Summary

Ca2 + risposte di imaging durante l'infezione delle cellule epiteliali Shigella

Published: May 24, 2018
doi:

Summary

Qui, presentiamo protocolli per visualizzare le risposte di calcio (Ca2 +) indotte dalle cellule HeLa infettate da Shigella. Ottimizzando i parametri di infezione batterica e di imaging con sonde Ca2 + fluorescenti, atipico globali e locali Ca2 + segnali indotti da batteri sopra una vasta gamma di cinetica di infezione sono caratterizzati.

Abstract

CA2 + è un ione onnipresente coinvolti in tutti i processi cellulari conosciuti. Mentre global Ca2 + le risposte possono influenzare il destino delle cellule, variazioni locali in Ca2 + citosolico le concentrazioni libere, legate per rilasciare da negozi interni o un afflusso attraverso i canali della membrana plasmatica, regolano i processi delle cellule corticali. Gli agenti patogeni che aderiscono a o invadere host cellule grilletto una riorganizzazione del citoscheletro di actina sottostante la membrana plasmatica di host, che probabilmente colpisce sia globale che locale di Ca2 + segnalazione. Perché questi eventi possono verificarsi alle basse frequenze in modo pseudo-stocastico sopra estesa cinetica, l’analisi del Ca2 + segnali indotti da agenti patogeni solleva grandi sfide tecniche che devono essere affrontate.

Qui, segnaliamo i protocolli per la rilevazione di globale e locale Ca2 + segnali su un’infezione di Shigella delle cellule epiteliali. In questi protocolli, manufatti legati ad un’esposizione prolungata e photodamage connesso con l’eccitazione di sonde Ca2 + fluorescenti sono Troubleshooting controllando rigorosamente i parametri di acquisizione su periodi di tempo definiti durante un Shigella invasione. Le procedure vengono implementate per analizzare rigorosamente l’ampiezza e la frequenza di Ca2 + segnali citosolici globali durante la cinetica di infezione estesa utilizzando la sonda chimica Fluo-4.

Introduction

CA2 + regola tutti i processi conosciuti delle cellule, tra cui la riorganizzazione del citoscheletro, le risposte infiammatorie e vie di morte cellulare relazionate al ospite-patogeno interazioni1,2,3. In condizioni fisiologiche, basale concentrazioni Ca2 + citosoliche sono basse, in alcune centinaia di nM, ma possono essere soggetti ad aumenti transitori dopo stimolazione agonista. Queste variazioni mostrano spesso comportamento oscillatorio attraverso l’azione delle pompe e canali alle membrane del reticolo endoplasmatico e del plasma. Il modello di queste oscillazioni si caratterizza per il periodo, la durata e l’ampiezza del Ca2 + aumenta e viene decrittografato dalle cellule che, a loro volta, innescano risposte specifiche in quello che è noto come il Ca2 + codice4,5 . Un aumento marcato la concentrazione Ca2 + citosolico in condizioni patologiche può portare alla morte cellulare connessa con la permeabilizzazione delle membrane mitocondriali e il rilascio di pro-apoptotici o necrotico fattori6, 7.

Shigella, l’agente eziologico della dissenteria bacillare, invade le cellule epiteliali iniettando effettori nelle cellule ospiti utilizzando un tipo di secrezione di III (T3SS) sistema8,9. Un’invasione di Shigella delle cellule dell’ospite è associata con Ca2 + segnali locali e globali suscitati dalla T3SS. Per quanto riguarda poro-formare tossine, il Traslocone T3SS inserisce in membrane cellulari host e è necessario per l’iniezione di T3SS effettori è probabile responsabile dell’attivazione di PLC e la (1, 4, 5) l’inositolo trifosfato (InsP3)-dipendente Ca2 + rilascio. La combinazione di stimolazione localizzata PLC e l’accumulo di actina polimerizzata in siti di un risultato di invasione di Shigella in un insolitamente lunga durata InsP3-dipendente Ca2 + rilascio10. L’effettore III tipo IpgD, un fosfatidil 4,5 bifosfato (PIP2) -4-fosfatasi, limita la quantità di locale di PIP2, controllando così la quantità di substrato disponibile per PLC generare InsP3, che contribuisce al confino di locale Ca2 + risposte all’invasione batterica siti11,12. Questi Ca2 + risposte locali probabile contribuiscono per la polimerizzazione dell’actina Shigella invasione siti10. Ca2 + risposte globale che sono anche suscitate da Shigella, tuttavia, sono indispensabili per il processo di invasione batterica ma innescare l’apertura del connexin adenosina alla membrana del plasma e il rilascio di ATP in extracellulare vano. ATP rilasciato agisca in modo paracrino, a sua volta, stimola Ca2 + oscillatorio responses in cellule accanto alla cellula infettata. IpgD è anche responsabile per la modellatura del global Ca2 + le risposte nelle risposte erratiche isolate con dinamica lenta. Finalmente, dopo un’infezione batterica prolungata, IpgD conduce all’inibizione di InsP3-mediata di Ca2 + segnali. Attraverso la sua interferenza con segnalazione di Ca2 + , IpgD ritarda a Ca2 +-dipendente calpaina attivazione che conduce lo smontaggio delle strutture di adesione focale e il distacco prematuro della infettato cellule13.

Mentre Ca2 + segnali sono coinvolti in aspetti critici della patogenesi, l’uso di un microorganismo solleva una serie di sfide tecniche che non vengono rilevati negli studi classici agonista. I protocolli descritti qui utilizzano il comunemente usato fluorescente Ca2 + indicatore chimico Fluo-4 che abbiamo progettato per caratterizzare il Ca2 + segnali locali durante un’infezione Shigella . Passaggi critici per la rilevazione di questi segnali sono discusse, così come le procedure attuate per la loro analisi quantitativa necessarie per caratterizzare il ruolo di effettori batterici nella segnalazione di Ca2 + .

Protocol

1. preparati Preparazione di batteri I batteri del piatto — ceppo selvaggio-tipoShigella esprimendo l’adesina AfaE (M90T-AfaE) — su un trypticase agar soia (TCS) piastra contenente 0,01% Congo rosso (CR) e li Incubare per 18 h a 37 ° C.Nota: Per aumentare la loro riproducibilità, le piastre di Shigella ottenute al passaggio 1.1.1 sono conservate a 4 ° C e devono essere utilizzate entro una settimana, perché tutte le colonie su supporto CR alla fine diven…

Representative Results

Invasione di Shigella è associato con atipico lunga durata Ca2 + risposte locali: A seguito del protocollo di cui sopra, le cellule HeLa Fluo-4-caricati sono state sfidate con WT Shigella e acquisizioni di flusso sono stati effettuati per analizzare segnali di Ca2 + . Un esperimento rappresentativo è mostrato in Figura 1, con serie di time-lapse immagini dell’i…

Discussion

Questo manoscritto descrive il protocollo che abbiamo progettato per seguire Ca2 + segnali locali durante la cinetica relativamente breve di un’invasione di Shigella , nonché global Ca2 + le risposte durante la cinetica estesa di Shigella. Di seguito, chiave possono essere rilevati problemi che devono essere affrontate per ottimizzare l’individuazione di Ca2 + segnali, riducendo al minimo qualsiasi interferenza con i processi biologici.

Chimica …

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ringraziamo Thomassin Jenny-Lee per il suo aiuto nella redazione del manoscritto. Il lavoro è stato supportato da ANR concede MITOPATHO e PATHIMMUN, concede dal Labex Memolife e PSL IDEX Shigaforce. Chunhui Sun è un beneficiario di una sovvenzione di pH.d. dal Consiglio di borsa di studio di Cina. Laurent Combettes e Guy Tran Van Nhieu sono destinatari di un cambio di WBI-Francia Tournesol programma N ° 31268YG (Wallonie-Bruxelles International, Fonds de la Recherche Scientifique, Ministère Français des Affaires étrangères et européennes, Ministère de l’enseignement supérieur et de la Recherche dans le cadre des Partenariats Hubert Curien).

Materials

Fluo-4 AM Invitrogen F14201
Metamorph version 7.7 Universal Imaging
CoolLED illumination system pE-2 Roper Scientific
micro-dish 35 mm, high  IBIDI 81156
Trypticase Soy (TCS) broth Thermofisher B11768
TCS agar Thermofisher B11043
Congo red Sigma-Aldrich 75768
M90T-AfaE Sun et al. 2017 Shigella flexneri serotype V. expressing the AfaE adhesin
ipgD-AfaE Sun et al. 2017 isogenic ipgD mutant strain expressing the AfaE adhesin

References

  1. Ashida, H., Ogawa, M., Kim, M., Mimuro, H., Sasakawa, C. Bacteria and host interactions in the gut epithelial barrier. Nature Chemical Biology. 8 (1), 36-45 (2012).
  2. Berridge, M. J., Lipp, P., Bootman, M. D. The versatility and universality of calcium signaling. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 1 (1), 11-21 (2000).
  3. Strehler, E. E. Plasma membrane calcium ATPases: from generic Ca(2+) sump pumps to versatile systems for fine-tuning cellular Ca(2). Biochemical and Biophysical Research Communications. 460 (1), 26-33 (2015).
  4. Muallem, S. Decoding Ca2+ signals: a question of timing. Journal of Cell Biology. 170 (2), 173-175 (2005).
  5. Uhlen, P., Fritz, N. Biochemistry of calcium oscillations. Biochemical and Biophysical Research Communications. 396 (1), 28-32 (2010).
  6. Carneiro, L. A., et al. Shigella induces mitochondrial dysfunction and cell death in nonmyleoid cells. Cell Host & Microbe. 5 (2), 123-136 (2009).
  7. Horng, T. Calcium signaling and mitochondrial destabilization in the triggering of the NLRP3 inflammasome. Trends in Immunology. 35 (6), 253-261 (2014).
  8. Galan, J. E., Lara-Tejero, M., Marlovits, T. C., Wagner, S. Bacterial type III secretion systems: specialized nanomachines for protein delivery into target cells. Annual Review of Microbiology. 68, 415-438 (2014).
  9. Ashida, H., Mimuro, H., Sasakawa, C. Shigella manipulates host immune responses by delivering effector proteins with specific roles. Frontiers in Immunology. 6, 219 (2015).
  10. Tran Van Nhieu, G., et al. Actin-based confinement of calcium responses during Shigella invasion. Nature Communications. 4, 1567 (2013).
  11. Niebuhr, K., et al. Conversion of PtdIns(4,5)P(2) into PtdIns(5)P by the S. flexneri effector IpgD reorganizes host cell morphology. The EMBO Journal. 21 (19), 5069-5078 (2002).
  12. Konradt, C., et al. The Shigella flexneri type three secretion system effector IpgD inhibits T cell migration by manipulating host phosphoinositide metabolism. Cell Host & Microbe. 9 (4), 263-272 (2011).
  13. Friedrich, P. The intriguing Ca2+ requirement of calpain activation. Biochemical and Biophysical Research Communications. 323 (4), 1131-1133 (2004).
  14. Thomas, D., et al. A comparison of fluorescent Ca2+ indicator properties and their use in measuring elementary and global Ca2+ signals. Cell Calcium. 28 (4), 213-223 (2000).
  15. Sun, C. H., et al. The Shigella type III effector IpgD recodes Ca2+ signals during invasion of epithelial cells. The EMBO Journal. 36 (17), 2567-2580 (2017).
  16. Allaoui, A., Menard, R., Sansonetti, P. J., Parsot, C. Characterization of the Shigella flexneri IpgD and IpgF genes, which are located in the proximal part of the mxi locus. Infection and Immunity. 61 (5), 1707-1714 (1993).
check_url/fr/57728?article_type=t

Play Video

Citer Cet Article
Smail, Y., Sun, C., Combettes, L., Tran Van Nhieu, G. Imaging Ca2+ Responses During Shigella Infection of Epithelial Cells. J. Vis. Exp. (135), e57728, doi:10.3791/57728 (2018).

View Video