Summary

A tela de genética para isolar Toxoplasma gondii Host de células mutantes egresso

Published: February 08, 2012
doi:

Summary

Encaminhar a genética é um método poderoso para desvendar a nível molecular de como<em> Toxoplasma</em> Egressos de sua célula hospedeira. Protocolos são fornecidos para mutagenizar quimicamente parasitas, enriquecer para os mutantes com defeitos na saída induzido, e validar o fenótipo de mutantes clonados.

Abstract

A generalizada, intracelular obrigatório, o protozoário parasita Toxoplasma gondii causa a doença oportunista em pacientes imunocomprometidos e causa defeitos congênitos em infecção congênita. O ciclo de replicação lítica é caracterizada por três fases: 1. invasão activa de uma célula hospedeira nucleada; 2. replicação no interior da célula hospedeira; 3. egresso activo a partir da célula hospedeira. O mecanismo de saída é cada vez mais apreciada como um processo único e altamente regulado, o que ainda é pouco compreendida no nível molecular. As vias de sinalização de saída subjacentes foram caracterizados através da utilização de agentes farmacológicos que actuam em diferentes aspectos das vias 1-5. Como tal, vários accionadores independentes de saída têm sido identificados, que convergem sobre a libertação de Ca 2 + intracelular, um sinal que é também crítico para a invasão da célula hospedeira 6-8. Esse insight informou uma abordagem de gene candidato, que levou à identificaçãoficação da planta como a proteína quinase dependente de cálcio (CDPK) envolvidos na saída 9. Além disso, vários avanços recentes na saída compreensão foram feitas usando (químico) abordagens genéticas 10-12. Para combinar a riqueza de informação farmacológica com o aumento da acessibilidade genética de Toxoplasma que recentemente estabeleceu uma tela que permite o enriquecimento de mutantes do parasita com um defeito na saída da célula hospedeira 13. Embora mutagénese química, utilizando N-etil-N-nitrosoureia (ENU) ou etilo metanossulfonato (EMS) tem sido utilizada há décadas no estudo da biologia Toxoplasma 11,14,15, só recentemente tem mapeamento genético de mutações subjacentes aos fenótipos se rotina 16 -18. Além disso, através da geração de mutantes sensíveis à temperatura, os processos essenciais podem ser dissecado e os genes subjacentes directamente identificado. Estes mutantes comportam-se como de tipo selvagem sob a temperatura permissiva (35 ° C), mas não conseguem proliferate à temperatura restritiva (40 ° C), como um resultado da mutação em questão. Aqui temos ilustrar um método de rastreio novo fenotípica para isolar mutantes com um fenótipo sensível à temperatura de saída 13. O desafio para as telas de ingresso é separar egressos dos não-egressos parasitas, o que é complicado pela rápida re-invasão e aderência geral dos parasitas nas células hospedeiras. Uma tela de saída foi anteriormente estabelecido com base numa série de passos complicados biotinilação para separar intracelular de parasitas extracelulares 11. Este método também não gerar mutantes condicionais, resultando em fenótipos fracos. O método descrito aqui supera a forte ligação de egressing parasitas através da inclusão de um concorrente glicano, sulfato de dextrano (DS), que impede a aderência de parasitas da célula hospedeira 19. Além disso, os parasitas extracelulares são especificamente morto por pirrolidina ditiocarbamato (PDTC), o que deixa parasitas intracelularesileso 20. Portanto, com uma nova tela fenotípica especificamente para isolar mutantes parasitas com defeitos na saída induzido, o poder da genética agora pode ser totalmente implantado para desvendar os mecanismos moleculares subjacentes à saída da célula hospedeira.

Protocol

Visão global Protocolos são fornecidos para definir primeiro a dosagem do agente mutagénico levando a uma morte 70% dos parasitas (protocolo 1). O procedimento seguinte é fornecido para enriquecer os mutantes egresso induzidas a partir de uma piscina parasita mutagenizada (protocolo 2, Figura 2). Isto é seguido por um protocolo para testar a incidência de mutantes de egresso na piscina enriquecido, ou para validar o fenótipo de saída em mutantes individuais (protocolo 3). Finalmente, um…

Discussion

O protocolo descrito proporciona um método eficiente para isolar mutantes Toxoplasma com um defeito de saída. Conseguimos isolado mutantes ao longo vários passos da via de saída, alguns dos quais têm um fenótipo invasão dupla 13. Os potenciais efeitos na invasão pode ser determinada utilizando o chamado ensaio de vermelho-verde, o que diferencia invadido a partir de não-invadidas parasitas por coloração diferencial anticorpo 23,24. Para os ensaios de ambos os invasão e sa…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi financiado pela American Heart Association Scientist Desenvolvimento Grant 0635480N e National Institutes of Health Research Grant AI081220. BIC é apoiado por uma Templar Knights Eye Foundation bolsa de investigação.

Materials

Name of the reagent Company Catalogue number Comments
ENU Sigma-Aldrich N3385 1 M Stock in DMSO, store at -20°C
EMS Sigma-Aldrich M0880 1 M Stock in DMSO, store at -20°C
Dextran Sulfate Sigma-Aldrich D4911  
PDTC Sigma-Aldrich P8765 100 mM Stock in PBS
Diff Quick EMD Chemicals 65044-93  
Filter holder Cole-Parmer 540100  
3 μm polycarbonate filter Whatman Schleicher & Schuell 110612  
Hemocytometer Hausser Scientific 1475  
CO2 incubators Various manufacturers   Humidified, 5% CO2, at 35, 37 and 40°C
Fluorescence microscope Various manufacturers   Ideally inverted, wide-field with 63x or 100x oil objective

HBSSc (according to Black et al.11):

  • 98.0 ml Hanks Balanced Salt Solution (Hyclone catalog number SH30588)
  • 100 μl 1M MgCl2 (100 mM end)
  • 100 μl 1M CaCl2 (100 mM end)
  • 2.0 ml 1M Hepes pH 7.3 (20 mM end)
  • 84 mg NaHCO3 (10 mM end)

References

  1. Carruthers, V. B., Moreno, S. N., Sibley, L. D. Ethanol and acetaldehyde elevate intracellular [Ca2+] and stimulate microneme discharge in Toxoplasma gondii. Biochem. J. 342 (Pt 2), 379-386 (1999).
  2. Moudy, R., Manning, T. J., Beckers, C. J. The loss of cytoplasmic potassium upon host cell breakdown triggers egress of Toxoplasma gondii. J. Biol. Chem. 276 (44), 41492-41501 (2001).
  3. Silverman, J. A. Induced activation of the Toxoplasma gondii nucleoside triphosphate hydrolase leads to depletion of host cell ATP levels and rapid exit of intracellular parasites from infected cells. J. Biol. Chem. 273 (20), 12352-12359 (1998).
  4. Stommel, E. W., Ely, K. H., Schwartzman, J. D., Kasper, L. H. Toxoplasma gondii: dithiol-induced Ca2+ flux causes egress of parasites from the parasitophorous vacuole. Exp. Parasitol. 87 (2), 88-97 (1997).
  5. Fruth, I. A., Arrizabalaga, G. Toxoplasma gondii: induction of egress by the potassium ionophore nigericin. Int. J. Parasitol. 37 (14), 1559-1567 (2007).
  6. Endo, T., Sethi, K. K., Piekarski, G. Toxoplasma gondii: calcium ionophore A23187-mediated exit of trophozoites from infected murine macrophages. Exp. Parasitol. 53 (2), 179-188 (1982).
  7. Hoff, E. F., Carruthers, V. B. Is Toxoplasma egress the first step in invasion. Trends Parasitol. 18 (6), 251-255 (2002).
  8. Wetzel, D. M., Chen, L. A., Ruiz, F. A., Moreno, S. N., Sibley, L. D. Calcium-mediated protein secretion potentiates motility in Toxoplasma gondii. J. Cell. Sci. 117 (Pt 24), 5739-5748 (2004).
  9. Lourido, S. Calcium-dependent protein kinase 1 is an essential regulator of exocytosis in Toxoplasma. Nature. 465 (7296), 359-362 (2010).
  10. Arrizabalaga, G., Ruiz, F., Moreno, S., Boothroyd, J. C. Ionophore-resistant mutant of Toxoplasma gondii reveals involvement of a sodium/hydrogen exchanger in calcium regulation. J. Cell. Biol. 165 (5), 653-662 (2004).
  11. Black, M. W., Arrizabalaga, G., Boothroyd, J. C. Ionophore-resistant mutants of Toxoplasma gondii reveal host cell permeabilization as an early event in egress. Mol. Cell. Biol. 20 (24), 9399-9408 (2000).
  12. Chandramohanadas, R. Apicomplexan Parasites Co-Opt Host Calpains to Facilitate Their Escape from Infected Cells. Science. , (2009).
  13. Eidell, K. P., Burke, T., Gubbels, M. J. Development of a screen to dissect Toxoplasma gondii egress. Mol. Biochem. Parasitol. 171 (2), 97-103 (2010).
  14. Pfefferkorn, E. R., Pfefferkorn, L. C. Toxoplasma gondii: isolation and preliminary characterization of temperature-sensitive mutants. Exp. Parasitol. 39 (3), 365-376 (1976).
  15. Pfefferkorn, E. R., Schwartzman, J. D., Kasper, L. H. Toxoplasma gondii: use of mutants to study the host-parasite relationship. Ciba. Found. Symp. 99, 74-91 (1983).
  16. Striepen, B. Genetic complementation in apicomplexan parasites. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 99 (9), 6304-6309 (2002).
  17. White, M. W. Genetic rescue of a Toxoplasma gondii conditional cell cycle mutant. Mol. Microbiol. 55 (4), 1060-1071 (2005).
  18. Gubbels, M. J. Forward Genetic Analysis of the Apicomplexan Cell Division Cycle in Toxoplasma gondii. PLoS Pathog. 4 (2), e36-e36 (2008).
  19. Carruthers, V. B., Hakansson, S., Giddings, O. K., Sibley, L. D. Toxoplasma gondii uses sulfated proteoglycans for substrate and host cell attachment. Infect. Immun. 68 (7), 4005-4011 (2000).
  20. Camps, M., Boothroyd, J. C. Toxoplasma gondii: selective killing of extracellular parasites by oxidation using pyrrolidine dithiocarbamate. Exp. Parasitol. 98 (4), 206-214 (2001).
  21. Roos, D. S., Donald, R. G., Morrissette, N. S., Moulton, A. L. Molecular tools for genetic dissection of the protozoan parasite Toxoplasma gondii. Methods Cell Biol. 45, 27-63 (1994).
  22. Gubbels, M. J., Li, C., Striepen, B. High-throughput growth assay for Toxoplasma gondii using yellow fluorescent protein. Antimicrob. Agents Chemother. 47 (1), 309-316 (2003).
  23. Carey, K. L., Westwood, N. J., Mitchison, T. J., Ward, G. E. A small-molecule approach to studying invasive mechanisms of Toxoplasma gondii. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 101 (19), 7433-7438 (2004).
  24. Kafsack, B. F., Carruthers, V. B., Pineda, F. J. Kinetic modeling of Toxoplasma gondii invasion. J. Theor. Biol. 249 (4), 817-825 (2007).
  25. Hanash, S. M., Boehnke, M., Chu, E. H., Neel, J. V., Kuick, R. D. Nonrandom distribution of structural mutants in ethylnitrosourea-treated cultured human lymphoblastoid cells. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 85 (1), 165-169 (1988).
  26. Kafsack, B. F. Rapid membrane disruption by a perforin-like protein facilitates parasite exit from host cells. Science. 323 (5913), 530-533 (2009).
  27. Lovett, J. L., Marchesini, N., Moreno, S. N., Sibley, L. D. Toxoplasma gondii microneme secretion involves intracellular Ca(2+) release from inositol 1,4,5-triphosphate (IP(3))/ryanodine-sensitive stores. J. Biol. Chem. 277 (29), 25870-25876 (2002).
  28. Nagamune, K. Abscisic acid controls calcium-dependent egress and development in Toxoplasma gondii. Nature. 451 (7175), 207-210 (2008).
  29. Tomita, T., Yamada, T., Weiss, L. M., Orlofsky, A. Externally triggered egress is the major fate of Toxoplasma gondii during acute infection. J. Immunol. 183 (10), 6667-6680 (2009).
  30. Persson, E. K. Death receptor ligation or exposure to perforin trigger rapid egress of the intracellular parasite Toxoplasma gondii. J. Immunol. 179 (12), 8357-8365 (2007).

Play Video

Cite This Article
Coleman, B. I., Gubbels, M. A Genetic Screen to Isolate Toxoplasma gondii Host-cell Egress Mutants. J. Vis. Exp. (60), e3807, doi:10.3791/3807 (2012).

View Video