Analizi<em> Yersinia enterocolitica</emAna Hücreleri içine> Efektör Translokasyon Beta-laktamaz Effector Fusions kullanma
Summary
Effector translocation into host cells via a type III secretion system is a common virulence strategy among gram-negative bacteria. A beta-lactamase effector fusion based assay for quantitative analysis of translocation was applied. In Yersinia infected cells, conversion of a FRET reporter by the beta-lactamase is monitored using laser scanning microscopy.
Abstract
Patojenik Yersinia spp dahil olmak üzere birçok gram-negatif bakteriler. Ökaryotik hedef hücrelere efektör proteinleri yerini değiştirmek için tip III salgı sistemlerini kullanır. Konak hücre içinde efektör proteinler bakteriler yararına hücresel fonksiyonları manipüle. Daha iyi translokasyon ölçmek için konak hücre etkileşimi, hassas ve doğru deneyleri sırasında tip III sekresyon kontrolünü anlamak için gereklidir. Burada Yersinia enterocolitica efektör proteini fragmanı füzyon göre bir deneyde (Yersinia dış proteini; YopE) uygulanmasını tarif eder. Translokasyon kantitatif analiz için TEM-1, beta-laktamaz olan deney bir hücre bölünmesinden dayanır geçirgen FRET boyası transloke beta-laktamaz füzyonu (CCF4 / AM). Floresein bozulur ve kumarin yarımının uyarım mavi flüoresans emisyonlarına neden olan beta-laktamaz göre CCF4 sefalosporin çekirdeğin ayrılmasından sonra, kumarin gelen FRET.Bu yöntemin farklı uygulamalar çok yönlülüğünü vurgulama literatürde tarif edilmiştir. Yöntem, bir fare modelinde in vitro translokasyon analizi için ve aynı zamanda in vivo, örn sağlar. Floresan sinyalleri tespit levhası okuyucu, FACS analizi ya da floresan mikroskopi kullanılarak gerçekleştirilebilir. Farklı Yersinia mutantlar tarafından HeLa hücrelerine efektör füzyonlarının nitro translokasyon, burada açıklanan kurulum lazer tarama mikroskobu ile izlenir. Gerçek zamanlı olarak beta-laktamaz efektör füzyon ile FRET raportör hücre içi dönüşümünü kayıt sağlam bir nicel sonuçlar sağlar. Biz burada bir Y. tarafından artan translokasyon gösteren, örnek verileri göstermek vahşi tip suş ile karşılaştırıldığında enterocolitica YopE mutant.
Introduction
Tip III salgılama sistemleri, doğrudan ökaryotik hedef hücrelere bakterisel olarak kodlanmış proteinlerin efektör sağlamak için gram negatif bakterilerin farklı cins tarafından kullanılan özel bir protein ihracatı makinelerdir. Salgılanması mekanizmasının kendisi yüksek ölçüde korunmuş olsa da, efektör proteinler uzman setleri hücresel sinyal yolları değiştirmek ve belirli bir bakteriyel hastalık stratejileri 1 kolaylaştırmak için farklı bakteri türleri arasında gelişmiştir. Yersinia durumunda, yedi efektör proteinler olarak adlandırılan Yops (Yersinia dış proteinler) 'ye kadar, konakçı hücre temas üzerine transloke ve örneğin, fagositoz ve sitokin üretimi, immün hücresi tepkilerini bozmak için birlikte hareket edilir, bakterilerin hücre dışı sürdüreceği 2-4. Translokasyon süreci sıkı farklı aşamalarında 5 kontrol edilir. Bu T3SS birincil aktivasyon hedef ce onun temas ile tetiklenen olduğunun tespit edilmesill 6. Ancak, bu inisiyasyon kesin mekanizması henüz aydınlatılamamıştır olmaktır. Yersinia ise translokasyon sözde ince ayar bir ikinci düzey Up-by veya aşağı-düzenleyen hücresel Rho GTP-bağlayıcı proteinlerin Rac1 veya RhoA aktivitesini elde edilir. Invazın veya sitotoksik nekrotizan faktör Y (CNF-Y) örneğin Rac1 Aktivasyon GAP transloke YopE işlevini (GTPaz protein aktive) ise Rac1 aktivitesini aşağı düzenler ve buna göre bir negatif geribildirim türü translokasyonu azaltır, artan translokasyon 7-9 yol açar mekanizması 10,11.
Geçerli ve hassas yöntemler translokasyon Yersinia konak hücre etkileşim sırasında nasıl düzenlendiği araştırmak için önkoşuldur. Birçok farklı sistemleri özel avantajları ve sakıncaları ile birlikte, her biri bu amaç için kullanılmaktadır. Bazı yaklaşımlar western blot analizi ile, ardından farklı bir deterjan enfekte hücrelerin parçalanması değil, bakteri dayanmaktadır. ThBu yöntemlerin e ortak dezavantajı küçük ama kaçınılmaz bakteriyel lizis potansiyel bakteri ilişkili efektör proteinleri ile hücre lizat kirletir olmasıdır. Ancak, hücre dışı proteinler ve efektör ökaryotik hücrelerde seçici parçalanması digitonin sonraki kullanımının indirgemek için proteinaz K ile hücrelerinin tedavi, bu sorunu 12 en aza indirmek için önerilmiştir. Önemli olarak, bu deneyler, en önemlisi, çoğunlukla, ticari olarak mevcut değildir, yüksek kaliteli, anti-efektör antikorları bağlıdır. Girişimleri floresan proteinleri küresel üçüncül yapısı ve sekresyon 13 önce onları açılmak için salgılama aygıtının yetersizlik muhtemelen başarılı nedeniyle değildi translokasyon izlemek için GFP gibi efektör proteinlerin çeviri füzyonlarının ve floresan proteinleri kullanmak için. 14 ya da Flash cyclolysin Bordetella pertussis toksin Ancak, CYA gibi birçok farklı raportör etiketleri (kalmodulin-bağımlı adenilat siklaz) etki alanıetiketi başarıyla translokasyon analiz etmek için kullanılmıştır. Flash etiket, çok kısa bir Tetracysteine (4Cys) motifi etiketi, sekresyon işlemi bozmadan biarsenical boya Flash ile etiketlenmesi için izin verirken, eski deneyinde CYA enzimatik aktivitesi, hücre içi füzyon proteininin sinyal yükseltmek için kullanılır 15.
Burada uygulanan yaklaşım, Charpentier vd., Ilk kez bildirilmiştir transloke efektör TEM-1 beta-laktamaz füzyonları 16 (Şekil 1 A) Förster rezonans enerji transferi (FRET) boya CCF4 hücre içi dönüşüm dayanır. CCF4 / AM kumarin türevi (donör) ve flöresan kısmı (akseptör) bir cephalosporin çekirdek ile birbirine takılmış olduğu, bir hücre nüfuz edici bileşiktir. Ökaryot hücreye pasif girmesinden sonra, CCF4 / AM bileşik esterlenmiş floresan olmayan ücret ve floresan CCF4 hücresel esterazlarla işlenir ve bu sayede tuzakhücre içinde. 530 nm'de bir yeşil floresan sinyali yayan floresein kısım için FRET 405 nm sonuçlara kumarin parçasının Uyarım. Beta-laktamaz FRET tarafından sefalosporin çekirdek ayrılmasından sonra bozulur ve kumarin kısmının uyarma nm AR460 mavi floresan emisyonuna yol açar. Bu yöntemin farklı uygulamalar çok yönlülüğünü vurgulama literatürde tarif edilmiştir. Yöntem, in vitro olarak translokasyonu analizi sağlar ve aynı zamanda in vivo, örneğin, bu teknik, in vivo 17-19 translokasyon için hedeflenen lökosit popülasyonları tanımlamak için, bir fare enfeksiyon modelinde kullanılmıştır. Sinyallerin okunması plaka okuyucusu, FACS analizi ya da floresan mikroskopi kullanılarak yapılabilir. Unutmayın ki, yöntem aynı zamanda enfeksiyon süreci 20,21 sırasında canlı hücre mikroskopi gerçek zamanlı translokasyonu izlemek için imkanı sağlar. Burada lazer tarama mikroskobu readou floresan uygulanmıştırfloresan sinyalleri t en yüksek hassasiyet ve doğruluk sağlar olarak. Özellikle, yetenek yüksek duyarlı dedektörler ile birlikte nanometre hassasiyetle emisyon penceresini floresens optimize edilmiş ve çapraz konuşma minimize kolaylaştırır ayarlamak için. Buna ek olarak, bu mikroskopi kurulum translokasyonun gerçek zamanlı izleme için uyarlanabilir ve potansiyel olarak hücresel düzeyde-konak etkileşim aynı anda analiz için izin verir.
Bir Y. Bu çalışmada translokasyon oranları enterocolitica vahşi tip suş ve hypertranslocator fenotip 10,11 sergileyen YopE silme mutant örnek bir analiz edildi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Biz burada başarılı Y. tarafından efektör translokasyon kantitatif analizi için bir TEM-1 beta-laktamaz muhabiri bazlı analiz uygulamalı enterocolitica. Bu, hassas bir özel ve oldukça basit bir tekniğin bir çok farklı varyasyonlar literatürde tarif edilmiştir. Bu çalışmada, lazer tarama mikroskobu floresan sinyalleri en hassas ve kesin tespiti için yürütülmüştür. Özellikle, verici ve alıcı boyalar ve bağımsız olarak ayarlanabilen tespit bant genişlikleri arasında çapra…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank Dr. Antonio Virgilio Failla for providing the FRET acquisition quantification algorithm and Erwin Bohn for providing the pMK-bla and pMK-ova constructs.
Materials
| LB-Agar | Roth | X969.2 | |
| LB-Medium | Roth | X968.2 | |
| Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline | Sigma-Aldrich | D8662-500ML | |
| 96-well plate (black, clear bottom) | Greiner Bio One | 655087 | |
| DMEM, high glucose, GlutaMAX Supplement, pyruvate | Gibco/Life Technologies | 31966-047 | |
| Probenecid | Sigma-Aldrich | P8761-25G | |
| LiveBLAzer FRET-B/G Loading Kit with CCF4-AM | Life Technologies | K1095 | |
| Lectin from Triticum vulgaris (wheat) FITC conjugate | Sigma-Aldrich | L4895 | Used for peak emission and cross-talk determination |
| V450 Rat anti-Mouse CD8a | BD Bioscience | 560469 | Used for peak emission and cross-talk determination |
| Immersol W immersion oil | Zeiss | 444969-0000-000 | Refractive index = 1.3339 @ 23 °C |
| TCS SP5 II confocal laser scanning microscope | Leica microsystems | 2x GaAsP-Hybrid detectors, 4 channel spectrometer, acusto optical beam spliter, motorized XY stage, adjustable pinhole, objective 20x HC PL APO CS IMM/CORR, 405nm diode laser 50mW | |
| Imaris 7.6 software | Bitplane | Plugins included ImarisXT and MeasurementPro | |
| MatLab compiler runtime | MathWorks | ||
| Prism 5 | GraphPad software |
References
- Galan, J. E., Lara-Tejero, M., Marlovits, T. C., Wagner, S. Bacterial Type III Secretion Systems: Specialized Nanomachines for Protein Delivery into Target Cells. Annu Rev Microbiol. 68, 415-438 (2014).
- Aepfelbacher, M., Trasak, C., Ruckdeschel, K. Effector functions of pathogenic Yersinia species. Thromb Haemost. 98 (3), 521-529 (2007).
- Heesemann, J., Sing, A., Trulzsch, K. Yersinia’s stratagem: targeting innate and adaptive immune defense. Curr Opin Microbiol. 9 (1), 55-61 (2006).
- Viboud, G. I., Bliska, J. B. Yersinia outer proteins: role in modulation of host cell signaling responses and pathogenesis. Annu Rev Microbiol. 59, 69-89 (2005).
- Dewoody, R. S., Merritt, P. M., Marketon, M. M. Regulation of the Yersinia type III secretion system: traffic control. Front Cell Infect Microbiol. 3, 10-3389 (2013).
- Pettersson, J., et al. Modulation of virulence factor expression by pathogen target cell contact. Science. 273 (5279), 1231-1233 (1996).
- Schweer, J., et al. The cytotoxic necrotizing factor of Yersinia pseudotuberculosis (CNFY) enhances inflammation and Yop delivery during infection by activation of Rho GTPases. PLoS Pathog. 9 (11), e1003746 (2013).
- Wolters, M., et al. Cytotoxic necrotizing factor-Y boosts Yersinia effector translocation by activating Rac protein. J Biol Chem. 288 (32), 23543-23553 (2013).
- Mejia, E., Bliska, J. B., Viboud, G. I. Yersinia controls type III effector delivery into host cells by modulating Rho activity. PLoS Pathog. 4 (1), e3 (2008).
- Aili, M., et al. Regulation of Yersinia Yop-effector delivery by translocated YopE. Int J Med Microbiol. 298 (3-4), 183-192 (2008).
- Gaus, K., et al. Destabilization of YopE by the ubiquitin-proteasome pathway fine-tunes Yop delivery into host cells and facilitates systemic spread of Yersinia enterocolitica in host lymphoid tissue. Infect Immun. 79 (3), 1166-1175 (2011).
- Nordfelth, R., Wolf-Watz, H. YopB of Yersinia enterocolitica is essential for YopE translocation. Infect Immun. 69 (5), 3516-3518 (2001).
- Radics, J., Konigsmaier, L., Marlovits, T. C. Structure of a pathogenic type 3 secretion system in action. Nat Struct Mol Biol. 21 (1), 82-87 (2014).
- Sory, M. P., Cornelis, G. R. Translocation of a hybrid YopE-adenylate cyclase from Yersinia enterocolitica into HeLa cells. Mol Microbiol. 14 (3), 583-594 (1994).
- Schlumberger, M. C., et al. Real-time imaging of type III secretion: Salmonella SipA injection into host cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 102 (35), 12548-12553 (2005).
- Charpentier, X., Oswald, E. Identification of the secretion and translocation domain of the enteropathogenic and enterohemorrhagic Escherichia coli effector Cif, using TEM-1 beta-lactamase as a new fluorescence-based reporter. J Bacteriol. 186 (16), 5486-5495 (2004).
- Koberle, M., et al. Yersinia enterocolitica targets cells of the innate and adaptive immune system by injection of Yops in a mouse infection model. PLoS Pathog. 5 (8), e1000551 (2009).
- Geddes, K., Cruz, F., Heffron, F. Analysis of cells targeted by Salmonella type III secretion in vivo. PLoS Pathog. 3 (12), e196 (2007).
- Marketon, M. M., DePaolo, R. W., DeBord, K. L., Jabri, B., Schneewind, O. Plague bacteria target immune cells during infection. Science. 309 (5741), 1739-1741 (2005).
- Mills, E., Baruch, K., Aviv, G., Nitzan, M., Rosenshine, I. Dynamics of the type III secretion system activity of enteropathogenic Escherichia coli. MBio. 4 (4), (2013).
- Mills, E., Baruch, K., Charpentier, X., Kobi, S., Rosenshine, I. Real-time analysis of effector translocation by the type III secretion system of enteropathogenic Escherichia coli. Cell Host Microbe. 3 (2), 104-113 (2008).
- Heesemann, J., Laufs, R. Construction of a mobilizable Yersinia enterocolitica virulence plasmid. J Bacteriol. 155 (2), 761-767 (1983).
- Zumbihl, R., et al. The cytotoxin YopT of Yersinia enterocolitica induces modification and cellular redistribution of the small GTP-binding protein RhoA. J Biol Chem. 274 (41), 29289-29293 (1999).
