowej. P...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie pozostają w finansowym konflikcie interesów.
Autorzy nie mają żadnych podziękowań.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Heparyna sodowa | APP Pharmaceuticals | NDC 63323-540-31 | |
| ACK bufor lizujący | Lonza | 10-548E | |
| Płodowa surowica bydlęca | Sigma-Aldrich | F0926 | |
| Lipopolisacharydy | Sigma-Aldrich | L4391 | |
| Chlorowodorek ketaminy | Hospira | NDC 0409-2051-05 | |
| Ksylazyna | LLOYD Laboratory | NADA #139-236 | |
| Acepromazyna | Boehringer Ingelheim | ANADA 200-361 | |
| Krem do depilacji | Church & Dwight | ||
| Acetone | Fisher | Scientific A16P4 | |
| Oxazolone | Sigma-Aldrich | E0753 | |
| Alexa Fluor 647 przeciwciało przeciw mysim przeciwciałom Ly6G | BioLegend | 127610 | |
| U-100 z igłą 28 G | BD | 329461 | |
| FITC-CM-Dextran, 150 kDa | Sigma-Aldrich | 74817 | |
| Zestaw do infuzji motylkowej (igła 27 G) | BD | 387312 | |
| FACSCalibur cytometr | BD | ||
| CellQuest Pro oprogramowanie | BD | ||
| Mikroskop konfokalny | Olympus | FV1000 | |
| Metamorph Software | Uniwersalne obrazowanie |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.