توضح هذه المخطوطة طريقة بسيطة لقياس درجة الحموضة phagosomal والمنطقة وكذلك درجة الحموضة هيولي العدلات الإنسان والفأر باستخدام مؤشر ratiometric seminaphthorhodafluor (SNARF) -1، أو S-1. ويتحقق ذلك باستخدام خلايا الحية متحد البؤر المجهري مضان وتحليل الصور.
العدلات حاسمة لاستضافة الدفاع الفطري، وبالتالي تشكل مجالا مهما من مجالات البحوث الطبية. ويبلوع، حجرة داخل الخلايا حيث قتل وهضم الجزيئات اجتاحت تجري، هي الساحة الرئيسية للالعدلات قتل الممرض الذي يتطلب تنظيم محكم. Phagosomal الرقم الهيدروجيني هو جانب واحد التي يتم التحكم بعناية، بدوره ينظم نشاط الأنزيم البروتيني المضادة للميكروبات. وقد استخدمت العديد من الأصباغ الحساسة درجة الحموضة الفلورسنت لتصور البيئة phagosomal. S-1 لديها العديد من المزايا أكثر من الأصباغ الحساسة درجة الحموضة الأخرى، بما في ذلك أطياف لها مزدوج الانبعاثات، ومقاومته للصور تبيض، وارتفاع الباكاف الحمضية لها. باستخدام هذه الطريقة، لقد أثبتنا أن يبلوع العدلات قلوية غير عادي بالمقارنة مع البالعات الأخرى. باستخدام الإقتران البيوكيميائية مختلفة من الصبغة، ويبلوع يمكن المرسومة من السيتوبلازم ذلك أن التغيرات في حجم وشكل يبلوع يمكن تقييمها. وهذا ما يسمح وأو زيادة رصد حركة الأيونية.
والعدلة هي الأكثر وفرة الخلايا المناعية الفطرية في الجسم. تتكون وظيفتها الرئيسية على القيام بدوريات في مجرى الدم وتجتاح وهضم الجزيئات الأجنبية التي قد تواجهها في عملية تعرف باسم البلعمة 1 و 2. وتدهورت الجسيمات في حجرة داخل الخلايا تسمى يبلوع. تفعيل أوكسيديز العدلات NADPH، وNOX2 شكل الإسوي، يبدأ سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تبلغ أوجها في وفاة الممرض. مفارز البروتين NOX2 المضي قدما لتشكيل مجمع سلسلة نقل الإلكترون في الغشاء phagosomal 3. بمجرد تفعيلها، فإنه ينقل الإلكترونات من NADPH عبر الغشاء إلى الأكسجين الجزيئي داخل يبلوع، وتنتج الأنيونات الفائق وأنواع الاكسجين التفاعلية أبعد. وهذا ما يعرف انفجار في الجهاز التنفسي، ويعتقد أن تكون ضرورية لقتل الميكروبات كفاءة والهضم 2 </suص>. ومع ذلك، فإن هذه الحركة الحصرية من شحنة سالبة عبر الغشاء إبطال مفعول قريبا NOX2 لو لم يكن التعويض عن شحنة موجبة تتحرك في و / أو شحنة سالبة تتحرك للخروج من يبلوع. تم راسخة أن يتم تنفيذ غالبية تعويض المسؤول في العدلات بها قناة بروتون HVCN1 4 و 5. هذه القناة تسمح للحركة سلبية من البروتونات أسفل التدرج الكهروكيميائية بهم من العصارة الخلوية في يبلوع. وينعكس تركيز بروتون من درجة الحموضة، وذلك لمستوى معين من النشاط أوكسيديز، وقياس درجة الحموضة في يبلوع يمكن أن توفر معلومات عن مشاركة النسبية للمسارات PROTONIC وغير PROTONIC في تعويض مقابل.
ويبلوع العدلات البشري لديه درجة الحموضة القلوية ما يقرب من 8.5 لمدة 20-30 دقيقة بعد البلعمة 5. وهذا يعني وجود قنوات غير بروتون أيون إضافية في أكاسيد النيتروجين2 الناجم عن تعويض تهمة، والانصهار، والإفراج عن محتويات الحبيبات الحمضية والتعويض الوحيد عن طريق HVCN1 سوف تحافظ على بيئة حمضية، على النقيض من تلك التي لوحظت. حركة الأيونات لتعويض هذه الشحنة السالبة يمكن أيضا ممارسة التغيرات في حجم يبلوع عبر التناضح. وقد تكون هذه الأيونات الموجودة في العدلات بتركيزات عالية الفسيولوجية: وقد ثبت أيونات البوتاسيوم للانتقال إلى يبلوع 6، والحركة الأيونية كلوريد هو مرشح آخر مهم لوظيفة العدلات 7.
تنظيم درجة الحموضة في يبلوع أمر حيوي لنشاط الأنزيم البروتيني المضادة للميكروبات 5. يبدو الميلوبيروكسيديز (MPO) أن يكون النشاط الأمثل في درجة الحموضة 6، في حين G كاتيبسين والإيلاستاز، والمستويات المثلى هي درجة الحموضة 7-9 ودرجة الحموضة 8-10، على التوالي 5. ولذلك، تغيير عابر في درجة الحموضة phagosomal قد توفر منافذ النشاط للإنزيمات مختلفة لمتعةction. فهم كيف تشارك درجة الحموضة في قتل الجراثيم العدلات قد تقدم معلومات مفيدة لتصميم العوامل الميكروبية رواية-زيادة العدلات.
ويبلوع العدلة هي بيئة شديدة التفاعل. وهذا يجعل من الصعب إجراء تقييم دقيق درجة الحموضة، لأن الأصباغ قد تتأكسد بسهولة، مما يؤدي إلى التحف الفنية. تاريخيا، كان ثيوسيانات فلوريسئين (FITC) صبغة الاختيار لقياس درجة الحموضة داخل الخلايا 8 و 9. ومع ذلك، هناك بعض العيوب لاستخدامه في قياس العدلات phagosomal درجة الحموضة. أنه يحتوي على الباكاف الحمضية 6.4 10، وهذا يعني أنه لا يمكن إلا أن بدقة استخدامها لتقييم مستويات الحموضة 5-7،5 8، كما التشبع في درجة الحموضة <8 11. وبما أن درجة الحموضة العدلات phagosomal يمكن أن تصبح أكثر بكثير قلوية 5، FITC لا يمكن التقاط مجموعة كاملة من التغييرات الرقم الهيدروجيني المحتملة. A signifi المزيدمشكلة غير قادر مع FITC في سياق العدلات هي أن يعتقد أن photobleached من MPO 12. المانع MPO، أزيد الصوديوم، ويمكن استخدامها للحد من photobleaching من 13، ولكن ثبت أن أزيد الصوديوم يقلل بشكل مباشر على درجة الحموضة phagosomal بطريقة MPO مستقلة وبالتالي فهو غير مناسب للاستخدام في مثل هذه المقايسات 5.
مقارنة الأصباغ الخلايا الأخرى، S-1 لديه الباكاف الحمضية عالية نسبيا من 7،5 10. في الظروف الحمضية، هو جزيء البروتونية وتنتج إشارة الانبعاثات بين 560 و 600 نانومتر عندما متحمس في 488 نانومتر أو أعلى. عند deprotonated جزيء في ظروف أكثر قلوية، والطول الموجي انبعاث أكثر من 600 نانومتر. وهناك نسبة من شدة مضان في هذه الموجات اثنين يشير إلى تحول الانبعاثات، والتي هي أكثر موثوق من القياسات مضان واحدة، كما أنه لا يتأثر تركيز fluorophore وبنية الخلية. S-1 يمكن مترافق إلى مادة مولدة، مثل زيموزان 14، على الرغم من قتلوا الحرارة ويفضل (HK) المبيضات البيض، حيث أن مساحة سطح أكبر يعطي القراءة مضان أكثر اتساقا.
وقد استخدمنا أيضا تعديل هذا الأسلوب لدراسة التغيرات الزمنية في الرقم الهيدروجيني (الشكل 3) 5. هذه الطريقة لقياس درجة الحموضة عصاري خلوي يمكن تطبيقها بسهولة إلى أنواع أخرى من الخلايا، كما هو موضح في أماكن أخرى 15 و 16، والخلايا مع المزيد من جسم بلعمي القلوية 14.
مرة واحدة يتم تعيين الكواشف المناسبة، وإعدادات المجهر، والتجارب المعايرة يصل، وهذا الأسلوب هو بسيط نسبيا لأداء. وتشمل الخطوات الحاسمة: وصفها المبيضات مع S-1 لضمان عدم وجود الحمولة الزائدة للصباغة، ومعايرة، وتحليل الصورة.
S-1 هو كاشف تناسب أكثر البيئات القلوية درجة الحموضة، وهو أمر مهم خاصة بالنسبة للالعدلات 21 ولكن يحد من استخدامها في أنواع الخلايا معينة. لبيئات أكثر حمضية، مثل جسم بلعمي بلعم، SNARF-4، أو S-4، هو أكثر ملاءمة بسبب انخفاض الباكاف الحمضية 22 فيها. وعلاوة على ذلك، للقراءات هيولي أكثر دقة، فإنه من الأفضل استخدام S-4، ومنحنى القياسية لS-1 يدل على أن نسب مضان تبدأ في هضبة أدناه الرقم الهيدروجيني 6 (الشكل 3). الأصباغ الأخرى، مثل 2، 7'-Bis- (2-Carboxyethyl) -5- (و6) -Carboxyfluorescein (BCECF) أو pHrodo الأحمر قد يكون أيضا أكثر ملاءمة في تابعتحويلة أنه من المتوقع أن تكون حمضية. بعد تلطيخ السيتوبلازم لا يزال ضروريا لتحديد الصحيح للجسم بلعمي تحتوي على المبيضات.
سمة هامة من سمات مؤشر phagosomal الرقم الهيدروجيني هو أن لا يتم تبديل لا رجعة فيه من قبل البيئة phagosomal رد الفعل. S-1 ويبدو أن مقاومة للبيئة العدلة. ويتضح ذلك من ليفين وآخرون. 5 (انظر التكميلية فيديو 4 من المرجع 5) التي تدل على البلعمة وإطلاق سراحه من المبيضات الجسيمات المسمى S-1-قبل Hvcn1 – / – العدلة. عندما المبتلعة، يتحول الجسيمات من الأصفر / البرتقالي إلى الأحمر (محايد لدرجة الحموضة القلوية)، ولكن عندما يتم تحرير الجسيمات من قبل العدلات، فإنه يعود إلى لونه الأصلي.
ومن المهم أن نذكر بعض القيود المرتبطة باستخدام S-1. والحقيقة أن هذه الصبغة اثنين من أطياف الانبعاث السماح الاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف ratiometricurement هي ميزة، ولكن هناك حاجة إلى معدات متخصصة للحصول على الصور. المجهر المستخدمة في التجارب يجب أن تكون قادرة على تسجيل صورتين في وقت واحد أو مع تأخير وقت ضئيل. تفترض الكتاب أن الباحث يحاول هذا البروتوكول لديه خبرة في استخدام متحد البؤر المجهري، أو لديه حق الوصول إلى تدريب المهني. لا يمكننا سرد كافة المعلمات المجهر محددة لأنها سوف تختلف عن كل المجهر وتحتاج إلى تحسين من قبل الباحث. وتتحلل استر acetoxymethyl مترافق إلى S-1 الذي يسمح للصبغة أن ينتشر إلى السيتوبلازم الخلية المونوأمينوأوكسيداز غير محددة في السيتوبلازم الخلية لتشكيل جزيء الفلورسنت. المونوأمينوأوكسيداز، مثل الفوسفاتيز القلوية، موجودة في مصل الدم البشري والجنين المصل البقري، والتي تستخدم لاستكمال وسائل الإعلام ثقافة الخلية. وفقا لذلك، يجب أن لا يحتوي على المديين المتوسط والتي يتم تحميلها الخلايا مع S-1-AM (القسم 4.5) مصل. قد يكون هذا صعبا إذا باستخدام خلايا التي تتطلب أكثر المغذيات ريكح المتوسطة للحفاظ عليها من محلول ملحي متوازن المستخدمة في هذا البروتوكول. وبالمثل، مكونات المتوسطة الفلورسنت أخرى، مثل الفينول الأحمر، قد يتداخل مع S-1 القياسات.
أشرطة الخطأ في الشكل (3) تشير إلى أن هناك بعض التباين في قياسات نسبة في كل درجة الحموضة. وهناك عدد مناسب من يكرر كل تجربة (على الأقل ن = 3) وهناك حاجة إلى العديد من القياسات الفردية في كل تجربة واحدة للتغلب على الاختلاف بين فجوي. بالتالي فمن المستحسن لقياس الرقم الهيدروجيني لا يقل عن 100 جسم بلعمي لكل حالة والعديد من المناطق phagosomal التي يبدو أنها تحتوي على واحد فقط المبيضات. في جسم بلعمي المراد قياسها لتحديد الكميات ينبغي أن تكون تلك التي اجتاحت تماما الجسيمات المبيضات (أي تلك محاطة السيتوبلازم). للتخفيف ضد التحيز غير المقصود في اختيار خلية / جسم بلعمي عن الكميات، يجب أن يتم تنفيذ كل التحليلات في حينأعمى لظروف تجريبية.
هنا، نحن تصف عزل العدلات بالترسيب ديكستران من الدم الكامل تليها الطرد المركزي من طبقة البلازما من خلال التدرج الكثافة. نحن نستخدم هذه التقنية لأنها تنتج بسرعة وكفاءة محض (> 95٪) من سكان العدلات، على الرغم من أن هناك وسائل أخرى متاحة، مثل كله الطرد المركزي الدم من خلال الصيغ التدرج الكثافة أخرى أو اختيار السلبية العدلات باستخدام مجموعات متخصصة مع الأجسام المضادة أو المغناطيسي خرز. ومع ذلك، يمكن هذه الأخيرة تكون باهظة بالنسبة لمعظم الجماعات التي عزل العدلات بشكل روتيني. وبالإضافة إلى ذلك، ونحن نستخدم الهيبارين تخثر في أنبوب جمع الدم، في حين أن باحثين آخرين قد تكون أكثر اعتادوا على استخدام ثنائي أمين الإيثيلين رباعي حمض الخل (EDTA) أو سترات الصوديوم حمض (ACD). كما أن هناك العديد من الطرق المختلفة للاختيار من بينها، والأمر متروك إلى تفضيل شخصي للباحث.
علاوة على ذلك،عندما عزل ومعالجة العدلات التي ينبغي التعامل معها بشيء من الحرص لتجنب تفعيل المفرط. وتشمل الخطوات الاحترازية: فقط باستخدام الأدوات البلاستيكية، لا الزجاج. تصفية تعقيم جميع المخازن لإزالة أي الذيفان الداخلي تلوث. عندما العدلات الغزل تأكد من أجهزة الطرد المركزي هو متوازن لتجنب الاهتزازات المفرطة. لحد قدر الإمكان تبقى العدلات الوقت في بيليه بعد الطرد المركزي. لا تحتفظ العدلات في حل أكثر من 5 × 10 6 / مل. وتنفيذ التجربة في أقرب وقت ممكن بعد العزلة.
ويمكن تكييف هذه الطريقة لقياس التغيرات في درجة الحموضة وphagosomal المنطقة على مر الزمن باستخدام مجموعة مرحلة ساخنة إلى 37 درجة مئوية على المجهر وأخذ لقطات مرة واحدة كل 30-60 الصورة من نفس الموضع، كما هو موضح في الخطوات المعايرة. ويمكن أيضا من الناحية النظرية يمكن تكييفه لتجارب إنتاجية أعلى، كما هو الحال في لوحات 96-جيدا، والتدفق الخلوي التجارب، حيث S-1 علبةأن تستخدم مؤشر الرقم الهيدروجيني 23. ومع ذلك، في هذه الإعدادات، يتم استبدال التركيز على نشاط الخلايا الفردية عن طريق تأثير عالمي أكثر على السكان الخلية.
ويهدف هذا الأسلوب لتوفير الإعداد التجريبية بسيط نسبيا التي تقوم عليها الباحثين الأفراد يمكن أن تتكيف مع تناسب مجالات اهتمامهم. قد ترغب الباحثين لاستكشاف العدلات phagosomal درجة الحموضة ومنطقة بينما قياس أيضا حركة الأيونات الأخرى، على سبيل المثال، وتركيز الكالسيوم داخل الخلايا. هناك العديد من الفلورسنت كا 2+ المؤشرات متاحة بسهولة للفحص المجهري متحد البؤر، مثل الهند و1، التي لديها أيضا أطياف الانبعاث المزدوج في 400 و 475 نانومتر (24). هذه انبعاث موجات لا تتداخل مع أطياف الانبعاث S-1 ولكن الطول الموجي الإثارة في نهاية الأشعة فوق البنفسجية (UV) من الطيف، والتي يمكن أن تضر الخلايا، وجهاز ليزر الأشعة فوق البنفسجية ليست شائعة في جميع المجاهر. استعراض شامل لمؤشرات مختلفة لوتغطي قياس تدفق الكالسيوم داخل الخلايا بواسطة تاكاهاشي آخرون. 25 وHillson وآخرون. 26.
وفي الختام، هناك طرق أخرى متاحة لقياس درجة الحموضة phagosomal باستخدام الأصباغ الفلورية مختلفة كما نونيز وآخرون. وقد أظهرت 13 وكذلك مجموعات أخرى 27 و 28. وقد استخدم باحثون آخرون أيضا S-1 لقياس درجة الحموضة عصاري خلوي 29 أو phagosomal درجة الحموضة 14. ومع ذلك، هذا البروتوكول هي فريدة من نوعها في قياس في وقت واحد ودرجة الحموضة لكل من العصارة الخلوية ويبلوع، والذي يوفر فرصة لمراقبة التغيرات في phagosomal منطقة مستعرضة والتمييز بين wildtype وHvcn1 – / – العدلات الماوس، والعدلات الإنسان مع وبدون العمل NADPH أوكسيديز.
The authors have nothing to disclose.
وقد تم تمويل هذا العمل من قبل يرجى يلكوم ترست، والتكنولوجيا الحيوية، ومجلس بحوث العلوم البيولوجية، والنصب التذكاري للزمالة ايروين جوفي.
Candida albicans ATCC 10231 Vitroids 80 CFU | Sigma-Aldrich | RQC14003-10EA | Place directly on a spread agar plate according to the manufacturer's instructions |
YPD broth | Sigma-Aldrich | Y1375 | Follow manufacturer's instructions, various providers exist |
Dextran Clinical grade MW = 200,000-300,000 | MP Biomedicals | 2101514 | Use gloves |
Heparin Sodium solution for infusion (preservative free), 1,000IU/ml | Fannin, Wockhardt UK Ltd | FP1077 | We purchased from UCH inpatient pharmacy |
SNARF-1 Carboxylic Acid, Acetate, Succinimidyl Ester – Special Packaging | Thermo Scientific/Invitrogen | SS22801 | Use gloves |
5-(and-6)-Carboxy SNARF-1, Acetoxymethyl Ester, Acetate | Thermo Scientific/Invitrogen | C1272 | Use gloves |
Vivaglobin human IgG 160mg/ml solution | CSL Behring | received as a gift | Various providers exist |
Normal mouse serum | Abcam | ab7486 | Various providers exist |
Lymphoprep (density gradient medium) | Alere Ltd | 1114547 | Keep sterile and away from direct sunlight, can be substituted by Ficoll-Paque |
Nigericin | Sigma-Aldrich | N7143 | Toxic, use gloves, various providers exist |
Saponin | Sigma-Aldrich | 47036 | Toxic, use gloves, various providers exist |
Dimethyl sulphoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | D8418 | Toxic, use gloves, various providers exist |
4-(2-Hydroxyethyl)piperazine-1-ethanesulfonic acid (HEPES) | Sigma-Aldrich | H3375 | Various providers exist |
Tris(hydroxymethyl)aminomethane (Tris) | Sigma-Aldrich | T1503 | Various providers exist |
Potassium chloride (KCl) | Sigma-Aldrich | P9333 | Various providers exist |
Sodium chloride (NaCl) | Sigma-Aldrich | S7653 | Various providers exist |
Magnesium chloride (MgCl2) | Sigma-Aldrich | M8266 | Various providers exist |
Magnesium sulphate (MgSO4) | Sigma-Aldrich | M7506 | Various providers exist |
Potassium dihydrogen phosphate (KH2PO4) | Sigma-Aldrich | P9791 | Various providers exist |
Calcium chloride (CaCl2) | Sigma-Aldrich | C1016 | Various providers exist |
Glucose | Sigma-Aldrich | D9434 | Various providers exist |
Absolute Ethanol | Sigma-Aldrich | 2860 | Various providers exist |
Diphenylene iodonium (DPI) | Sigma-Aldrich | D2926 | Various providers exist |
Zinc chloride | Sigma-Aldrich | 208086 | Various providers exist, do not dilute in phosphate based buffers as it will precipitate |
Poly L lysine | Sigma | P4707 | Various providers exist |
Laser scanning confocal microscope (Zeiss LSM 700) | Carl Zeiss | The microscope must be able to excite at 555nm and measure emission at two channels simultaneously (560-600nm, >610nm) | |
Ibidi µ slide 8 well ibiTreat | Thistle Scientific | IB-80826 | Other appropriate imaging dishes can be substituted |
Fluorodish Cell Culture Dish-35mm, 23mm well | World Precision Instruments | FD35-100 | Other appropriate imaging dishes can be substituted, different sizes are available |
Soniprep 150 | MSE | Any appropriate sonicator will suffice | |
TC20 Automated Cell Counter | BioRad | Various providers exist | |
1.5ml Protein LoBind Tubes | Sigma-Aldrich | Z666505-100EA | Specially used as Candida can stick to normal eppendorfs |