Lectin panel screening for evaluating of murine thymocytes apoptosis stages

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The aim of the study was to investigate the interaction of lectins with various populations of maturing murine T-lymphocytes, as well as with thymocytes at different stages of apoptosis.

Materials and methods. Thymocyte typing of 80 CBA mice was performed by flow cytometry. The binding of lectins to cells in early and late apoptosis induced by the administration of hydrocortisone was also evaluated.

Results. The suitability of peanut and Helix pomatia lectins for differentiation of mature and immature mouse thymocytes has been established. 11 lectins bound to living cells, during the transition of cells to the state of early apoptosis, thymocytes were stained with 16 lectins, and upon transition to late apoptosis, 20 of 23 lectins bound to the cells.

Conclusion. The use of labeled lectins to assess the stage of murine thymocyte apoptosis does not have obvious advantages over existing methods. The degree of binding of all lectins to thymocytes in apoptosis increases as the charge on the membrane decreases and its permeability increases. For typing thymocytes in the early stages of maturation, peanut and Helix pomatia lectins can be used. Snowdrop and amaryllis lectins are not suitable for differentiation of thymocytes by maturity.

About the authors

Maria K. Serebriakova

Institute of Experimental Medicine

Email: serebryakova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2596-4220
SPIN-code: 3332-8732

Researcher, Department of Immunology

Russian Federation, Saint Petersburg

Anna A. Dotsenko

Institute of Experimental Medicine; Mariinsky Hospital

Email: annadotsenkoem@gmail.com

Applicant, Department of Immunology; Head of the Clinical Embryology Laboratory, Department of Assisted Reproductive Technologies

Russian Federation, Saint Petersburg

Igor V. Kudryavtsev

Institute of Experimental Medicine

Email: igorek1981@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7204-7850
SPIN-code: 4903-7636

PhD, Senior Researcher, Department of Immunology

Russian Federation, Saint Petersburg

Alexander V. Polevshchikov

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: ALEXPOL512@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3342-178X
SPIN-code: 9627-6694

PhD, Doctor of Biological Sciences, Professor, Head of the Department of Immunology

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Godfrey DI, Kennedy J, Suda T, Zlotnik A. A developmental pathway involving four phenotypically and functionally distinct subsets of CD3–CD4-CD8– triple-negative adult mouse thymocytes defined by CD44 and CD25 expression. J Immunol. 1993;150(10):4244-4252.
  2. Lesley J, Schulte R, Trotter J, Hyman R. Qualitative and quantitative heterogeneity in Pgp-1 expression among murine thymocytes. Cell Immunol. 1988;112(1):40-54. https://doi.org/10.1016/0008-8749(88)90274-2.
  3. Pearse M, Wu L, Egerton M, et al. A murine early thymocyte developmental sequence is marked by transient expression of the interleukin 2 receptor. Proc Natl Acad Sci U S A. 1989;86(5):1614-1618. https://doi.org/10.1073/pnas.86.5.1614.
  4. Saint-Ruf C, Ungewiss K, Groettrup M, et al. Analysis and expression of a cloned pre-T cell receptor gene. Science. 1994;266(5188):1208-1212. https://doi.org/10.1126/science.7973703.
  5. Sinclair C, Bains I, Yates AJ, Seddon B. Asymmetric thymocyte death underlies the CD4:CD8 T-cell ratio in the adaptive immune system. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013;110(31):E2905-2914. https://doi.org/10.1073/pnas.1304859110.
  6. Sharon N, Lis H. Carbohydrates in cell recognition. Sci Am. 1993;268(1):82-89. https://doi.org/10.1038/scientificamerican0193-82.
  7. Buzás EI, György B, Pásztói M, et al. Carbohydrate recognition systems in autoimmunity. Autoimmunity. 2006;39(8):691-704. https://doi.org/10.1080/08916930601061470.
  8. Alvarez G, Lascurain R, Hernández-Cruz P, et al. Differential O-glycosylation in cortical and medullary thymocytes. Biochim Biophys Acta. 2006;1760(8):1235-1240. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2006.03.024.
  9. Moody AM, Chui D, Reche PA, et al. Developmentally regulated glycosylation of the CD8alphabeta coreceptor stalk modulates ligand binding. Cell. 2001;107(4):501-512. https://doi.org/10.1016/s0092-8674(01)00577-3.
  10. Palmer E. Negative selection-clearing out the bad apples from the T-cell repertoire. Nat Rev Immunol. 2003;3(5):383-391. https://doi.org/10.1038/nri1085.
  11. Egerton M, Scollay R, Shortman K. Kinetics of mature T-cell development in the thymus. Proc Natl Acad Sci U S A. 1990;87(7):2579-2582. https://doi.org/10.1073/pnas.87.7.2579.
  12. Scollay RG, Butcher EC, Weissman IL. Thymus cell migration. Quantitative aspects of cellular traffic from the thymus to the periphery in mice. Eur J Immunol. 1980;10(3):210-218. https://doi.org/10.1002/eji.1830100310.
  13. Мельникова В.И., Афанасьева М.А., Сапожников А.М., Захарова Л.А. Динамика апоптоза и пролиферации в тимусе и селезенке крыс в перинатальном онтогенезе // Онтогенез. – 2006. – Т. 37. – №. 4. – С. 286–291. [Melnikova VI, Afanasyeva MA, Zakharova LA, Sapozhnikov AM. Dynamics of apoptosis and proliferation in rat thymus and spleen during perinatal development (Ontogenesis). Russian Journal of Developmental Biology. 2006;37(4):237-241. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1134/s1062360406040059.
  14. Старская И.С., Кудрявцев И.В., Гусельникова В.В., и др. Уровень апоптоза Т-лимфоцитов, созревающих в интактном тимусе // Доклады Академии наук. – 2015. – Т. 462. – № 2. – С. 238–240. [Starskaya IS, Kudryavtsev IV, Guselnikova VV, et al. Apoptosis level in developing T-cells in the thymus. Doklady Biochemistry and Biophysics. 2015;462(1):163-165. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1134/s1607672915030060.
  15. Surh CD, Sprent J. T-cell apoptosis detected in situ during positive and negative selection in the thymus. Nature. 1994;372(6501):100-103. https://doi.org/10.1038/372100a0.
  16. Buttgereit F, Scheffold A. Rapid glucocorticoid effects on immune cells. Steroids. 2002;67(6):529-534. https://doi.org/10.1016/s0039-128x(01)00171-4.
  17. Cohen JJ, Duke RC. Glucocorticoid activation of a calcium-dependent endonuclease in thymocyte nuclei leads to cell death. J Immunol. 1984;132(1):38-42.
  18. Wyllie AH. Glucocorticoid-induced thymocyte apoptosis is associated with endogenous endonuclease activation. Nature. 1980;284(5756):555-556. https://doi.org/10.1038/284555a0.
  19. Screpanti I, Morrone S, Meco D, et al. Steroid sensitivity of thymocyte subpopulations during intrathymic differentiation. Effects of 17 beta-estradiol and dexamethasone on subsets expressing T-cell antigen receptor or IL-2 receptor. J Immunol. 1989;142(10):3378-3383.
  20. Wiegers GJ, Knoflach M, Böck G, et al. CD4+CD8+TCRlow thymocytes express low levels of glucocorticoid receptors while being sensitive to glucocorticoid-induced apoptosis. Eur J Immunol. 2001;31(8):2293-2301. https://doi.org/10.1002/1521-4141(200108)31:8%3C2293::aid-immu2293%3E3.0.co;2-i.
  21. King LB, Vacchio MS, Dixon K, et al. A targeted glucocorticoid receptor antisense transgene increases thymocyte apoptosis and alters thymocyte development. Immunity. 1995;3(5):647-656. https://doi.org/10.1016/1074-7613(95)90135-3.
  22. Cima I, Corazza N, Dick B, et al. Intestinal epithelial cells synthesize glucocorticoids and regulate T-cell activation. J Exp Med. 2004;200(12):1635-1646. https://doi.org/10.1084/jem.20031958.
  23. Iwamori M, Iwamori Y. Changes in the glycolipid composition and characteristic activation of GM3 synthase in the thymus of mouse after administration of dexamethasone. Glycoconj J. 2005;22(3):119-126. https://doi.org/10.1007/s10719-005-0363-9.
  24. Vandamme V, Pierce A, Verbert A, Delannoy P. Transcriptional induction of beta-galactoside alpha-2,6-sialyltransferase in rat fibroblast by dexamethasone. Eur J Biochem. 1993;211(1-2):135-140. https://doi.org/10.1111/ j.1432-1033.1993.tb19879.x.
  25. Taniguchi A, Hasegawa Y, Higai K, Matsumoto K. Transcriptional regulation of human beta-galactoside alpha2, 6-sialyltransferase (hST6Gal I) gene during differentiation of the HL-60 cell line. Glycobiology. 2000;10(6):623-628. https://doi.org/10.1093/glycob/10.6.623.
  26. Wang XC, O’Hanlon TP, Lau JT. Regulation of beta-galactoside alpha 2,6-sialyltransferase gene expression by dexamethasone. J Biol Chem. 1989;264(3):1854-1859.
  27. Bies C, Lehr CM, Woodley JF. Lectin-mediated drug targeting: history and applications. Adv Drug Deliv Rev. 2004;56(4):425-435. https://doi.org/10.1016/j.addr.2003.10.030.
  28. Liener IE, Sharon N, Goldstein IJ. The lectins properties functions and applications in biology and medicine. Orlando: Academic Press, Inc; 1986.
  29. Wu AM, Lisowska E, Duk M, Yang Z. Lectins as tools in glycoconjugate research. Glycoconj J. 2009;26(8):899-913. https://doi.org/10.1007/s10719-008-9119-7.
  30. Dube DH, Bertozzi CR. Glycans in cancer and inflammation-potential for therapeutics and diagnostics. Nat Rev Drug Discov. 2005;4(6):477-488. https://doi.org/10.1038/nrd1751.
  31. Mody R, Joshi S, Chaney W. Use of lectins as diagnostic and therapeutic tools for cancer. J Pharmacol Toxicol Methods. 1995;33(1):1-10. https://doi.org/10.1016/1056-8719(94)00052-6.
  32. Reisner Y, Sharon N. Cell fractionation by lectins. Trends Biochem Sci. 1980;5(2):29-31. https://doi.org/10.1016/s0968-0004(80)80090-9.
  33. Irlé C, Piguet PF, Vassalli P. In vitro maturation of immature thymocytes into immunocompetent T-cells in the absence of direct thymic influence. J Exp Med. 1978;148(1):32-45. https://doi.org/10.1084/jem.148.1.32.
  34. London J, Berrih S, Bach JF. Peanut agglutinin. I. A new tool for studying T lymphocyte subpopulations. J Immunol. 1978;121(2):438-443.
  35. Reisner Y, Linker-Israeli M, Sharon N. Separation of mouse thymocytes into two subpopulations by the use of peanut agglutinin. Cell Immunol. 1976;25(1):129-134. https://doi.org/10.1016/0008-8749(76)90103-9.
  36. Raedler A, Raedler E, Becker WM, et al. Subcapsular thymic lymphoblasts expose receptors for soy bean lectin. Immunology. 1982;46(2):321-328.
  37. Alvarez G, Lascurain R, Pérez A, et al. Relevance of sialoglycoconjugates in murine thymocytes during maturation and selection in the thymus. Immunol Invest. 1999;28(1):9-18. https://doi.org/10.3109/08820139909022719.
  38. Baum LG, Derbin K, Perillo NL, et al. Characterization of terminal sialic acid linkages on human thymocytes. Correlation between lectin-binding phenotype and sialyltransferase expression. J Biol Chem. 1996;271(18):10793-10799. https://doi.org/10.1074/jbc.271.18.10793.
  39. Balcan E, Tuğlu I, Sahin M, Toparlak P. Cell surface glycosylation diversity of embryonic thymic tissues. Acta Histochem. 2008;110(1):14-25. https://doi.org/10.1016/j.acthis.2007.07.003.
  40. Balcan E, Gümüş A, Sahin M. The glycosylation status of murine [corrected] postnatal thymus: a study by histochemistry and lectin blotting. J Mol Histol. 2008;39(4):417-426. https://doi.org/10.1007/s10735-008-9180-3.
  41. Fernandez JG, Sanchez AJ, Melcon C, et al. Development of the chick thymus microenvironment: a study by lectin histochemistry. J Anat. 1994;184( Pt 1):137-145.
  42. Gheri G, Gheri Bryk S, Riccardi R, et al. The glycoconjugate sugar residues of the sessile and motile cells in the thymus of normal and cyclosporin-A-treated rats: lectin histochemistry. Histol Histopathol. 2002;17(1):9-19. https://doi.org/10.14670/HH-17.9.
  43. Paessens LC, García-Vallejo JJ, Fernandes RJ, van Kooyk Y. The glycosylation of thymic microenvironments. A microscopic study using plant lectins. Immunol Lett. 2007;110(1):65-73. https://doi.org/10.1016/j.imlet. 2007.03.005.
  44. Franz S, Frey B, Sheriff A, et al. Lectins detect changes of the glycosylation status of plasma membrane constituents during late apoptosis. Cytometry A. 2006;69(4):230-239. https://doi.org/10.1002/cyto.a.20206.
  45. Heyder P, Gaipl US, Beyer TD, et al. Early detection of apoptosis by staining of acid-treated apoptotic cells with FITC-labeled lectin from Narcissus pseudonarcissus. Cytometry A. 2003;55(2):86-93. https://doi.org/10.1002/cyto.a.10078.
  46. Ehrenberg B, Montana V, Wei MD, et al. Membrane potential can be determined in individual cells from the nernstian distribution of cationic dyes. Biophys J. 1988;53(5):785-794. https://doi.org/10.1016/s0006-3495(88)83158-8.
  47. Schmid I, Uittenbogaart CH, Giorgi JV. Sensitive method for measuring apoptosis and cell surface phenotype in human thymocytes by flow cytometry. Cytometry. 1994;15(1):12-20. https://doi.org/10.1002/cyto.990150104.
  48. Bilyy RO, Antonyuk VO, Stoika RS. Cytochemical study of role of alpha-d-mannose- and beta-d-galactose-containing glycoproteins in apoptosis. J Mol Histol. 2004;35(8-9): 829-838. https://doi.org/10.1007/s10735-004-1674-z.
  49. Jörns J, Mangold U, Neumann U, et al. Lectin histochemistry of the lymphoid organs of the chicken. Anat Embryol (Berl). 2003;207(1):85-94. https://doi.org/10.1007/s00429-003-0331-8.
  50. Schumacher U, Brooks SA, Mester J. The lectin Helix pomatia agglutinin as a marker of metastases – clinical and experimental studies. Anticancer Res. 2005;25(3A):1829-1830.
  51. Bast BJ, Zhou LJ, Freeman GJ, et al. The HB-6, CDw75, and CD76 differentiation antigens are unique cell-surface carbohydrate determinants generated by the beta-galactoside alpha 2,6-sialyltransferase. J Cell Biol. 1992;116(2):423-435. https://doi.org/10.1083/jcb.116.2.423.
  52. Roth J, Taatjes DJ, Lucocq JM, et al. Demonstration of an extensive transtubular network continuous with the Golgi apparatus stack that may function in glycosylation. Cell. 1985;43(1):287-295. https://doi.org/10.1016/0092-8674(85)90034-0.
  53. Morris RG, Hargreaves AD, Duvall E, Wyllie AH. Hormone-induced cell death. 2. Surface changes in thymocytes undergoing apoptosis. Am J Pathol. 1984;115(3):426-436.
  54. Кудрявцев И.В., Головкин А.С., Зурочка А.В., Хайдуков С.В. Современные методы и подходы к изучению апоптоза в экспериментальной биологии // Медицинская иммунология. – 2012. – Т. 14. – № 6. – С. 461–482. [Kudriavtsev IV, Golovkin AS, Zurochka AV, Khaidukov SV. Modern technologies and approaches to apoptosis studies in experimental biology. Med Immunol. 2012;14(6):461-482. (In Russ.)]. https://doi.org/10.15789/1563-0625-2012-6-461-482.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2019 Serebriakova M.K., Dotsenko A.A., Kudryavtsev I.V., Polevshchikov A.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».