ゼブラフィッシュにおける自然免疫の健康の指標として呼吸バースト応答の定量化
Summary
自然免疫応答は、病原体感染に対する生物を保護します。自然免疫応答の重要な構成要素は、食細胞の呼吸バーストは、侵入する微生物を殺す活性酸素種を生成します。我々は、先天性免疫応答が化学的に誘発されたときに生成される活性酸素種を定量化する呼吸バーストアッセイを記載している。
Abstract
食細胞の呼吸バーストは病原体感染に対する自然免疫応答の一部であり、活性酸素種（ROS）の産生を伴う。 ROSは毒性があり、食作用を受けた微生物を死滅させるように機能する。食細胞由来のROSのインビボ定量は堅牢な自然免疫応答をマウントする生物の能力に関する情報を提供する。ここでは、食細胞の呼吸バーストの化学誘導時に全体のゼブラフィッシュ胚におけるROSを定量化し、比較するためのプロトコルを記述します。この方法は、ROSによる酸化の際に蛍光性となる非蛍光化合物を利用する。個々のゼブラフィッシュ胚は、マイクロプレートのウェルにピペットおよび呼吸バーストの化学誘導物質の有無にかかわらず、この蛍光性基質中でインキュベートする。各ウェルの蛍光をマイクロプレートリーダーを用いて、所望の時点で定量化される。蛍光読み取りは、バックグラウンド蛍光を除去するように調整され、次いで同時対応のないt検定を使用してmpared。この方法は、異なる発達段階で、そのようなタンパク質のノックダウン、過剰発現、あるいは薬理学的薬剤を用いた治療などの実験操作に応答したゼブラフィッシュ胚の呼吸バーストの可能性を比較することができます。この方法はまた、成体ゼブラフィッシュの腎臓および他のいくつかの魚種からの全解剖腎臓または細胞調製物中の呼吸バースト応答をモニターするために使用することができる。私たちは、このプロトコルの相対的なシンプルさと適応性は、既存のプロトコルを補完し、より良い自然免疫応答を理解しようと研究者を対象としています信じています。
Introduction
先天性および適応免疫：免疫システムは、2つのブランチで構成されている。自然免疫は、進化的に適応免疫よりも古代のです。脊椎動物は、先天性および適応ブランチの両方を有するのに対し、無脊椎動物は、現在、唯一の自然免疫を有すると考えられている。適応免疫は、特定の病原体に特異的かつ長期的な免疫を付与しながら、先天性免疫は、細菌、ウイルス、および真菌の侵入に対する即時応答である。自然免疫応答の重要な側面は、外国の侵略者を巻き込むと破壊する食細胞（ 例えば 、マクロファージ、好中球）の炎症と採用になりサイトカインやケモカインの放出を伴う。
成功した自然免疫応答が関与：侵入する微生物の（1）認識、適切なシグナル伝達カスケード（サイトカインおよびケモカインの例リリース）の（2）の誘導、食細胞の（3）適切な発達/十分な数、（4）感染の部位への食細胞の遊走、病原体（5）を飲み込み、そして微生物の貪食（6）の破壊。これらのステップのいずれか1の欠乏は圧倒されたホストにつながる、感染に屈する可能性があります。それはすべての植物や動物の病原体に対する防御の最前線であるため、堅牢な自然免疫応答は、生物の健康に不可欠です。脊椎動物では、それはまた、適応免疫応答を増強する1。そのため、我々はそれをよりよく理解し、その機能を最適化するために、自然免疫応答のすべての側面を評価することができることが重要です。
多くのモデル生物は、 アラビドプシスから℃の範囲、自然免疫の研究に使用されている培養したヒト細胞へのマウスにショウジョウバエの虫 。自然免疫の研究にゼブラフィッシュ（ ゼブラフィッシュ ）のモデルシステムを使用する利点は、ゼブラフィッシュは、先天性および適応の両方のIMで、脊椎動物であるということですmunity、まだ自然免疫と獲得免疫の開発が一時的に分離されています。適応免疫は約4〜6週間の受精後2を発生する、完全に機能するようになるまでのゼブラフィッシュは、単に感染に対する防御のための自然免疫に依存しています。遺伝子操作、光学的透明性と迅速な、外部の開発のためのツールに加えて、ゼブラフィッシュ胚における守備の原則モードなどの自然免疫は、 生体内での自然免疫応答の複雑さを研究するする単純化したモデルが用意されています。
複数のプロトコルは、ゼブラフィッシュ胚における先天性免疫応答の異なるファセットを評価するために開発されてきた。マイクロアレイおよびRNAseqは、ゼブラフィッシュ自然免疫応答によって誘発されるサイトカインプロフィールがヒトのものと同様であり、また、先天性免疫3,4の予想外の遺伝子の関与が示唆されていることを検証しています。ゼブラフィッシュ胚および蛍光の透明性、トランスジーン病原体およびゼブラフィッシュのIC株は、リアルタイムで、生体内で動的な宿主-病原体相互作用の可視化を可能にします。好中球特有のミエロプロモーター 5,6またはマクロファージ特異的MPEG1プロモーター 7の制御下にGFPを発現するトランスジェニックゼブラフィッシュ胚は、食作用および破壊を視覚化するために局所的な感染症の8と同様の部位への食細胞の遊走を可視化し、定量化することが可能になってきた蛍光標識された病原体8,9。ゼブラフィッシュ胚はまた、ハイスループットアッセイおよび化学スクリーンの生成に適している。従って、感染10と化学的に誘発される損傷の部位11に食細胞の移行の際にトランスクリプトーム解析のハイスループット法が最近開発されている。
上記の技術のうち、どれも定量的に食細胞による病原体の破壊の最終段階を評価しません。この最終段階飲み込ま病原体を殺す呼吸バースト（ すなわち 、ROSの生産および他の毒性化合物）を伴う。酵素NADPHオキシダーゼは、食細胞内ROSの主要な源である。酸素への電子の伝達におけるNADPHオキシダーゼ酵素結果のサブユニットのアセンブリー、スーパーオキシドアニオンを生成する。その後の酵素反応を介して、スーパーオキシドは、その後過酸化水素および次亜塩素酸（ 図1A）に変換することができる。これは、病原体を殺すため、ゼブラフィッシュ胚の呼吸バーストの可能性の定量化は、全体的な自然免疫の健康の指標である食細胞の呼吸バーストです。私たちは、個々のゼブラフィッシュ胚12のグループで呼吸バーストを定量化するための蛍光ベースのアッセイを開発しました。このアッセイは、市販の、細胞浸透性色素の非蛍光、還元体を利用する。この色素は、2 '、7'-ジクロロジアセテート（H2DCFDA）は、fluoresに変換される酸化時セント化合物、2 '、7'-ジクロロフルオレセイン（DCF）。食細胞呼吸バーストによって生成された多様なROSがH2DCFDAを酸化し、蛍光24を生成することができます。蛍光の出現は、ゼブラフィッシュのグループ間の呼吸バースト応答を定量化し、比較することができる。プロテインキナーゼCアゴニストホルボールミリステートアセテート（PMA）は、化学的にROSを生成するNADPHオキシダーゼを誘導し、従って、蛍光読み取り（ 図1B）を増加させるために使用される。ここに、我々は、このゼブラフィッシュ胚呼吸バーストアッセイの修正と最適化されたバージョンの詳細なプロトコルを提供する。このアッセイは、経時的および/ または実験操作（ 例えば、モルホリノ媒介性タンパク質ノックダウン）に応答して、個々のゼブラフィッシュ胚の呼吸バースト群間を比較するために使用することができる。この方法の使用は、他のゼブラフィッシュ先天性免疫アッセイと連動して、複雑で重要なのより完全な像を提供する先天性免疫応答。
Protocol
Representative Results
Discussion
食細胞の主な機能は、検出巻き込む、および病原体を破壊することである。適切な呼吸バーストを生成する食細胞の能力は、この機能のために重要である。したがって、呼吸バースト応答の定量化は、個体群間および/または実験操作に応答して一般的な先天性免疫の健康および機能の比較を可能にする一つの方法である。ここでは、誘導し、定量化、および個々のゼブラフィッシュ胚のグル…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、キム·ラボ、有用な議論やデータ共有のためのゼブラフィッシュのケアとメンテナンス、ロバート·ウィーラーのためのマークNilanの過去と現在のメンバーに感謝して、NIHの助成金3RO1GM087308-02S1と1P20RR024475-01A2およびメイン州農林う資金調達のために駅（公開番号3303）を試してみてください。
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Instant Ocean Sea Salt | Instant Ocean | SS15-10 | |
| H2DCFDA | Sigma Aldrich | 35845-1G | |
| PMA | Fisher | BP6851 | |
| DMSO | Sigma Aldrich | D2438-5X10ML | |
| Tricaine S MS222 | Western Chemical | 100 grams | |
| DMEM/F-12, No Phenol Red | Life Technologies | 11039-021 | |
| Deep Petri Dishes | VWR | 89107-632 | |
| Plastic Transfer Pipettes | Fisher | 13-711-7M | |
| #5 Dumont Forceps | Electron Microscopy Sciences | 72700-D | |
| 1.7 ml Micro Centrifuge Tubes | Axygen | 10011-724 | |
| 15 ml Conical Centrifuge Tubes | VWR | 21008-918 | |
| 5 ml Serological Pipettes | Greiner Bio One | 606180 | |
| Synergy 2 Multi-Mode Microplate Reader | BioTek | Contact BioTek | |
| Black 96 Well Microplate | VWR | 82050-728 | |
| 25 ml Sterile Reservoirs | VistaLab | 3054-2003 | |
| P200 Pipettor | Gilson | F123601 | |
| Multichannel Pipettor | VWR | 89079-948 | |
| Pipette Tips | VWR | 89079-478 |
Referenzen
- Medzhitov, R., Janeway, C. A. Innate Immunity: Impact on the Adaptive Immune Response. Current Opinion in Immunology. 9, 4-9 (1997).
- Lam, S. H., Chua, H. L., et al. Development and Maturation of the Immune System in Zebrafish, Danio rerio: A Gene expression Profiling. In Situ Hybridization and Immunological. 28, 9-28 (2004).
- Stockhammer, O. W., Zakrzewska, A., et al. Transcriptome Profiling and Functional Analyses of the Zebrafish Embryonic Innate Immune Response to Salmonella Infection. J Immunol. 9. 9, 5641-5653 (2009).
- Ordas, A., Hegedus, Z., et al. Deep Sequencing of the Innate Immune Transcriptomic Response of Zebrafish Embryos to Salmonella Infection. Fish & Shellfish Immunology. 31, 716-724 (2011).
- Renshaw, S. A., Loynes, C. A., et al. A Transgenic Zebrafish Model of Neutrophilic Inflammation. Blood. 13, 3976-3978 (2006).
- Mathias, J. R., Perrin, B. J., et al. Resolution of Inflammation by Retrograde Chemotaxis of Neutrophils in Transgenic Zebrafish. J. Leukoc. Biol. 6, 1281-1288 (2006).
- Ellett, F., Pase, L., et al. mpeg1 Promoter Transgenes Direct Macrophage-Lineage Expression in Zebrafish. Blood. 4, 56-56 (2011).
- Phennicie, R. T., Sullivan, M. J., et al. Specific Resistance to Pseudomonas aeruginosa Infection in Zebrafish is Mediated by the Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator. Infect. Immun. 11, 4542 (2010).
- Brothers, K. M., Newman, Z. R., et al. Live Imaging of Disseminated Candidiasis in Zebrafish Reveals Role of Phagocyte Oxidase in Limiting Filamentous Growth. Eukaryotic Cell. 7, 932-944 (2011).
- Rotman, J., van Gils, W., et al. Rapid Screening of Innate Immune Gene Expression in Zebrafish using Reverse Transcription – Multiplex Ligation-Dependent Probe Amplification. BMC Research Notes. 4, (2011).
- d’Alencon, C. A., Pena, O. A., et al. A High-Throughput Chemically Induced Inflammation Assay in Zebrafish. BMC Biology. 8, 151 (2010).
- Hermann, A. C., Millard, P. J., et al. Development of a Respiratory Burst Assay using Zebrafish Kidneys and Embryos. Journal of Immunological Methods. 292, 119-129 (2004).
- Avdesh, A., Chen, M., et al. Regular Care and Maintenance of a Zebrafish (Danio rerio) Laboratory: An Introduction. J. Vis. Exp. (69), e4196 (2012).
- Brothers, K. M., Wheeler, R. T. Non-invasive Imaging of Disseminated Candidiasis in Zebrafish Larvae. J. Vis. Exp. (65), e4051 (2012).
- Yuan, S., Sun, Z. Microinjection of mRNA and Morpholino Antisense Oligonucleotides in Zebrafish Embryos. J. Vis. Exp. (27), e1113 (2009).
- Gerlach, G. F., Schrader, L. N., et al. Dissection of the Adult Zebrafish Kidney. J. Vis. Exp. (54), e2839 (2011).
- Gupta, T., Mullins, M. C. Dissection of Organs from the Adult Zebrafish. J. Vis. Exp. (37), e1717 (2010).
- Le Guyader, D., Redd, M. J., et al. Origins and Unconventional Behavior of Neutrophils in Developing Zebrafish. Blood. 111, 132-141 (2008).
- Davidson, A. J., Zon, L. I. The ‘Definitive’ (and ‘Primitive’) Guide to Zebrafish Hematopoiesis. Oncogene. 23, 7233-7246 (2004).
- Jovanovic, B., Goetz, F. W., et al. Immunological Stimuli Change Expression of Genes and Neutrophil Function in Fathead Minnow Pimephales promelas Rafinesque. Journal of Fish Biology. 78, 1054-1072 (2011).
- Niethammer, P., Grabher, C., et al. A Tissue-Scale Gradient of Hydrogen Peroxide Mediates Rapid Wound Detection in Zebrafish. Nature. 459, 996-1000 (2009).
- Thisse, B., Pflumio, S., et al. Expression of the zebrafish genome during embryogenesis. (NIH R01 RR15402). ZFIN Direct Data Submission. , (2001).
- Thisse, B., Thisse, C. Fast Release Clones: A High Throughput Expression Analysis. ZFIN Direct Data Submission. , (2004).
- . Table 18.4. The Molecular Probes Handbook. , .
