Summary

Развитие Отрицательные Маркер для выбора Entamoeba histolytica</em

Published: December 12, 2010
doi:

Summary

Мы сообщаем о развитии отрицательной системы отбора в<em> Е. histolytica</em> Основаны на трансгенной экспрессии химерных белков (FCU1) и выделение пролекарством 5-fluorocytosine. Белка FCU1 является слияние дрожжей дезаминазы цитозин и урацил phosphoribosyltransferase. Выражение FCU1 привело к росту<em> Е. histolytica</em> Чувствительности к 5-fluorocytosine.

Abstract

Entamoeba histolytica является возбудитель амебиаза и заражает до 10% населения мира. Молекулярных методов, которые позволили вверх и вниз регуляции экспрессии генов полагаться на трансфекции стабильно поддерживается плазмид. Хотя эти увеличили наше понимание факторов вирулентности Entamoeba, потенциала для интеграции экзогенной ДНК в геном, который позволил бы обратный экспериментов генетики, было бы значительное преимущество в изучении этого паразита. Проблем, возникающих в этом организме включают неспособность выбрать для гомологичной рекомбинации и трудности вылечить эписомной плазмидной ДНК из трансфицированных трофозоиты. Поздно приводит к высокой фоне экзогенной ДНК, главная проблема в идентификации трофозоиты, в которой добросовестные геномной событием интеграции не произошло. Мы сообщаем о развитии отрицательной системы отбора, основанного на трансгенных выражение дезаминазы дрожжей цитозин и урацил фосфорибозил трансферазы химера (FCU1) и выделение пролекарством 5-fluorocytosine (5-FC). Фермент FCU1 преобразует нетоксичные 5-FC в токсичные 5-фторурацила и 5-фторуридин-5'-монофосфат. E. histolytica линии, экспрессирующие FCU1 оказались в 30 раз более чувствительной к пролекарство по сравнению с контролем напряжения.

Protocol

1. FCU Отрицательные Выбор системы в Entamoeba histolytica Линии векторного управления (HM1 / pKT3M) и экспериментальной линии (HM1/pKT3M-FCU1) были сгенерированы ранее описанных 1,2 техник. Семенной линий при исследовании со склада трубы в Т-25 колб и поддерживать выбор, добавив соответствующий антибиотик (12 мкг / мл G418) в Tyi-S-33, 3 средних. Колбы должна быть 70-80% сливной после 16-18 часов роста при 37 ° C. Подготовка свежей 50 мМ маточного раствора из 5-Fluorocytosine (5-FC, Sigma) в теплой Tyi-S-33 среды. Vortex строго в течение нескольких минут, чтобы растворить 5-ФК полностью. Фильтр-стерилизовать маточного раствора, пропуская ее через фильтр 0,22 мкм. Урожай трофозоиты путем размещения колбы на льду в течение 3-5 минут и сбора клетки центрифугированием при 200xg в течение 5 минут при комнатной температуре. Ресуспендируют пеллет в свежую среду Tyi и считать клетки. Дизайн типичном эксперименте используется 0,5 х 10 4 клеток на лунку 48-луночного планшета в конечном объеме 1 мл, и трижды повторяется для каждого теста состоянии. Кроме того, для облегчения флуоресцентных измерений, отдельная пластина используется для каждого штамма на момент времени. Семенной 0,5 х 10 4 клеток на лунку для каждого теста 5-ФК концентрации, в трех экземплярах. Поддержание давления отбора антибиотика в среде Tyi. Теперь добавьте необходимое количество 5-ФК маточного раствора и трофозоиты в каждую лунку. Инкубируйте пластин в анаэробных мешок при температуре 37 ° C. 2. Определение эффективности выбора Подготовка 2 мг / мл исходного раствора сотовый трекера зеленые CMFDA (Invitrogen) в ДМСО. Чтобы сделать рабочий раствор разбавить акции в 1000 раз в бессывороточной среде Tyi. Удалить среду полностью из трофозоит пластин культуры и заменить 150 мкл бессывороточной Tyi содержащие CMFDA. Продолжить инкубации при температуре 37 ° С в течение 1 часа. Удалить раствор красителя из колодцев и читать пластины в spectrofluorometer Spectramax М2 планшет. Длины волны возбуждения должна быть установлена ​​на 492 нм и флуоресценции выбросов читать на 517 нм. Сравните флуоресценции значения для контрольных клеток по сравнению с тест трансфектантов. Продолжить чтение пластин на каждом временном интервале. Используйте соответствующие положительные (Tyi только) и отрицательные (25 мкг / мл гигромицину) контроль скважин в каждую тарелку. 3. Представитель Результаты E. histolytica трансфектантов показал надежную выражение кодон оптимизированы рекомбинантный FCU1 (рис. 1). При этом протоколе следует правильно это приводит к селективной ликвидации Е. histolytica клеток, экспрессирующих FCU1 в присутствии 0,5 мМ 5-fluorocytosine. Управление клетки, в отличие продолжают нормально расти со скоростью до 5 мМ концентрация 5-ФК и достичь слияния между 72 и 96 часов (рис. 2-а). FCU1 проведения клеток на 48 часов полностью лизируются при обработанных скважин рассматриваются под микроскопом. Они также показывают, снизилась флуоресценции при окраске жизненно красителя CMFDA, который используется в количественных исследований с участием большого количества образцов (рис. 2-б). FCU1/5-FC система эффективный и мощный отрицательный выбор инструмента для E. histolytica трофозоиты. Рисунок 1. Генерация Е. histolytica HM1 трансфектантов выражения отрицательных селективного маркера () FCU1 рекомбинантный белок был обнаружен на западном пятно с использованием анти-Myc с антителом (верхняя часть). Как и ожидалось, 42kDa группа могла быть обнаружена (показан стрелкой) в общем лизат из трансфектантов FCU, но не в один вектор управления трансфектантов. Нижняя панель показывает то же самое пятно исследовали с антителами анти актина в качестве управления загрузкой. (Б) Результаты количественной ПЦР в реальном времени показывает выражение FCU1 конкретные мРНК нормированная на lgl4 контроля. Рисунок 2. Экстракорпоральное лекарственной чувствительности Е. histolytica трансфектантов выражения отрицательных селективного маркера Кривые выживаемости (а) контроль трансфектантов и (б) FCU1 выражения трансфектантов культивировали в 48-луночного планшета. Клетки, выращенные в присутствии увеличивающихся концентраций пролекарство-5-fluorocytosine; выживаемость клеток была количественно окрашиванием CMFDA на каждом временном интервале, как обозначается на оси абсцисс. Y-ось представляет флуоресценции единиц и является прямым отражением выживания клеточной популяции. Обратите внимание, что FCU1 выражения трансфектантов показали значительное чувствительности при концентрации 0,5 пролекарство по сравнению с контролем. Нет клетки были обнаружены в момент времени 120 часов в этих скважинах по сравпо сравнению с сплошной рост видели в соответствующие лунки контроль под микроскопом (данные не приведены). Гигро обозначает 25μg / мл гигромицину использовать в качестве отрицательного контроля.

Discussion

Хотя имели место существенные достижения в области молекулярной биологии Entamoeba инструменты Есть нет доступных методов для удаления или нарушить генов 4. Нокдаун гена конкретное выражение было достигнуто за счет использования шпильки РНК 5, малых интерферирующих РНК 6 и бактериально выразил дсРНК 7. Однако эти методы в то время как в силу для соответствующих генов-мишеней, имеют ряд ограничений в том числе использования дорогостоящих химикатов, непрерывный отбор к антибиотикам и необходимость постоянной проверки в связи с высоким уровнем возврата происходящих с течением времени (Алисия Линфорд, личное сообщение) 8.

Любой плазмиды могут размножаться в Entamoeba как, по-видимому, не является строгим требованием последовательность происхождения репликации ДНК 9, и поэтому, как только трансфекции, как правило, трудно вылечить плазмиды. Это ограничивает возможность использования нетронутой плазмиды в экспериментах рекомбинации генов и нокаутом. Отрицательные маркеры выбора являются ключевыми компонентами генное планирование методов, поскольку они могут быть использованы для устранения рекомбинантный субпопуляций. Мы успешно выразил кодон оптимизированы FCU1 гена в Entamoeba histolytica и испытаны свой ​​потенциал в качестве селективного маркера отрицательная. Этот ген слияния была использована для самоубийства генной терапии опухолевых клеток человека и усваивает пролекарством 5-FC в токсичные продукции глубокой переработки в результате ингибирования РНК и синтез ДНК 10. FCU1 в последнее время использовался в качестве отрицательного селективного маркера в Plasmodium, другой простейшим паразитом. Plasmodium berghei клеток, экспрессирующих FCU1 оказались почти 1000 раз более чувствительны к пролекарство в пробирке и в естественных лечение с 5-ФК погибло более 99,9% заражение рекомбинантный паразитов в эритроцитарной стадии мышиной модели заболевания малярией 11. E. histolytica клеток, экспрессирующих FCU1 показал лишь 30-кратное повышение чувствительности к пролекарством 5-ФК, в отличие от чувствительности наблюдается в P. berghei. Возможными причинами этого могут быть большого пула нуклеотидов доступны в среде роста конкуренции с токсичных метаболитов.
В обоих П. berghei и П. тропической маркер FCU1 была использована в целевых генов разрушения. Исследования 11,12. Мы стремимся манипулировать геномом Entamoeba использованием гомологичной рекомбинации. Проверка FCU1/5-FC отрицательные система отбора является важным шагом на пути к этой цели.

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Мы хотели бы поблагодарить д-ра Филиппа Эрбс за предоставление нам последовательность FCU1 гена. Эта работа была поддержана NIH грант А. И. 26649.

Materials

Material Name Type Company Catalogue Number Comments
TYI-S-33 medium   ATCC   Reference included in the text
5-Fluorocytosine   Sigma F7129  
Cell tracker green CMFDA   Invitrogen C2925  
Spectra Max M2 plate-reader   Molecular Devices    

References

  1. Olvera, A. Stable transfection of Entamoeba histolytica trophozoites by lipofection. Arch. Med. Res. , 49-51 (1997).
  2. Saito-Nakano, Y., Yasuda, T., Nakada-Tsukui, K., Leippe, M., Nozaki, T. Rab5-associated vacuoles play a unique role in phagocytosis of the enteric protozoan parasite Entamoeba histolytica. J. Biol. Chem. 279, 49497-49507 (2004).
  3. 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).
  4. Clark, C. . Anaerobic parasitic protozoa : genomics and molecular biology. , (2010).
  5. Linford, A. S. Short hairpin RNA-mediated knockdown of protein expression in Entamoeba histolytica. BMC Microbiol. 9, 38-38 (2009).
  6. Solis, C. F., Guillén, N. Silencing genes by RNA interference in the protozoan parasite Entamoeba histolytica. Methods Mol. Biol. 442, 113-128 (2008).
  7. Solis, C. F., Santi-Rocca, J., Perdomo, D., Weber, C., Guillén, N. Use of bacterially expressed dsRNA to downregulate Entamoeba histolytica gene expression. PLoS ONE. 4, e8424-e8424 (2009).
  8. MacFarlane, R. C., Singh, U. Loss of dsRNA-based gene silencing in Entamoeba histolytica: implications for approaches to genetic analysis. Exp. Parasitol. 119, 296-300 (2008).
  9. Dhar, S. K., Vines, R. R., Bhattacharya, S., Petri, W. A. Ribosomal DNA fragments enhance the stability of transfected DNA in Entamoeba histolytica. J. Eukaryot. Microbiol. 45, 656-660 (1998).
  10. Erbs, P. In vivo cancer gene therapy by adenovirus-mediated transfer of a bifunctional yeast cytosine deaminase/uracil phosphoribosyltransferase fusion gene. Cancer Res. 60, 3813-3822 (2000).
  11. Braks, J. A. M., Franke-Fayard, B., Kroeze, H., Janse, C. J., Waters, A. P. Development and application of a positive-negative selectable marker system for use in reverse genetics in Plasmodium. Nucleic Acids Res. 34, e39-e39 (2006).
  12. Maier, A. G., Braks, J. A. M., Waters, A. P., Cowman, A. F. Negative selection using yeast cytosine deaminase/uracil phosphoribosyl transferase in Plasmodium falciparum for targeted gene deletion by double crossover recombination. Mol. Biochem. Parasitol. 150, 118-121 (2006).

Play Video

Citer Cet Article
Abhyankar, M. M., Haviland, S. M., Gilchrist, C. A., Petri, Jr., W. A. Development of a Negative Selectable Marker for Entamoeba histolytica. J. Vis. Exp. (46), e2410, doi:10.3791/2410 (2010).

View Video