Mess Antikörper Funktion ist der Schlüssel zum Verständnis Immunität gegen Plasmodium falciparum Malaria. Diese Methode beschreibt die Reinigung von lebensfähigen Merozoiten und Messung der Opsonisierung-abhängigen Phagozytose mittels Durchflusszytometrie.
Plasmodium falciparum Merozoiten-Antigene sind in der Entwicklung als potentielle Malaria-Impfstoffen. Ein Aspekt der Immunität gegen Malaria ist die Entfernung von freien Merozoiten aus dem Blut durch Fresszellen. Doch die Beurteilung der funktionellen Wirksamkeit von spezifischen merozoite opsonierende Antikörper ist eine Herausforderung aufgrund der kurzen Halbwertszeit von Merozoiten und der Variabilität der primären Fresszellen. Im Detail hierin beschrieben ist ein Verfahren zur Erzeugung lebensfähiger Merozoiten mit dem E64-Protease-Inhibitor und ein Assay von Merozoiten opsonin Phagozytose mit dem pro-Monozyten-Zelllinie THP-1. E64 verhindert Schizont Bruch, während der die Entwicklung von Merozoiten, die durch Filtration des behandelten Schizonten freigegeben werden. Ethidiumbromid markierten Merozoiten mit menschlichen Plasmaproben opsonisierten und THP-1-Zellen gegeben. Die Phagozytose wird durch eine standardisierte Hochdurchsatz-Protokoll bewertet. Lebensfähige Merozoiten sind eine wertvolle Ressource für die Beurteilung der zahlschiedenen Aspekten der P. falciparum Biologie, einschließlich der Beurteilung der Immunfunktion. Antikörperspiegel von diesem Test gemessen werden mit klinischen Immunität gegen Malaria in natürlich exponierten Personen verbunden. Der Test kann auch von Nutzen für die Bewertung Impfstoff induzierte Antikörper sein.
Die Bedeutung von Antikörpern zur Immunität gegen Plasmodium falciparum Malaria wurde vor 40 Jahren, als Immunglobulin von hyperimmunen Erwachsenen wurde passiv an Kinder, die an schwerer Malaria was zu Krankheit gelindert 1 übertragen gezeigt. Folglich wurden beträchtliche Anstrengungen versucht, Ziele Malariaschutzimmunität zu identifizieren, vor allem durch Messung der Antikörpertiter gegen Peptide oder bakteriell exprimierten Proteinen durch ELISA. ELISA-Serologie hat sich auch als sehr variabel zwischen Studien und keine Antikörper Funktionalität 2 zu adressieren. Viele Malaria-Antigene induzieren eine cytophilen IgG1 und IgG3 Antikörperprofil, insbesondere Merozoiten-Oberflächenantigene 3. Diese Unterklasse Bias nahe, dass Antikörper-Fc-Rezeptor (EKR) Wechselwirkungen mit Fresszellen sind wichtig für die Effektor-Funktionen von opsonisierenden antimerozoite Antikörper 4. Mehrere merozoite Antigen-Impfstoffe in der Entwicklung sind so ausgelegt,entlocken Phagozyten Effektorfunktionen 5, 6 und obwohl bedeutende Beweise für die Bedeutung der Antikörper-FcR-Wechselwirkungen in Nagetiermodellen von Malaria existiert 7-9, und einige neuere Studien die Bedeutung funktioneller Antikörper und Phagozyten Effektorfunktionen für Immunität gegen Malaria beim Menschen 10, 11, bleibt dieser Bereich nur wenig untersucht. Studie in Merozoiten spezifischen opsonierende Antikörper wurde durch zwei Faktoren begrenzt; die Schwierigkeit bei der Isolierung gute Qualität Merozoiten; und variable Phagozytose Antworten von Primärzellen.
Bis vor kurzem wurden Hochgeschwindigkeits-Zentrifugation oder Percoll Dichtegradienten verwendet, um Merozoiten aus Kulturüberständen von Kulturen Aufbrechen Schizonten zu isolieren. Diese Merozoiten waren selten lebensfähig, und oft durch Dichte-Zentrifugation manipuliert und mehrere Waschschritte 12, 11 oder Kryokonservierung vor der Verwendung in Assays. Diese proczesse möglicherweise lösen viele peripher assoziierte Proteine aus der Merozoitenoberfläche, Proteine bekannt, antigene Ziele von Malaria Immunität 13 sein. Vor kurzem hat die Cystein-Protease-Inhibitor-Epoxysuccinyl trans-L-leucylamido (4-Guanidino)-butan (E64) wurde verwendet, um lebensfähige Merozoiten erzeugen. E64 verhindert Schizonten Bruch, Erzeugen Membran eingeschlossen Merozoiten 14, der durch Filtration aufgebrochen können tragfähige Merozoiten 15, 16 freizusetzen. Diese Technik hat sich auf die räumliche Auflösung von zahlreichen Proteinen während der Erythrozyten-Invasion 15, 17-19 zu führen und hat die Bühne spezifische Wirkung von mehreren Medikamenten gegen Malaria 16, 20 geklärt. Jedoch bleibt die Erzeugung von lebensfähigen Merozoiten technisch anspruchsvoll. Um die Verbreitung dieser Technik und Anwendung auf funktionelle Assays der Immunität, ein detailliertes Protokoll für lebensfähige merozoite Reinigung und ihre Verwendung in eine Beihilfestandardisierte Funktionstest von Antikörper: Zell Zusammenarbeit in Opsonisierung und Phagozytose wird hier beschrieben.
Diese Technik zeigt einen deutlichen Fortschritt gegenüber früheren in vitro-Assays von Merozoiten Opsonisierung, wie Neutrophilen Respiratory Burst, Antikörper-abhängige zelluläre Inhibition (ADCI) und alternative merozoite Phagozytose-Assays. Diese Assays sind schlecht reproduzierbar aufgrund der Variation Parasiten Eingänge und der Aktivität der primären phagozytischen Zellen 11, 21. Kontaminierende Hämozoin kann auch tiefgreifend beeinflussen Phagozytenfunktion 22. Eine vor kurzem berichtet, robuste und reproduzierbare merozoite Phagozytosetest 23 nutzt die promonocytic Zelllinie THP-1-24. Dies ist eine ideale Zelltyp für hohen Durchsatz Durchflußzytometrie-Assays, da es nicht anhaftenden und führt insbesondere Fc-Rezeptor-vermittelte Phagozytose 25, 26. Eine zusätzliche Komplexität, während Investorentigating Phagozytose ist, dass das Ausmaß der Phagozytose ist abhängig von der Anzahl der Merozoiten in Bezug auf THP-1-Zellen und der Plasmakonzentration. Um die Reproduzierbarkeit zwischen den Experimenten zu gewährleisten, sollte Merozoiten zählt werden und eine definierte Konzentration verwendet. Aufgrund ihrer geringen Größe durchflusszytometrische Quantifizierung ist nicht erforderlich.
Das hier beschriebene Verfahren entfernt Hämozoin und erzeugt lebensfähig Merozoiten, und beschreibt eine Anwendung dieser Merozoiten für die Durchflusszytometrie Aufzählung der Merozoiten gefolgt von Opsonisierung und Phagozytose. Obwohl technisch anspruchsvoll, können die beschriebenen Techniken nützlich bei der Aufklärung der Beitrag der Merozoiten-Oberfläche spezifische Antikörperantworten auf natürlich erworbene Immunität induziert und Impfstoff beweisen.
Um merozoite Phagozytose zu messen, wird Kenntnisse in zwei Techniken erforderlich: Reinigung von Merozoiten und THP-1 Phagozytose-Assay. Die wichtigsten Schritte für die Kombination dieser beiden Techniken sind: 1) Hoch synchronisiert Parasiten; 2) Hinzufügen von E64 an der richtigen Zeit, um Membran umschlossen Merozoiten ergeben; 3) Entfernen Hämozoin zu Aggregaten zu vermeiden; 4) Genaue merozoite Zählung mittels Durchflusszytometrie; 5) die Verdünnung des Plasmas verwendet wird; und 6) die Aufrechterhaltung geringer Zelldichte und der Passagenzahl von THP-1-Zellen. Die sorgfältige Abwägung dieser Schlüsselaspekte wird dafür sorgen, robust Phagozytose Reaktionen beobachtet werden.
Obwohl hier beschrieben ist die Herstellung von Merozoiten zur Beurteilung Phagozytose, kann die Technik für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Unabhängig von der Nachfolge Methodik optimal merozoite Vorbereitungen hängen korrekt Zeit E64 zusätzlich um Merozoiten generieren. Die hier beschriebene Methode ist E64 bis y gezeigtield invasive Merozoiten für den Einsatz in hochauflösende Mikroskopie der Invasion Ereignisse und Arzneimittelempfindlichkeit Assays 15-20. Während Merozoiten Fähigkeit nicht wesentlich ist für die Phagozytose wird Integrität des Merozoiten-Oberflächenbeschichtung erforderlich. Daher ist die hier beschriebene Methode ermöglicht E64 hochwertigen Merozoiten für Antikörper-Antworten auf die Beurteilung der Oberflächenlack hergestellt werden. Wie in Fig. 1 dargestellt, wenn E64 zu früh oder zu spät zugegeben Membran eingeschlossen Merozoiten nicht ausgebildet sind. Aus diesem Grund sind sehr Synchronparasitenkulturen erforderlich. Hier ist die Verwendung von Sorbit und Heparin Behandlungen klein synchronisieren D10-GFP Parasiten Kulturen zu einem Fenster von 2 Stunden beschrieben. Heparin kann gametocytogenesis Förderung in anderen Labor isoliert, und sollte daher mit Bedacht eingesetzt werden. Alternative Synchronisationsverfahren, wie Alanin können ebenfalls verwendet werden, vorausgesetzt, dass dicht synchronisierten Parasiten erzeugt 29. Wenn E64 wird, um asynchrone Parasiten hinzu, eine untere Stützeortion von Membran-umschlossenen Merozoiten produziert werden und die verbleibenden Parasiten infizierten RBC wird entweder normal oder Bruch entwickeln abnorme Morphologie. Die Anwesenheit der Parasiten, die nicht in Membran umschlossen Merozoiten entwickelt haben, in ein Verstopfen des Filters führen und reduzieren die erhaltene merozoite Ausbeute.
Bei der Filtration von Membran-umschlossenen Merozoiten ist Hämozoin befreit von der Verdauungs Vakuolen und ist als freie Kristalle in Lösung vor. Hemozoin sehr proinflammatorischen und wurde berichtet, Monozyten-und Makrophagen-Phagozytose Antworten 30, 31 zu modulieren. Zusätzlich zum Modulieren Phagozytose, wie in Fig. 2 gezeigt, kann Hemozoin Aggregaten mit Merozoiten in Lösung zu bilden. Als THP-1-Zellen können diese Aggregate phagozytieren, kann dies ein wichtiger Störfaktor für die Auflösung der Antikörper-vermittelten Phagozytose sein. Daher ist in diesem Test av Entfernen Hemozoin erforderlichenoid zusätzliche Komplexität Hämozoin auf Phagozyten Biologie. Darüber hinaus können zu einem Ausfall Hämozoin entfernen auch schädlich sein, wenn Sie diese Technik, um kostenlos Merozoiten für andere Anwendungen zu erzeugen, vor allem wenn merozoite Quantifizierung erforderlich.
Wie in Fig. 4 dargelegt, die Anzahl der Merozoiten zu dem Assay zugesetzt werden das Ausmaß der Phagozytose durch THP-1-Zellen zu beeinflussen. Obwohl Durchflusszytometrie ermöglicht Aufzählung merozoite Konzentration, sorgfältige Pipettieren und replizieren Grafen von Merozoiten sind notwendig, um die Genauigkeit zu verbessern. Dies ist besonders kritisch, wenn mehrere Parasitenlinien nebeneinander getestet werden. Es wurde bereits nachgewiesen, dass Plasma von semi-immunen Kinder von PNG deutlich verdünnt, bevor Antworten sinken 23 werden. Beschrieben wird hier die optimale Verdünnung von Plasma (1/120, 000 endgültigen Verdünnung von Plasma) für eine Kohorte von 5-12 Jahre alten Kinder, die das PNG große Auswahl an phagocyt hergestellt. in 5 beschrieben ose Antworten Dieser Bereich für die Stratifizierung der Antworten erlaubt in vier Gruppen (0 – 19%, 20-39%, 40-59% und 60-79% Phagozytose) und Regressionsanalyse ergab, dass opsonisierenden Antworten wurden im Zusammenhang mit Schutz vor klinischer Erkrankung und hoher Dichte Parasitämie 10 Für verschiedene Kohortenstudien kann es erforderlich sein, Plasmaverdünnung einzustellen, um die Phagozytose durch THP-1-Zellen ausgelassen oder unterhalb der Nachweisgrenze gesättigt.
Durchfluss-Zytometrie ermöglicht schnelle und messbare Phagozytose mit verbesserter Genauigkeit über Mikroskopie. Dieses Protokoll ist ein Hochdurchsatz-, Platten-basierte und automatisierte Übernahme von 96-Well-Platten natürlich erworbenen humoralen Immunität zu studieren. Das Verfahren erfordert Anfärbung mit Ethidiumbromid Merozoiten jedoch alternative DNA-Flecken wie SYBRGreen, DAPI und Propidiumiodid, Membranprotein Flecken oder Flecken verwendet werden könnte. Dieser Test wäre zugänglich Primary Monozyten oder Neutrophile und könnte angepasst werden, wenn Phagozyten oder FcR Biologie von Interesse war. Primärzellen oder THP-1-Zellen in vitro mit PMA unterscheiden kann zur Phagozytose in Malaria und anderen Krankheitserregern 12, 32-34 untersuchen. Doch mit Primärzellen kann eine Herausforderung sein, da diese Zellen anhaften und auch anzeigen Nicht-Antikörper-vermittelte Phagozytose 35. Außerdem Variabilität in der Reinheit, der Lebensfähigkeit und Funktionalität sind einige der wichtigsten Einschränkungen für die Verwendung von Primärfresszellen. Die Fc-Rezeptoren in Merozoiten Phagocytose beteiligt bleiben charakterisierter und damit mit blockierenden Antikörpern an spezifische Fc-Rezeptoren könnte der Beitrag jedes Fc-Rezeptor Phagozytose Merozoiten aufzuklären. THP-1 Phagozytose ist FcR abhängig, dies ermöglicht eine einfache Interpretation der beobachteten Phagozytose. Dieser Test eignet sich auch zur Adressierung der Antigenspezifität von opsonisierenden Antikörpern, die durch util erreicht werden konnteizing Knock-out-Parasiten für Merozoiten-Oberflächenantigene oder mit gereinigter menschlicher Antikörper für Oberflächenproteine Merozoiten. Darüber hinaus in der Tiefe Studien Zytokinreaktionen folgenden merozoite Phagozytose fehlen, und konnte in diesem Test erreicht werden.
Diese beiden Techniken bilden erhebliche Fortschritte auf die Untersuchung von funktionalen antimerozoite Antikörpern. Die Reinigung von hochwertigen Merozoiten ist vorteilhaft, mit kryokonservierten Merozoiten oder fluoreszierende Mikrosphären mit merozoite Antigenen beschichtet. Obwohl dieser Test wurde als ein Werkzeug für die Bewertung natürlich erworbene Immunität verwendet wurde, kann es ein wichtiges Werkzeug für die Adressierung der Erwerb von Immunität in Reaktion auf die Impfung zu beweisen. Während es wurde kürzlich gezeigt, dass die Phagozytose oder Merozoiten opsonisiert mit Schutz vor klinischer Malaria verbunden sind, ist es nicht möglich, direkte Rückschlüsse aus in vitro-THP-1-Phagozytose in vivo phagocyto zeichnensis von Merozoiten Phagozytose in diesem Test erfolgt unter statischen Bedingungen und in Abwesenheit von konkurrierenden roten Blutkörperchen. Die möglichen Anpassungen dieser Test kann somit ein vielseitiges Werkzeug für das weitere Verständnis von Malaria und merozoite Phagozytose.
The authors have nothing to disclose.
Die Autoren möchten sich die Kinder und Erwachsenen Plasmaspendern und das Personal an der Papua-Neuguinea-Institut für Medizinische Forschung anzuerkennen. Die Autoren bedanken sich bei Amandine B Carmagnac, Catherine Q Nie, Danny Wilson W, Ivo Müller und Diana S Hansen für ihren Beitrag zur Entwicklung dieser Technik zu danken, und ich danke den australischen Rotes Kreuz für Blut und Serum-Packs. Diese Arbeit über viktorianische Staatsregierung Operational Support der Infrastruktur und der australischen Regierung NHMRC IRIISS ermöglicht. Diese Arbeit wurde vom National Health and Medical Research Council gewährt # 1031212 und # 637406 und National Institutes of Health Zuschuss # AI089686.
THP-1 cell line | American Type Culture Collection | TIB-202 | |
RPMI-1640 | Gibco | 31800-089 | |
Fetal Calf Serum (FCS) | Invitrogen | 10099-141 | |
2-mercapthoethanol | Sigma-Aldrich | M6250-100ML | Use in Fume Hood |
Pen/Strep Solution (100x) | Sigma | P0781 | |
HEPES | SAFC | 90909C | Cell culture grade |
hypoxanthine | Calbiochem | 4010 | |
Human Serum | Donation from Autralian Red Cross | Available commercially (i.e. Invitrogen) | |
sodium bicarbonate (NaHCO3) | Merck | 1.06329.0500 | |
gentamycin | Pfizer | 61022027 | Injection Quality |
heparin Sodium BP (5000IU/mL) | Pfizer | procine origin | |
Blasticidin S-hydrochloride | Sigma-Aldrich | 15205 | |
D-sorbitol | Sigma-Aldrich | 50-70-4 | |
E64 Protease Inhibitor | Sigma-Aldrich | E3132-10MG | |
KH2PO4 | Sigma-Aldrich | 98281-100G | Use for phosphate buffer |
Na2HPO4.2H20 | Merck | 10383.4G | Use for phosphate buffer |
Giemsa's azur eosin methylene blue solution | Merck | 1.09204.0500 | 1:10 dilution in 6.7mN Phosphate buffer (make fresh each stain) |
EDTA disodium salt | Merck | 10093.5V | 0.1M, pH 7.2 |
Acrodisc Syringe Filters 1.2-μm/32-mm | Pall Life Sciences | 4656 | |
QuadroMACS Separator (for small column) | MACS Miltenyi BioTec | 130-091-051 | Interchangeable with MidiMACS |
VarioMACS Separator (for large columns) | MACS Miltenyi BioTec | 130-090-282 | |
MACS MultiStand | MACS Miltenyi BioTec | 130-042-303 | |
LS Column (small magnetic column) | MACS Miltenyi BioTec | 130-042-401 | |
large magnetic column | MACS Miltenyi BioTec | 130-041-305 | |
Ethidium Bromide | Bio-Rad | 1510433 | Cytotoxic |
CountBright Absolute Counting Beads | Invitogen | C36950 | |
BD FACSCalibur Flow Cytometer with HTS plate reader | BD Biopsciences | ||
EDTA disodium salt | Merck | 10093.5V | 0.1M, pH 7.2 |
FlowJo cytometry analysis software | Tree Star |