Análisis del daño epitelial Producido por<em> Entamoeba histolytica</em> Infección
Summary
La infección humana por Entamoeba histolytica conduce a la amebiasis, una causa importante de diarrea en los países tropicales. La infección se inicia por la interacción de agentes patógenos con células epiteliales intestinales, provocando la apertura de los contactos célula-célula y en consecuencia la diarrea, a veces seguido por infección del hígado. Este artículo proporciona un modelo para evaluar las primeras interacciones huésped-patógeno para mejorar nuestra comprensión de la patogénesis de la amibiasis.
Abstract
Entamoeba histolytica es el agente causante de la amebiasis humano, una causa importante de diarrea y absceso hepático en los países tropicales. La infección se inicia por la interacción del patógeno con las células epiteliales intestinales. Esta interacción da lugar a una alteración de las estructuras intracelulares tales como uniones estrechas (TJ). TJ asegurar el cierre de la capa epitelial para separar el tejido del huésped de luz intestinal. Estudios recientes demuestran que la interrupción de TJ por la EhCPADH112 proteína parasitaria es un requisito previo para E. invasión histolytica que se acompaña de disfunción de la barrera epitelial. Por lo tanto, el análisis de los mecanismos moleculares implicados en TJ desmontaje durante E. invasión histolytica es de suma importancia para mejorar nuestra comprensión de la patogénesis de la amibiasis. En este artículo se presenta un modelo sencillo que permite la evaluación de las interacciones huésped-patógeno iniciales y el potencial de la invasión del parásito. Parámetros que deben analizarse incluyen tresistencia eléctrica ransepithelial, la interacción de EhCPADH112 con receptores de la superficie epiteliales, cambios en la expresión y localización de marcadores epiteliales de unión y localización de moléculas de parásitos dentro de las células epiteliales.
Introduction
Entamoeba histolytica es un protozoo único responsable de la amibiasis humana, una infección intestinal de células causando inflamación y diarrea. E. histolytica infecta a 50 millones de personas al año, pero sólo alrededor del 10% de las personas infectadas desarrollan los síntomas asociados a la amibiasis 1. La infección se produce por ingestión de alimentos contaminados o agua que contiene E. quistes histolytica. En el intestino, quistes producen trofozoítos en vivo que se adhieren a la mucina de colon y proliferan 2. Los trofozoítos suelen formar quistes que se excretan a través de las heces. En otros casos y por razones aún desconocidas, trofozoítos rompen la capa del epitelio intestinal e invaden los tejidos subyacentes. En el peor de los casos, entran en el torrente sanguíneo y afectan a otros órganos como el hígado 3.
Rompiendo la barrera epitelial requiere la interrupción de las estructuras epiteliales transmembrana que mantienen las células unidas. Célula epitelialcontactos se forman por el complejo de unión apical que consiste de apretado (TJ) y uniones adherentes (AJ), y desmosomas 4. Las uniones más apical son TJ, y por lo tanto, que son la primera barrera afrentado por E. histolytica y algunos otros patógenos durante la invasión del huésped. TJ se componen de los receptores de adhesión transmembrana como claudins, occludin y moléculas de adhesión de unión (JAM) que se dedican a la homo-o interacciones heterófilos con receptores de la célula vecina. Están intracelularmente obligados por moléculas de andamio de los zonula occludens (ZO) de la familia que se conectan los receptores de adhesión a citoesqueleto de actina para proporcionar más resistencia mecánica al epitelio. TJ son responsables para el sellado de tejido intestinal desde el lumen intestinal, evitando que el agua excesivo y fugas de soluto. Así, después de TJ se interrumpen por el parásito, los tejidos son invadidos. E. histolytica segrega varias moléculas tales como: (i) los implicados en la adhesión de las amebas a Target células 5; (Ii) factores activos de membrana que participan en la destrucción de las células huésped por exocitosis, por ejemplo, los péptidos que forman canales iónicos denominados amoebapores 6,7; y (iii) las proteinasas que degradan las proteínas de la matriz extracelular y median tejido desintegración 5,8,9.
La proteasa cisteína EhCP112 y la molécula de adhesión EhADH112 que en conjunto forman el complejo EhCPADH112 son dos E. histolytica virulencia proteínas que desempeñan un papel importante en el desmontaje de TJ 10. Trofozoítos vivo, sus lisados totales y productos secretados inducen cambios moleculares en la perturbación compleja y funcional TJ de la barrera epitelial. En este estudio, se muestra que EhCP112 y EhADH112 interactúan con ocludina y claudina-1 proteínas que conducen a la internalización y la degradación de proteínas de la célula, facilitando de este modo E. entrada histolytica a través de la ruta paracelular.
Nuestros datos y los Of otros grupos 11-17 sugieren fuertemente la necesidad de las interacciones huésped-patógeno específicos que permiten la invasión del parásito. Revelación de la base molecular de estas interacciones es de suma importancia para una mejor comprensión de la patogénesis de la amebiasis. Perturbación selectiva de TJ por trofozoitos, caracterizado por aumento de la permeabilidad paracelular, se puede medir por una disminución en la resistencia eléctrica transepitelial (TER). La transferencia de las proteínas parasitarias hacia epitelios huésped puede ser determinado por tinción de inmunofluorescencia y microscopía láser confocal, un método que también puede revelar co-localización de los factores de virulencia de ameba con marcadores epiteliales de unión que indican posibles interacciones directas. En este artículo, describimos en detalle cómo se cultivan, cosechan y se manipulan para examinar las interacciones huésped-patógeno y sus consecuencias células epiteliales y trofozoítos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Con el fin de estudiar in vitro las interacciones huésped-patógeno durante la infección epitelial por E. histolytica, es fundamental trabajar con culturas bien establecidos de ambas células epiteliales y trofozoítos. Por ejemplo, anteriormente, E. culturas histolytica usualmente se habían establecido en asociación con ciertas especies de bacterias o tripanosomátidos 22,23. Sin embargo, el co-cultivo de E. culturas histolytica es contraproducente pa…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by grants from the Institute of Science and Technology of the Federal District (ICyTDF, 64/2012 to EO) and the Mexican Council for Science and Technology (Conacyt, 179895 to MS).
Materials
| Entamoeba histolytica HM1:IMSS, Clone A | IMSS Hospital, Mexico | Without/number | Virulent trophozoites18 |
| TYI broth | Becton, Dickinson and Company Merck Merck Merck J.T. Baker Reproquifin SIGMA-Aldrich SIGMA-Aldrich |
211862 K35625437 626 21578 4873 3252-01 CAS 50-81-7 C7880 F-5879 |
3.45% BBL Biosate peptone 58 mM glucose 39 mM NaCl 5 mM KH2PO4 6.5 mM K2HPO4 16.3 mM ascorbic acid 8.1 mM L-cysteine 0.1 mM ferric ammonium citrate, adjust pH 6.819 |
| Bovine serum adult | Microlab , Labs., Mex. | SU146 | Use at 10% and inactivated to 56° C for 30 min |
| Diamond vitamin mixture- Tween 80 | In vitro | SR-07 | Use at 3% |
| Penicillin | Lakeside, Méx. | 34564SSA IV | 0.5 IU/mL |
| Streptomycin | Lakeside, Méx. | 75757SSA IV | 35 µg/ mL |
| Pyrex 15 mL screw cap culture tubes with PTFE lined phenolic caps | Corning-Pyrex | 9826-16X | 16×125 mm, capacity 15 mL and caps fabricated from special formula resistant to effects of temperature |
| Cell culture plates, 6 Well | Corning-Costar | 3516 | Sterile plates, well diameter 34.8 mm and growth area 9.5 cm2. Rings on lid prevent cross-contamination |
| 25cm2 cell culture flask | Corning-Costar | 430168 | Canted neck flasks |
| MDCK (Madin Darby canine kidney) type I | American Type Culture Collection | CCL34 | Kidney epithelial cells grown between the 60th and 90th passage |
| DMEM medium | Gibco | 12800-017 | Dulbecco's Modified Eagle Medium with high glucose. |
| Neonate Calf Serum | In vitro | S-02 | Use at 10%. |
| Penicillin/Streptomycin mixture | In vitro | A-01 | Stock solution 10,000 U/µg/mL |
| Insulin | AMSA | 398MJ94SSA IV | Stock solution 100 IU/mL |
| Trypsin solution | In vitro | EN-005 | 0.05% enzyme solution without calcium and magnesium |
| 75cm2 cell culture flask | Corning-Costar | 430720 | Canted neck flasks for trophozoite culture in TYI-S-33 medium |
| Transwell permeable supports | Corning-Costar | 3470 | 0.4. µm polyster membrane, 6.5 mm insert in 24 well plate, growth area 0.3 cm2 |
| 24 well cell culture dish | Corning-Costar | 3524 | Clear polystyrene, treated for optimal cell attachment, sterilized by gamma radiation and certified non-pyrogenic |
| Complete Mini | Roche | 11836 153 001 | Protease inhibitor cocktail inhibits a broad spectrum of serine, cysteine and metallo-proteases. Final concentration 1 mM |
| Trans-epoxysuccinyl-L-leucylamido (4-guanidino) butane (E-64) | SIGMA-Aldrich | E3132 | Cystein protease inhibitor, final concentration 40 µg/mL |
| pαZO-1 | Invitrogen | 402200 | IgG rabbit policlonal antibody against a synthetic peptide in the middle region of the ZO-1 human protein |
| mαEhCPADH112 | Homemade antibody | Without/ Number | IgM mouse monoclonal antibody against 444-601 epitope located at C-terminal of EhCPADH11221,27 |
| FITC-goat anti-mouse IgM | Zymed | 62-6811 | Fluorescein isotiocyanate (FITC)-labelled goat anti-mouse secondary antibody |
| TRITC- goat anti-rabbit IgG (H+L) | Zymed | 816114 | Tetramethyl-rhodamine isothiocyanate (TRITC)-labelled goat anti-rabbit IgG secondary antibody. |
| STX2 Electrode | World Precision Instrument | 102711 | Consists of a fixed pair of double electrodes, 4 mm wide and 1 mm thick. Each stick of the electrode pair contains a silver/silver-chloride pellet for measuring voltage and a silver electrode for passing current. For use with EVOM |
| EVOM epithelial voltohmmeter | World Precision Instrument | 12111 | Use in resistance mode and maintain unplugged during TER measurements |
| Neubauer chamber | MEARIENFELD | 610610 | Hemocytometer |
| Leica TCS_SP5_MO | Leica | Without/number | Laser confocal microscopy with Leica microsystems CMS Gmbh/leica Las af Lite/BIN software |
| Vectashield | Vector Laboratories, Inc. | H-1000 | Mounting medium for fluorescence |
| 4´, 6-diamino-2-phenylindole (Dapi) | SIGMA | D-9542 | 0.05 mM final concentration |
| Bovine serum albumin (BSA) | US Biological | A-1310 | 0.5% final concentration for blocking solution |
Referenzen
- Faust, D. M., Guillen, N. Virulence and virulence factors in Entamoeba histolytica, the agent of human amoebiasis. Microbes Infect. 14, 1428-1441 (2012).
- Stauffer, W., Ravdin, J. I. Entamoeba histolytica: an update. Curr Opin Infect Dis. 16, 479-485 (2003).
- Santi-Rocca, J., Rigothier, M. C., Guillen, N. Host-microbe interactions and defense mechanisms in the development of amoebic liver abscesses. Clin Microbiol Rev. 22, 65-75 (2009).
- Turner, J. R. Intestinal mucosal barrier function in health and disease. Nat Rev Immunol. 9, 799-809 (2009).
- Garcia-Rivera, G., et al. Entamoeba histolytica : a novel cysteine protease and an adhesin form the 112 kDa surface protein. Mol Microbiol. 33, 556-568 (1999).
- Leippe, M. Amoebapores. Parasitol Today. 13, 178-183 (1997).
- Leippe, M., Bruhn, H., Hecht, O., Grotzinger, J. Ancient weapons: the three-dimensional structure of amoebapore. A. Trends Parasitol. 21, 5-7 (2005).
- Ocadiz, R., et al. EhCP112 is an Entamoeba histolytica secreted cysteine protease that may be involved in the parasite-virulence. Cell Microbiol. 7, 221-232 (2005).
- Sajid, M., McKerrow, J. H. Cysteine proteases of parasitic organisms. Mol Biochem Parasitol. 120, 1-21 (2002).
- Betanzos, A., et al. The EhCPADH112 complex of Entamoeba histolytica interacts with tight junction proteins occludin and claudin-1 to produce epithelial damage. PLoS One. 8, (2013).
- Lauwaet, T., et al. Proteinase inhibitors TPCK and TLCK prevent Entamoeba histolytica induced disturbance of tight junctions and microvilli in enteric cell layers in vitro. Int J Parasitol. 34, 785-794 (2004).
- Leroy, A., et al. Contact-dependent transfer of the galactose-specific lectin of Entamoeba histolytica to the lateral surface of enterocytes in culture. Infect Immun. 63, 4253-4260 (1995).
- Leroy, A., Lauwaet, T., De Bruyne, G., Cornelissen, M., Mareel, M. Entamoeba histolytica disturbs the tight junction complex in human enteric T84 cell layers. FASEB J. 14, 1139-1146 (2000).
- Leroy, A., et al. Disturbance of tight junctions by Entamoeba histolytica: resistant vertebrate cell types and incompetent trophozoites. Arch Med Res. 31, (2000).
- Lauwaet, T., et al. Entamoeba histolytica trophozoites transfer lipophosphopeptidoglycans to enteric cell layers. Int J Parasitol. 34, 549-556 (2004).
- Kissoon-Singh, V., Moreau, F., Trusevych, E., Chadee, K. Entamoeba histolytica Exacerbates Epithelial Tight Junction Permeability and Proinflammatory Responses in Muc2(-/-) Mice. Am J Pathol. 182, 852-865 (2013).
- Lejeune, M., Moreau, F., Chadee, K. Prostaglandin E2 produced by Entamoeba histolytica signals via EP4 receptor and alters claudin-4 to increase ion permeability of tight junctions. Am J Pathol. 179, 807-818 (2011).
- Orozco, M. E., Martinez Palomo, A., Gonzalez Robles, A., Guarneros, G., Galindo, J. M. Interactions between lectin and receptor mediate the adhesion of E. histolytica to epithelial cells. Relation of adhesion to the virulence of the strains. Arch Invest Med (Mex). 13 Suppl 3, 159-167 (1982).
- Diamond, L. S., Harlow, D. R., Cunnick, C. C. A new medium for the axenic cultivation of Entamoeba histolytica and other Entamoeba. Trans R Soc Trop Med Hyg. 72, 431-432 (1978).
- Strober, W. Trypan blue exclusion test of cell viability. Curr Protoc Immunol. Appendix 3, (2001).
- Arroyo, R., Orozco, E. Localization and identification of an Entamoeba histolytica adhesin. Mol Biochem Parasitol. 23, 151-158 (1987).
- Diamond, L. S. Axenic cultivation of Entamoeba hitolytica. Science. 134, 336-337 (1961).
- Diamond, L. S. Techniques of axenic cultivation of Entamoeba histolytica Schaudinn, 1903 and E. histolytica-like amebae. J Parasitol. 54, 1047-1056 (1968).
- Dukes, J. D., Whitley, P., Chalmers, A. D. The MDCK variety pack: choosing the right strain. BMC Cell Biol. 12, (2011).
- Espinosa-Cantellano, M., Martinez-Palomo, A. Pathogenesis of intestinal amebiasis: from molecules to disease. Clin Microbiol Rev. 13, 318-331 (2000).
- Martinez-Palomo, A., et al. Structural bases of the cytolytic mechanisms of Entamoeba histolytica. J Protozool. 32, 166-175 (1985).
- Martinez-Lopez, C., et al. The EhADH112 recombinant polypeptide inhibits cell destruction and liver abscess formation by Entamoeba histolytica trophozoites. Cell Microbiol. 6, 367-376 (2004).
- Ocadiz-Ruiz, R., et al. Effect of the silencing of the Ehcp112 gene on the in vitro virulence of Entamoeba histolytica. Parasit Vectors. 6, 248 (2013).
- Johnson, L. G. Applications of imaging techniques to studies of epithelial tight junctions. Adv Drug Deliv Rev. 57, 111-121 (2005).
