Voorbijgaande transductie van de gestrobileerde vormen van Echinococcus granulosus
Summary
We beschrijven een snelle transiënte transductietechniek in verschillende ontwikkelingsstadia van Echinococcus granulosus met behulp van lentivirale vectoren van de derde generatie.
Abstract
Cystische echinokokkose of hydatidziekte is een van de belangrijkste zoönotische parasitaire ziekten veroorzaakt door Echinococcus granulosus, een kleine lintworm in de darm van honden. Er is dringend behoefte aan toegepast genetisch onderzoek om de mechanismen van pathogenese en ziektebestrijding en -preventie te begrijpen. Het ontbreken van een effectief genevaluatiesysteem belemmert echter de directe interpretatie van de functionele genetica van cestodeparasieten, waaronder de Echinococcus-soorten . De huidige studie toont het potentieel aan van lentivirale gentransiënte transductie in de metacestode en gestrobileerde vormen van E. granulosus. Protoscoleces (PSC’s) werden geïsoleerd uit hydatid cysten en overgebracht naar specifieke bifasische kweekmedia om zich te ontwikkelen tot gestrobileerde wormen. De wormen werden getransfecteerd met geoogst lentivirus van de derde generatie, samen met HEK293T-cellen als transductieprocescontrole. Een uitgesproken fluorescentie werd gedetecteerd in de gestrobileerde wormen gedurende 24 uur en 48 uur, wat wijst op voorbijgaande lentivirale transductie in E. granulosus. Dit werk presenteert de eerste poging tot lentivirus-gebaseerde transductie in lintwormen en toont de veelbelovende resultaten met mogelijke implicaties in experimentele studies over platwormbiologie.
Introduction
Cystische echinokokkose (CE) is een van de belangrijkste helmintziekten veroorzaakt door Echinococcus granulosus, een kleine lintworm binnen de familie Taeniidae 1,2. Uitgebreide studies over immunodiagnostische en vaccinontwikkeling voor E. granulosus zijn uitgevoerd. Onvoldoende kennis over de moleculaire basis van parasietbiologie vormt echter grote beperkingen in de diagnose, het beheer en de preventie van hydatidziekte 3,4,5,6.
In de afgelopen jaren is, als gevolg van de ontwikkeling van genoomsequencing en transcriptomische methoden, een breed scala aan moleculaire studies uitgevoerd op platwormen door verschillende onderzoeksgroepen 7,8,9. In de wereld van parasieten is de vooruitgang in genoverdrachtstechnologie bij parasitaire platwormen echter nog steeds beperkt in vergelijking met de zeer reproduceerbare transductiemethoden die zijn ontwikkeld voor sommige protozoa 10,11,12.
Het gebruik van virale toedieningssystemen is de afgelopen twee decennia naar voren gekomen als een essentieel hulpmiddel voor transgene levering en gen / eiwitonderzoeken13. Lentivirus infecteert zowel delende als niet-delende cellen, waardoor het mogelijk is om postmitotische cellen 14,15,16 te infecteren. Recent bewijs geeft aan dat het gebruik van een op lentivirus gebaseerd transductiesysteem in zoogdiercellen het potentieel biedt om de meeste beperkingen van eerdere knock-in / knock-down-technieken te overwinnen. Het ontwerp en de constructie van expressie lentivirale vectoren met geschikte moleculaire markers, zoals GFP-expressie, zijn eerder beschreven16. Daarom evalueren we lentivirale transiënte transductie van een GFP reporter-gen in de protoscoleces en gestrobileerde wormen van E. granulosus.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het begrijpen van de moleculaire basis van nematoden en Platyhelminthes biologie is cruciaal voor het begrijpen van de pathogeniciteit van zoönotische parasieten27. Het ontbreken van een effectief genevaluatiesysteem is een groot obstakel voor de directe interpretatie van functionele genetica van cestodeparasieten, waaronder Echinococcus-soorten 12,27. De huidige studie toont het uitstekende potentieel van lentivirus in E. gr…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Onderzoek gerapporteerd in deze publicatie werd ondersteund door Elite Researcher Grant Committee onder toekenningsnummer 958680 van het National Institute for Medical Research Development (NIMAD), Teheran, Iran.
Materials
| 12-well culture plates | SPL Life Sciences | 30012 | |
| 25 cm2 culture flask | SPL Life Sciences | 70325 | |
| 6-well culture plates | SPL Life Sciences | 30006 | |
| Calcium chloride | Sigma-Aldrich | C4901-500G | Working concentration: 2.5 mM |
| CMRL 1066 medium | Thermo Fisher Scientific | 11530037 | |
| CO2 incubator | memmert | ICO150 | |
| D-(+)-Glucose | Sigma-Aldrich | G8270-1KG | |
| DMEM | Life Technology | 12100046 | |
| Dog bile | Isolated from a euthanized dog and sterilized by 0.2 μm syringe filter | ||
| Eosin Y | Sigma-Aldrich | E4009-5G | prepare 0.1% of Eosin for working exclusion test |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | DNAbiotech | DB9723-100ml | Heat inactivation of FBS (30 min in 40 °C) |
| Fetal Bovine Serum (FCS) | DNAbiotech | DB9724-100ml | Heat inactivation of FCS (30 min in 40 °C) |
| HEK293T cells | BONbiotech | BN_0012.1.14 | Human embryonic kidney 293T |
| HEPES buffered saline (HBS) | Sigma-Aldrich | 51558-50ML | 2x concentrate |
| Inverted fluorescence microscope | OLYMPUS | IX51 | |
| Penicillin | Sigma-Aldrich | P3032-10MU | Working concentration: 100 IU/mL |
| Pepsin | Roche | 10108057001 | Working concentration: 2 mg/mL, pH 2 |
| Phosphate-buffered saline (PBS) | DNAbiotech | DB0011 | This reagent solve in less than 1 min in D.W |
| Polybrene (Transfection reagent) | Sigma-Aldrich | TR-1003-G | |
| RPMI medium | BioIdea | BI-1006-05 | |
| Sodium bicarbonate (NaHCO3) | Sigma-Aldrich | S5761-1KG | |
| Streptomycin | Sigma-Aldrich | S9137-25G | Working concentration: 100 μg/mL |
| Third-generation lentiviral plasmid (pCDH513b) | SBI System Biosciences (BioCat GmbH) | CD513B-1-SBI | Transfer vector (obtained commercially from Molecular Medicine Research Department of Iranian Academic Center for Education, Culture and Research (ACECR), Mashhad, Iran) |
| Third-generation lentiviral plasmid (pLPI and pLPII) | Invitrogen (Life Technologies) | K4975-00 | Helper vector (obtained commercially from Molecular Medicine Research Department of Iranian Academic Center for Education, Culture and Research (ACECR), Mashhad, Iran) |
| Third-generation lentiviral plasmid (pMD2G) | Addgene | Plasmid 12259 | Helper vector (obtained commercially from Molecular Medicine Research Department of Iranian Academic Center for Education, Culture and Research (ACECR), Mashhad, Iran) |
| Tris/EDTA Buffer (TE) | DNAbiotech | DB9713-100ml | |
| Trypsin | Sigma-Aldrich | T9935-50MG | 1x working solutions (pH 7.4–7.6) |
References
- Deplazes, P., et al. Global distribution of alveolar and cystic echinococcosis. Advances in Parasitology. 95, 315 (2017).
- Borhani, M., et al. Echinococcoses in Iran, Turkey, and Pakistan: Old diseases in the new millennium. Clinical Microbiology Reviews. 34 (3), 0029020 (2021).
- Eckert, J., Thompson, R. C. A. Historical aspects of echinococcosis. Advances in Parasitology. 95, 1-64 (2017).
- Romig, T., et al. Ecology and life cycle patterns of Echinococcus species. Advances in Parasitology. 95, 213 (2017).
- Craig, P. S., Hegglin, D., Lightowlers, M. W., Torgerson, P. R., Wang, Q. Echinococcosis: control and prevention. Advances in Parasitology. 95, 55 (2016).
- Deplazes, P., et al. Global distribution of alveolar and cystic echinococcosis. Advances in Parasitology. 95 (1), 315 (2017).
- Tsai, I. I. J., et al. The genomes of four tapeworm species reveal adaptations to parasitism. Nature. 496 (7443), 57-63 (2013).
- Koziol, U., Brehm, K. Recent advances in Echinococcus genomics and stem cell research. Veterinary Parasitology. 213 (3-4), 92-102 (2015).
- Zheng, H., et al. The genome of the hydatid tapeworm Echinococcus granulosus. Nature Genetics. 45 (10), 1168-1175 (2013).
- Pérez-Victoria, J. M., Torres, A. P. T. C., Gamarro, F., Castanys, S. ABC transporters in the protozoan parasite Leishmania. International Microbiology. 4 (3), 159-166 (2001).
- Ehrenkaufer, G. M., Singh, U. Transient and stable transfection in the protozoan parasite Entamoeba invadens. Molecular and Biochemical Parasitology. 184 (1), 59-62 (2012).
- Moguel, B., Bobes, R. J., Carrero, J. C., Laclette, J. P. Transfection of Platyhelminthes. BioMed Research International. 2015, 206161 (2015).
- Tang, Y., Garson, K., Li, L., Vanderhyden, B. C. Optimization of lentiviral vector production using polyethylenimine-mediated transfection. Oncology Letters. 9 (1), 55-62 (2015).
- Mann, V. H., Suttiprapa, S., Rinaldi, G., Brindley, P. J. Establishing transgenic schistosomes. PLoS Neglected Tropical Diseases. 5 (8), 1230 (2011).
- Balcaitis, S., Weinstein, J. R., Li, S., Chamberlain, J. S., Möller, T. Lentiviral transduction of microglial cells. Glia. 50 (1), 48-55 (2005).
- Sastry, L., Johnson, T., Hobson, M. J., Smucker, B., Cornetta, K. Titering lentiviral vectors: comparison of DNA, RNA and marker expression methods. Gene Therapy. 9 (17), 1155-1162 (2002).
- Bowles, J., Blair, D., McManus, D. P. Genetic variants within the genus Echinococcus identified by mitochondrial DNA sequencing. Molecular and Biochemical Parasitology. 54 (2), 165-173 (1992).
- Rostami, S., et al. High resolution melting technique for molecular epidemiological studies of cystic echinococcosis: differentiating G1, G3, and G6 genotypes of Echinococcus granulosus sensu lato. Parasitology Research. 112 (10), 3441-3447 (2013).
- Mousavi, S. M., et al. Biological and morphological consequences of dsRNA-induced suppression of tetraspanin mRNA in developmental stages of Echinococcus granulosus. Parasites and Vectors. 13 (1), 190 (2020).
- Afgar, A., et al. MiR-339 and especially miR-766 reactivate the expression of tumor suppressor genes in colorectal cancer cell lines through DNA methyltransferase 3B gene inhibition. Cancer Biology & Therapy. 17 (11), 1126-1138 (2016).
- Ricardo, R., Phelan, K. Trypsinizing and subculturing mammalian cells. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (16), e755 (2008).
- Wang, X., McManus, M. Lentivirus production. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (32), e1499 (2009).
- Li, M., Husic, N., Lin, Y., Snider, B. J. Production of lentiviral vectors for transducing cells from the central nervous system. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (63), e4031 (2012).
- Eslami, A., Lujan, J. Western blotting: sample preparation to detection. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (44), e2359 (2010).
- Dezaki, E. S., et al. Comparison of ex vivo harvested and in vitro cultured materials from Echinococcus granulosus by measuring expression levels of five genes putatively involved in the development and maturation of adult worms. Parasitology Research. 115 (11), 4405-4416 (2016).
- Mousavi, S. M., et al. Calmodulin-specific small interfering RNA induces consistent expression suppression and morphological changes in Echinococcus granulosus. Scientific Reports. 9 (1), 1-9 (2019).
- Aboobaker, A. A., Blaxter, M. L. Functional genomics for parasitic nematodes and platyhelminths. Trends in Parasitology. 20 (4), 178-184 (2004).
- Elegheert, J., et al. Lentiviral transduction of mammalian cells for fast, scalable and high-level production of soluble and membrane proteins. Nature Protocols. 13 (12), 2991 (2018).
- Mizukami, C., et al. Gene silencing in Echinococcus multilocularis protoscoleces using RNA interference. Parasitology International. 59 (4), 647-652 (2010).
- Thompson, R. C. A., Jenkins, D. J. Echinococcus as a model system: biology and epidemiology. International Journal for Parasitology. 44 (12), 865-877 (2014).
- Thompson, R. C. A., Thompson, R. C. A., Deplazes, P., Lymbery, A. J. Biology and systematics of Echinococcus. Advances in Parasitology. 95, 65-109 (2017).
- Brehm, K., Koziol, U. Echinococcus-host interactions at cellular and molecular levels. Advances in Parasitology. 95, 147-212 (2017).
- Moguel, B., et al. Transient transgenesis of the tapeworm Taenia crassiceps. SpringerPlus. 4, 496 (2015).
