Oczyszczanie monocytów i różnicowanie komórek dendrytycznych
Monocyty oczyszczono z PBMC poprzez wirowanie krwi obwodowej w gradiencie gęstości (Rysunek 1A), a następnie przeprowadzono magnetyczną separację z selekcją pozytywną CD14+ (Rysunek 1B). Komórki hodowano w pożywce kompletnej w obecności GM-CSF i IL-4 w celu uzyskania niedojrzałych komórek dendrytycznych (Rysunek 2A). Dodanie witaminy D3 i deksametazonu po GM-CSF i IL-4 doprowadziło do różnicowania niedojrzałych moDC w tolerogenne moDC (Rysunek 2B). LPS dodano w celu indukcji dojrzewania niedojrzałych moDC dojrzałych moDC (Rysunek 2C), natomiast tolerogenne moDC stymulowano LPS, aby zweryfikować ich oporność na dojrzewanie (Rysunek 2D). Próbki krwi wykorzystane w tej pracy pobrano od zdrowych dawców po uzyskaniu uprzedniej świadomej zgody.
Charakterystyka moDC
Charakterystyka markerów powierzchniowych metodą cytometrii przepływowej
Analiza markerów powierzchniowych DC wykazała, że dojrzałe moDC wykazują najwyższy poziom markerów dojrzewania HLA-DR, CD83 i CD86 w porównaniu z tolerogennymi moDC traktowanymi LPS, tolerogennymi moDC oraz niedojrzałymi moDC (Rysunek 3). Wyniki te dowiodły, że tolerogenne moDC były bardziej oporne na dojrzewanie w porównaniu z niedojrzałymi moDC po stymulacji LPS. Ponadto tolerogenne moDC traktowane LPS oraz tolerogenne moDC wykazywały zwiększoną ekspresję CD14, BDCA3 (CD141) oraz transkryptu podobnego do immunoglobuliny (ILT)3 w porównaniu z niedojrzałymi i dojrzałymi moDC. Tolerogenne moDC wygenerowane w niniejszej pracy są zgodne z wcześniejszymi doniesieniami 23.
Charakterystyka funkcjonalna moDC
moDC indukowane do dojrzewania stają się immunogenne i uwalniają cytokiny, które promują proliferację limfocytów T CD4+. Oceńiono immunogenność różnych podtypów moDC poprzez pomiar proliferacji współhodowanych limfocytów T. Tolerogenne moDC wykazały niską immunogenność w porównaniu z dojrzałymi moDC, co objawiało się niską alloproliferacją limfocytów T CD4+ (Rysunek 4A). Tolerogenne moDC charakteryzują się niską produkcją cytokin IFN-Γ i IL-12p40 oraz wysoką produkcją IL-10 w współhodowcach alloreakcyjnych z limfocytami T CD4+ (Rysunek 4B). Ponadto zwiększenie liczby tolerogennych moDC w współhodowcach z dojrzałymi moDC, które indukowały allospecyficzne limfocyty T CD4+, zwiększyło częstotliwość występowania regulacyjnych limfocytów T CD25high Foxp3+ (Rysunek 4C).
Analiza aktywności mitochondrialnej
Red CMXRos jest wykorzystywany do obrazowania aktywności mitochondriów w celu analizy poziomu potencjału błony mitochondrialnej w moDC. Zaobserwowano, że tolerogenne moDC wykazują wyższą aktywność mitochondrialną w porównaniu z innymi podtypami zróżnicowanych moDC (Rysunek 5A). Następnie, za pomocą bioanalizatora, oceniono tempo mitochondrialnego zużycia tlenu (OCR) dla różnych podtypów moDC. Pomiary OCR umożliwiają uzyskanie wysokiej rozdzielczości wglądu w profil metaboliczny, dostarczając informacji obejmujących, między innymi, oddychanie podstawowe, rezerwową wydolność oddechową, przeciek protonowy oraz oddychanie pozamitochondrialne. Pomiar OCR stanowi sposób oceny zdolności komórek do reagowania na stres. Komórki poddawane są perturbacjom metabolicznym poprzez sukcesywne dodawanie trzech różnych związków. Pierwszą iniekcją jest oligomycyna (sprzęgacz ATP), która hamuje kompleks V łańcucha transportu elektronów (ETC), blokując syntezę ATP. Krok ten pozwala określić procent tlenu zużywanego na syntezę ATP oraz procent tlenu zużywanego na pokonanie przecieku protonów przez wewnętrzną błonę mitochondrialną. Druga iniekcja to FCCP (akcelerator ETC), który zaburza syntezę ATP, transportując jony wodoru przez błonę mitochondrialną zamiast przez kanał protonowy Kompleksu V. Spadek potencjału błony mitochondrialnej prowadzi do szybkiego zużycia energii i tlenu bez generowania ATP. Leczenie FCCP może być wykorzystane do obliczenia rezerwowej wydolności oddechowej komórek. Zachowanie rezerwowej wydolności oddechowej w warunkach stresu jest kluczowe dla przetrwania komórek. Wydolność ta jest determinowana przez kilka czynników, w tym dostępność substratu oraz zdolność funkcjonalną enzymów zaangażowanych w ETC. Trzecia iniekcja to kombinacja rotenonu, inhibitora Kompleksu I, oraz antymycyny A, inhibitora Kompleksu III. Kombinacja ta całkowicie hamuje oddychanie mitochondrialne, w wyniku czego obserwuje się spadek OCR spowodowany upośledzeniem funkcji mitochondriów (Rysunek 5C). Tolerogenne moDC wykazywały wyższe podstawowe poziomy OCR niż dojrzałe moDCs (Rysunek 5D). Ponadto tolerogenne, LPS-tolerogenne i niedojrzałe moDCs wykazały zwiększoną rezerwową wydolność oddechową w porównaniu z dojrzałymi moDCs (Rysunek 5E).
Charakterystyka metaboliczna moDC
Ponieważ podczas glikolizy z komórek uwalniane są kwas mlekowy i protony, przeanalizowano aktywność glikolityczną moDC, wykonując analizę tempa zakwaszenia zewnątrzkomórkowego (ECAR) w czasie rzeczywistym (Rysunek 6B). W obecności glukozy tempo glikolizy wszystkich moDC wzrosło w porównaniu ze stanem podstawowym, przy czym dojrzałe moDC wykazywały wyższe tempo glikolizy niż niedojrzałe moDC (Rysunek 6D). Tolerogenne i niedojrzałe moDC wykazały wyższą maksymalną glikolizę (indukowaną oligomycyną w obecności glukozy) w porównaniu z moDC traktowanymi LPS (Rysunek 6B). Wydajność glikolityczna tolerogennych i niedojrzałych moDC była wyższa niż w przypadku dojrzałych moDC (Rysunek 6E). W przeciwieństwie do wysokiego tempa glikolizy, rezerwa glikolityczna była najniższa w dojrzałych moDC (Rysunek 6F).

Rysunek 1: Oczyszczanie monocytów z krwi obwodowej. (A) Przed wirowaniem do każdej probówki o pojemności 50 ml ostrożnie nanosi się 25 ml krwi na 15 ml Ficollu. Po wirowaniu gradientowym PBMC koncentrują się w warstwie poniżej osocza. (B) Komórki PBMC inkubuje się z mikrokuleczkami sprzężonymi z monoklonalnymi przeciwciałami przeciwko ludzkiemu CD14 (izotyp: mysi IgG2a), a następnie nanosi się je na kolumnę umieszczoną w polu magnetycznym separatora w celu izolacji CD14+ monocyty Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.

Rysunek 2: Charakterystyka morfologiczna moDC. (A) Do oczyszczonych komórek CD14 dodaje się 20 ng/ml GM-CSF oraz IL-4+ monocyty w dniu 0, 4 i 6 w celu wygenerowania niedojrzałych moDC; oraz (B) dodatkowy etap stymulacji 10 nM witaminą D3 i 10 nM deksametazonem w 5. dniu pozwala na otrzymanie tolerogennych moDC. Niedojrzałe moDC oraz tolerogenne moDC są stymulowane za pomocą 1 µg/ml LPS w 6. dniu w celu wygenerowania (C) dojrzałe moDC i (D) LPS-tolerogenne moDC. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 3: Charakterystyka markerów powierzchniowych metodą cytometrii przepływowej. Poziomy ekspresji markerów powierzchniowych HLA-DR, CD80, CD83, CD86, CD1, CD14, BDCA3 i LT3 w tolerogennych (zielone), LPS-tolerogennych (czarne), niedojrzałych (czerwone) i dojrzałych (niebieskie) moDC. Kontrole izotypowe przedstawiono w kolorze szarym. Dla każdego typu komórek naniesiono na siebie poszczególne histogramy z liczbą komórek na osi Y i logarytmem intensywności fluoroforu na osi X. Wszystkie histogramy są reprezentatywne dla czterech niezależnych eksperymentów. Rysunek został zmodyfikowany z J Immunol 194 (1), 5174-5186, doi: 10.4049/jimmunol.130316 (1 czerwca 2015). Powielone i ponownie opublikowane za zgodą właściciela praw autorskich. Copyright 2015. The American Association of Immunologists, Inc. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 4: Charakterystyka funkcjonalna moDC. (A) Ilościowe oznaczenie częstotliwości alloproliferacji komórek CD4+ Limfocyty T indukowane w kokulturze z rosnącą liczbą tolerogennych (TOL; zielony), LPS-tolerogennych (L-TOL; czarny), niedojrzałych (IMM; czerwony) i dojrzałych (MAT; niebieski) moDC. Dane złączono z czterech niezależnych eksperymentów; średnia + S.E.M. Różnice statystyczne między wszystkimi moDC a dojrzałymi moDC analizowano za pomocą dwuczynnikowej analizy wariancji (ANOVA) z testem post-hoc Dunnetta dla porównań wielokrotnych. (B) Analiza cytokin IFN-Γ (panel lewy), IL-12p40 (panel środkowy) i Il-10 (panel prawy) w supernatantach z alloreakcji między CD4+ Limfocyty T współhodowane z rosnącą liczbą moDC o charakterze tolerogennym (zielony), niedojrzałym (czerwony) lub dojrzałym (niebieski). Dane zrzucono z sześciu niezależnych eksperymentów; średnia ± S.E.M. (C) CD4+ Alloproliferacja limfocytów T oraz ekspansja limfocytów T regulacyjnych indukowane kokulturą z dojrzałymi moDC w obecności rosnącej liczby tolerogennych moDC. Lewa oś Y, częstość CD4+ Proliferacja limfocytów T. Prawa oś Y, częstość występowania CD25wysoki Foxp3+ komórki bramkowane na proliferujące CD4+ Limfocyty T. Dane zostały zgromadzone z trzech niezależnych eksperymentów; średnia ± S.E.M. Różnice statystyczne pomiędzy obecnością a brakiem tolerogennych moDC analizowano za pomocą jednoczynnikowej analizy wariancji (ANOVA) z testem post hoc Dunnetta dla porównań wielokrotnych. (D) Alloproliferacja limfocytów T CD4+ (lewo) oraz częstość występowania komórek CD25highFoxP3+ (prawo) indukowana współhodowlą z tolerogennymi moDC w obecności rosnącej liczby dojrzałych moDC. Dane zrzucono z dwóch do trzech niezależnych eksperymentów; średnia ± S.E.M. Różnice statystyczne między obecnością a brakiem dojrzałych moDC analizowano za pomocą dwuczynnikowej analizy wariancji (ANOVA) z testem post-hoc Dunnetta dla porównań wielokrotnych. Rysunek został zmodyfikowany z J Immunol 194 (1), 5174-5186, doi: 10.4049/jimmunol.130316 (1 czerwca 2015). Reprodukowano i przedrukowano za zgodą właściciela praw autorskich. Copyright 2015. The American Association of Immunologists, Inc. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 5: Analiza aktywności mitochondrialnej moDC. (A) Poziomy potencjału błony mitochondrialnej (Red CMXRos) w moDC wyznaczono za pomocą analizy cytometrycznej. Połączono dane z czterech niezależnych eksperymentów. Średnia ± błąd standardowy średniej (S.E.M.). (B) Schematyczne przedstawienie oddychania mitochondrialnego w czasie rzeczywistym. Analiza OCR rozpoczynająca się od oddychania podstawowego, a następnie po dodaniu oligomycyny (inhibicja kompleksu V), FCCP (indukcja oddychania maksymalnego) oraz mieszaniny rotenonu i antymycyny A (inhibicja łańcucha transportu elektronów [ETC]). Mitochondrialna SRC (wynik odjęcia oddychania podstawowego od maksymalnego) jest wyznaczana z krzywej OCR. (C) Reprezentatywna analiza kinetyczna OCR mitochondriów (pmol/min) w moDC tolerogennych (TOL, zielony), LPS-tolerogennych (L-TOL, czarny), niedojrzałych (IMM, czerwony) i dojrzałych (MAT, niebieski) przy zastosowaniu sekwencyjnego dodawania oligomycyny (Olig), FCCP oraz rotenonu/antymycyny A (Rot-AA). (D) Ilościowe oznaczenie OCR podstawowego oddychania moDC i (E) rezerwy wydolności oddechowej moDC. Dane zostały zgromadzone z pięciu niezależnych eksperymentów. Średnia ± B.S.E. Rysunek został zmodyfikowany z J Immunol 194 (1), 5174-5186, doi: 10.4049/jimmunol.130316 (1 czerwca 2015). Powielone i przedrukowane za zgodą właściciela praw autorskich. Copyright 2015. The American Association of Immunologists, Inc. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 6: Charakterystyka metaboliczna moDC. (A) Schematyczne przedstawienie glikolizy w czasie rzeczywistym. Analiza ECAR rozpoczyna się od podstawowego poziomu ECAR, w którym komórki inkubowano w pożywce bez glukozy, po czym następowało dodanie glukozy (indukcja glikolizy), oligomycyny (która indukuje maksymalną glikolizę komórkową i hamuje kompleks V), a na koniec 2-deoxy-D-glukozy (hamowanie glikolizy). Z krzywej ECAR wyznacza się tempo glikolizy (indukcja glikolizy pomniejszona o podstawowy poziom ECAR), wydolność glikolityczną (glikoliza maksymalna pomniejszona o podstawowy poziom ECAR) oraz rezerwę glikolityczną (glikoliza maksymalna pomniejszona o indukcję glikolizy). (B) Reprezentatywne badanie kinetyczne ECAR (mpH/min) zależnego od glikolizy w tolerogennych (TOL, zielony), LPS-tolerogennych (L-TOL, czarny), niedojrzałych (IMM, czerwony) i dojrzałych (MAT, niebieski) moDC przy zastosowaniu sekwencyjnego dodawania glukozy (Gluc), oligomycyny (Olig) i 2-DG. (C) Słupki przedstawiają bazowe poziomy ECAR (D) tempo glikolizy (E) zdolność glikolityczna, a (F) rezerwa glikolityczna moDC. Dane zostały zgrupowane z trzech niezależnych eksperymentów; średnia ± SEM. Różnice statystyczne przeanalizowano za pomocą jednoczynnikowej analizy wariancji (ANOVA) z testem post hoc Tukeya dla porównań wielokrotnych. Rysunek zmodyfikowano na podstawie J Immunol 194 (1), 5174-5186, doi: 10.4049/jimmunol.130316 (1 czerwca 2015). Powielone i ponownie opublikowane za zgodą właściciela praw autorskich. Copyright 2015. The American Association of Immunologists, Inc. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.