Method Article
Qui segnaliamo i metodi comuni per analizzare la funzione fagocitica dei macrofagi alveolari murini e lo spazio batterico dal polmone. Questi metodi di studio in vitro fagocitosi dei branelli di isotiocianato di fluorescina e fagocitosi in vivo di Pseudomonas aeruginosa Green Fluorescent Protein. Inoltre descriviamo un metodo per l'eliminazione di p. aeruginosa nei topi.
I macrofagi alveolari (ma) guardia spazio alveolare del polmone. Fagocitosi di AMs svolge un ruolo critico nella difesa contro l'invasione di agenti patogeni, la rimozione delle cellule morte o particelle estranee e nella risoluzione della risposta infiammatoria e rimodellamento del tessuto, i processi che sono mediati dai vari recettori di superficie di L'AMs. Qui, segnaliamo i metodi per l'analisi della funzione fagocitica di AMs utilizzando saggi in vitro e in vivo e strategie sperimentali per differenziare il modello riconoscimento del recettore - complemento recettore- e Fc gamma ricevitore-mediata fagocitosi. Infine, si discute un metodo per stabilire e caratterizzare un modello di polmonite di p. aeruginosa nei topi per valutare la clearance batterica in vivo. Questi saggi rappresentano i metodi più comuni per valutare le funzioni AM e possono anche essere utilizzati per studiare la funzione del macrofago e lo spazio batterico in altri organi.
AMs sono i fagociti residenti principali negli alveoli in fase di riposa e uno dei principali attori della risposta immunitaria innata attraverso il riconoscimento e interiorizzazione degli agenti patogeni per via inalatoria e particelle estranee1,2. È stato segnalato che AMs sono essenziali per la rapida clearance di molti agenti patogeni polmonari come p. aeruginosa e Klebsiella polmonite3,4, quindi una carenza nella fagocitosi AM si traduce spesso in respiratoria infezioni, come la polmonite acuta, che causano più alti tassi di mortalità e morbosità.
AMs anche avviare le risposte infiammatorie innate nel polmone con la produzione di citochine e chemochine come TNF-α e IL-1 β, quale area interattiva con altre cellule dell'ambiente alveolare per produrre chemochine e reclutare infiammatori neutrofili, monociti, e cellule immuni adattive nel polmone5. Per esempio, IL-1 β prodotto da AMs aiuta per innescare il rilascio di neutrofili chemochina CXCL8 da cellule epiteliali6. Inoltre, AMs contribuiscono alla fagocitosi di apoptotic leucociti polimorfonucleari (PMNs), di che conduce alla perdita sostenuta di enzimi intracellulari da PMNs mancato il tessuto circostante, con conseguente danno tissutale e l'infiammazione prolungata 7 , 8 , 9.
Fagocitosi di AMs sono mediato da un diretto riconoscimento di pattern molecolari associati alla superficie dell'agente patogeno da recettori di riconoscimento di pattern (PRRs) dell'AMs o dall'associazione di agenti patogeni opsonized con i recettori immuni effettrici dell'AMs 10. per quest'ultimo, AMs può riconoscere i bersagli opsonized con immunoglobuline (IgG) attraverso i loro recettori Fcy (FcγR) o gli agenti patogeni rivestiti con frammenti di complemento, C3b e C3bi, attraverso i loro recettori del complemento (CR)11. Tra i recettori del complemento, il CR della superfamiglia delle immunoglobuline (CRIg) è espressa selettivamente nel tessuto macrofagi12, e una recente scoperta ha evidenziato il ruolo di CRIg nella fagocitosi AM nel contesto della polmonite di p. aeruginosa 13.
Molti studi originali utilizzano metodi per valutare la fagocitosi del macrofago per descrivere i meccanismi molecolari del macrofago funzione14,15. Tuttavia, i metodi come fagocitosi in vivo richiedono una precisa quantificazione della fagocitosi. Qui, riassumiamo una metodologia dettagliata per fagocitosi sia in vitro che in vivo utilizzando isotiocianato di fluorescina (FITC)-microsfere di vetro e proteina di p. aeruginosa verde fluorescente (GFP), rispettivamente. Inoltre, spieghiamo il metodo della differenziazione fra PRR-, CR- e fagocitosi mediata da FcγR. Infine, segnaliamo un metodo per caratterizzare lo spazio batterico nel topo rispetto alla polmonite di p. aeruginosa .
Questo protocollo segue le linee guida della cura degli animali istituzionali e uso Committee (IACUC) della Eastern Virginia Medical School.
1. fluorescente perline fagocitosi
2. fagocitosi mediata da FcγR e CR
3. PRR-mediata fagocitosi
4. in Vivo fagocitosi dai macrofagi alveolari
Nota: Inoculare p. aeruginosa GFP su una piastra di agar nutriente e incubare la piastra a 37 ° C durante la notte. Il giorno successivo, inoculare la singola Colonia a 2 mL di brodo nutritivo e crescere i batteri a 37° C durante la notte.
5. in Vivo batteri Clearance utilizzando p. aeruginosa
6. elaborazione statistica
Abbiamo effettuato prima l'esperimento per analizzare fagocitosi da mouse primario AMs. Nel corso di tutte le analisi, abbiamo confrontato AMs isolati da topi WT e TRIM72KO . Come illustrato nella Figura 1A, microscopia di fluorescenza ha rivelato che fagocitosi di FITC-vetro perline da mouse AMs primario si verifica dopo 1 h di incubazione. Figura 1 B Mostra l'analisi della fagocitosi tramite flusso cytometry. La quantificazione della fagocitosi misurata da microscopia e citometria a flusso è rappresentato in Figura 1C e Figura 1D, rispettivamente. Fagocitosi di FcγR - e CR-mediata da cellule MH-S sono rappresentato in Figura 2Ae 2 di figuraB Mostra la quantificazione. Questi risultati indicano che l'espressione di TRIM72 in cellule MH-S ha provocato una diminuzione più di cinque volte nella fagocitosi di complemento. Immagini rappresentative di ingestione di Alexa Fluor-488-coniugato zymosan-A particella primaria AMS isolati da topi WT o TRIM72KO sono illustrati nella Figura 2Ce la quantificazione è presentata nella Figura 2D . Fagocitosi in vivo risultati sono rappresentati nella Figura 3. Figura 3 A Mostra differenziale macchiatura identificazione della presenza di AMs, neutrofili, linfociti e cellule fagocitiche GFP+ . La percentuale delle cellule BALF e la quantificazione della fagocitosi è rappresentati in Figura 3B e Figura 3C, rispettivamente. La percentuale di perdita di peso corporeo nei topi dopo somministrazione di una dose subletale di p. aeruginosa intratracheale è mostrata in Figura 4A, e la percentuale di sopravvivenza dei topi al giorno 2 dopo una dose letale di p. aeruginosa è indicato in Figura 4B. Figura 4 C Mostra un grafico a dispersione per la carica batterica del intero-polmone alla morte o al giorno 2 dopo l'infezione di p. aeruginosa nei topi.
Figura 1 : Fagocitosi in macrofagi alveolari primario mouse. (A) immagini rappresentative di basso contro elevati indici di fagocitico risultati AMs primario contenente microsfere di fluo verde (sinistra); immagini rappresentative, mostrando alte e basse percentuali di AMs fagocitica. Frecce: basso indice fagocitico AMs; punte di freccia: alto indice fagocitico AMs. La barra della scala = 25 µm per le due immagini sinistra e 50 µm per le immagini in due. (B) rappresentante flusso citometria a rilevazione di phagocytizing cellule in controllo no-perline, WT + perline e TRIM72KO + perline AMs. La popolazione delle cellule di definire la perlina contenenti barre (in percentuale) e l'intensità media fluorescenti (MFI). (C) statistiche dell'indice fagocitico media e la percentuale di AMs fagocitica in WT e TRIM72KO AMs; n = 5 per entrambi i gruppi, *p < 0.05. (D) Statistiche di flusso cytometry MFI e la percentuale delle cellule FITC+ in WT e TRIM72KO AMs; n = 3 per entrambi i gruppi, *p < 0.05. Questa figura è ristampata con il permesso dell' American Thoracic Society13. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2 : Fagocitosi mediata da FcγR e CR. (A) immagini rappresentative di pecore opsonized globuli rossi (SRBCs) fagocitosi dalle cellule MH-S. Le frecce indicano alcuni SRBCs. La barra della scala = 25 µm. (B) Quantification del SRBCs fagocitosi dalle cellule MH-S che overexpressing TRIM72 (TRIM72OE) in presenza di IgG (FcγR-mediata fagocitosi) o IgM (fagocitosi CR-mediata); n = 6 per ogni gruppo, *p < 0.05 e * *p < 0,005 rispetto a controllo WT. (C) immagini rappresentative di ingestione di particelle zymosan Alexa Fluor-488-coniugato di AMs primari isolati da topi WT o TRIM72KO . Le frecce nel pannello A e B indicano zymosan + cellule. La barra della scala = 50 µm. (D) risultati statistici della percentuale di zymosan-contenente AMs; n = 3 per ogni gruppo, p > 0.05. Questa figura è ristampata con il permesso dell' American Thoracic Society13. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: fagocitosi In vivo di p. aeruginosa GFP. (A) immagini rappresentative di diapositive di cytospin fluidi del cellulare (BALF) di broncoalveolare lavaggio da topiKO WT e TRIM72 1 h dopo l'iniezione di p. aeruginosa GFP. Kwik-Diff colorazione identifica AMs (grandi, cellule rotonde) e neutrofili; GFP identifica le cellule fagocitiche (frecce bianche) e contrasto differenziale di interferenza di GFP+ (DIC) identifica batteri interiorizzati GFP (frecce nere) in AMs. Le barre di scala = 50 µm. (B) quantificazione della percentuale di AMs e neutrofili in topiKO BALF di WT e TRIM72 1 h dopo l'iniezione di p. aeruginosa . (C) quantificazione della percentuale di AMs fagocitica in topiKO WT e TRIM72; n = 3 per ogni gruppo, *p < 0.05. I dati sono presentati come media (± SEM). Questa figura è ristampata con il permesso dell' American Thoracic Society13. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4 : Liquidazione di batteri In vivo usando p. aeruginosa (P.A.). (A) la percentuale di perdita di peso corporeo del corpo di ingenuo topi WT e TRIM72KO dopo la prima iniezione intraperitoneale di 2,5 x 105 CFU/mL PAO1 (un isolato clinico di p. aeruginosa); n = 13 per WT (quadrati neri), n = 8 per TRIM72KO (cerchi rossi), *p < 0,05, * *p < 0,005 confrontato con WT (B) la percentuale di sopravvivenza al giorno 2 dopo la 3 x 107 CFU/mL pag. aeruginosa iniezione intraperitoneale; n = 10 per WT (cerchi neri tinta) e TRIM72KO (quadrati rossi pieni), *p < 0,05 per WT contro TRIM72KO gruppi. (C) A dispersione del carico batterico intero-polmone al 2 ° giorno dell'iniezione di p. aeruginosa in WT e TRIM72KO. La linea grigia tratteggiata indica la dose iniettata batterica; ^ indica topi che sono morti. Per WT contro TRIM72KO gruppi, p < 0.05. Questa figura è ristampata con il permesso dell' American Thoracic Society13. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Durante l'esecuzione di una funzione di scambio di gas, il polmone si confronta con insistenza allergeni, agenti patogeni e particelle estranee. AMs rappresentano la prima linea di difesa in virtù della loro funzione principale, vale a dire la fagocitosi. AMs anche coordinare con altre cellule immuni a distruggere gli agenti patogeni e nella risoluzione di infiammazione. Qui, abbiamo descritto metodi per valutare specificamente la fagocitosi di AMs isolato dal polmone del topo. Il protocollo presentato in questo manoscritto spiega uno studio dettagliato della fagocitosi sia in vivo che in vitro, che possono essere utilizzato anche per studiare la funzione del macrofago e lo spazio batterico in altri organi.
La fagocitosi in vitro descritta si basa sulla semplice idea di incubazione del siero-trattati perline FITC o opsonized SRBCs con AMs coltivate per avviare la fagocitosi. Questo metodo include passaggi di lavaggio estesa e la lisi dei globuli rossi nonphagocytized per ridurre il fondo. Deve prestare attenzione a non staccare l'AMs aderito. La fase di lavaggio che coinvolgono la soluzione di lisi ACK dovrebbe essere fatto entro 1 min, come un lavaggio più lungo tempo conduce per la lisi dei macrofagi.
Inoltre, l'analisi di imaging, abbiamo caratterizzato sia la percentuale di cellule fagocitanti e l'indice fagocitico per ottenere una visione completa della funzione di fagocitosi AM. Abbiamo anche spiegato il metodo per distinguere tra PRR-, FcγR- e CR-mediata fagocitosi in macrofago murino linea cellulare MH-S. In concomitanza con modulazione genetica, questo passaggio è utile quando si cerca di guadagnare le comprensioni meccanicistiche sulla via di fagocitosi specifico che è stato influenzato tramite la manipolazione del gene bersaglio.
I rapporti precedenti documentato metodi per valutare l'assorbimento batterica; il metodo più notevole è la gentamicina protezione saggio14. Nel protocollo presentato qui, abbiamo anche mostrato un metodo di imaging per misurare in vivo fagocitosi. Ci sono alcuni fattori chiave che rendono questo metodo migliore rispetto ai metodi precedentemente pubblicati. Il metodo qui descritto comporta un'iniezione intratracheale di p. aeruginosa GFP seguita da colorazione differenziale delle cellule BALF. Questo metodo mette in evidenza l'uso di batteri fluorescenti, che aiuta a identificare batteri ingeriti all'interno i fagociti. Inoltre, la colorazione differenziale delle cellule BALF aiuta a differenziare specificamente la capacità fagocitica di AMs da altre cellule immuni nell'ambiente in vivo e per valutare il contributo relativo dei diversi fagociti per cancellare il batterico carichi da polmone. Una minore limitazione di questo metodo è che richiede una gestione attenta intratracheale per evitare la variabilità fra i topi.
Ulteriormente, abbiamo spiegato il metodo per stabilire una clearance di batteri di p. aeruginosa nei topi nel contesto della polmonite. Per caratterizzare questo metodo, abbiamo determinato la perdita di peso corporeo e la mortalità dopo la somministrazione intratracheale di p. aeruginosa e utilizzato un dosaggio quantitativo per determinare l'onere di batteri del polmone. La mortalità è un parametro importante per valutare la risposta immunitaria completa del corpo. Abbiamo usato campioni del polmone da questo esperimento per valutare la carica batterica. Tuttavia, carica batterica può essere determinato anche da campioni del polmone raccolti all'interno di 48h dopo la dose non letale di iniezioni dei batteri. Il successo del test sarà determinato da una normalizzazione dei tempi di iniezione, la qualità dell'agente patogeno e la dose di iniezione e l'ottimizzazione di un metodo di omogeneizzazione che sconvolge completamente il polmone senza rompere il batterico della membrana cellulare.
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Questo lavoro è supportato da grant R01HL116826 a X. Zhao.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
18-G Needle | Nipro Medical | CI+1832-2C | Molecular Biology grade |
2,7-diaminofluorene (DAF) | Sigma-Aldrich | D17106 | Molecular Biology grade |
70% Ethanol | Decon Labs Inc. | 18C27B | Analytical grade |
96-well plate | Corning | 3603 | Cell Biology grade |
ACK lysis buffer | Life Technologies | A10492 | Molecular Biology grade |
Alexa fluor-488 Zymosan-A-bioparticle | Thermofisher Scientific | Z23373 | Molecular Biology grade |
C5 deficient serum | Sigma-Aldrich | C1163 | Biochemical reagent |
Centrifuge | Labnet International | C0160-R | |
Cytospin 4 Cytocentrifuge | Thermofisher Scientific | A78300101 Issue 11 | |
DMEM Cell Culture Media | Gibco | 11995-065 | Cell Biology grade |
FBS | Atlanta Biologicals | S11550 | Cell Biology grade |
Flow Cytometer | BD Biosciences | FACSCalibur | |
Flow Jo Software | FlowJo, LLC | ||
Forceps | Dumont | 0508-SS/45-PS-1 | Suitable for laboratory animal dissection |
FITC-carboxylated latex beads | Sigma-Aldrich | L4530 | Cell Biology grade |
GFP-P. aeruginosa | ATCC | 101045GFP | Suitable for cell infection assays |
Glass bottom dish | MatTek Corp. | P35G-0.170-14-C | Cell Biology grade |
High-Pressure Syringe | Penn-Century | FMJ-250 | Suitable for laboratory animal use |
Homogenizer | Omni International | TH-01 | |
Hydrogen peroxide | Sigma-Aldrich | H1009 | Analytical grade |
Inverted Fluorescence Microscope | Olympus | IX73 | |
Ketamine Hydrochloride | Hospira | CA-2904 | Pharmaceutical grade |
Shandon Kwik-Diff Stains | Thermofisher Scientific | 9990700 | Cell Biology grade |
LB Agar | Fisher Scientific | BP1425 | Molecular Biology grade |
LB Broth | Fisher Scientific | BP1427 | Molecular Biology grade |
MicroSprayer Aerosolizer | Penn-Century | IA-1C | Suitable for laboratory animal use |
Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | P6148 | Reagent grade |
PBS | Gibco | 20012-027 | Cell Biology grade |
rabbit anti-SRBC-IgG | MP Biomedicals | 55806 | Suitable for immuno-assays |
rabbit anti-SRBC-IgM | Cedarline Laboratories | CL9000-M | Suitable for immuno-assays |
Scissors | Miltex | 5-2 | Suitable for laboratory animal dissection |
Small Animal Laryngoscope | Penn-Century | LS-2 | Suitable for laboratory animal use |
Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) | BioRad | 1610301 | Analytical grade |
Spring Scissors (Med) | Fine Science Tools | 15012-12 | Suitable for laboratory animal dissection |
Spring Scissors (Small) | Fine Science Tools | 91500-09 | Suitable for laboratory animal dissection |
sheep red blood cells (SRBCs) | MP Biomedicals | 55876 | Washed, preserved SRBCs |
Urea | Sigma-Aldrich | U5378 | Molecular Biology grade |
Xylazine | Akorn Animal Health | 59399-110-20 | Pharmaceutical grade |
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