Inflammasome harekete geçirmek ve Pyroptotic hücre ölümü fare kemik iliği türevi makrofajlar içinde tespiti
Summary
NLRP3 inflammasome harekete geçirmek algılama floresans mikroskobu kullanarak ve etkin caspase-1 ve adaptörü, ASC için boyama hücresel olarak açıklanmaktadır. Laktat dehidrogenaz yayın tahlil pyroptotic lizis nüfus olarak algılamak için sunulmuştur. Bu teknikler birçok açıdan inflammasome biyoloji çalışmaya adapte edilebilir.
Abstract
Inflammasomes birçok patojen organizmalar başarılı kontrolü için gerekli olan ama aynı zamanda inflamatuar teşvik doğuştan gelen bağışıklık sinyal gönderme platformları ve otoinflamatuvar hastalıklar vardır. Inflammasomes başını sallamak-benzeri reseptör (NLR) aile üyeleri de dahil olmak üzere sitozolik desen tanıma reseptörleri tarafından aktif hale gelir. Bu reseptörler mikrobiyal veya hasar ilişkili uyarinin algılama oligomerize. Sonraki artan adaptör protein alımı caspase-1 ile yakınlık kaynaklı auto-harekete geçirmek harekete geçirmek bir mikroskobik görünür inflammasome karmaşık, oluşturur. Harekete geçirmek, caspase-1 pro-IL-1β ve pro-IL-18, harekete geçirmek ve bu pro-inflamatuar sitokinlerin salgılanmasını lider cleaves. Caspase-1 Ayrıca inflamatuar formdaki membran bütünlüğü ve hücre lizis kaybı özellikleri pyroptosis olarak adlandırdığı hücre ölümü aracılık eder. Caspase-1 gasdermin için ozmotik lizis önde gelen D, plazma zarı gözenekleri, oluşturan N-terminal parça bırakmadan cleaves.
İçinde vitro, belgili tanımlık harekete geçirmek caspase-1 caspase-1 faaliyet sonda FAM-YVAD-FMK ile kemik iliği türevi makrofajlar etiketleme ve adaptör protein ASC karşı antikor hücrelerle etiketleme belirlenebilir. Bu teknik inflammasome oluşumu ve caspase-1 harekete geçirmek floresans mikroskobu kullanarak tek tek hücreleri içinde kimliği sağlar. Pyroptotic hücre ölümü Orta serbest bırakılması sitozolik laktat dehidrogenaz ölçüm tarafından tespit edilebilir. Bu basit, uygun maliyetli ve filtreleme için uyum sağlayan bir 96-şey plaka biçiminde gerçekleştirilen işlemdir. Bu makale, nigericin tarafından NLRP3 inflammasome aktivasyonu için adaptör protein ASC ve etkin caspase-1, yerelleştirme iş açar pyroptosis için önde gelen gösteriyoruz.
Introduction
Inflammasome-aracılı iltihap patojen organizmalar1karşı savunma bir kritik bileşenidir ama aynı zamanda pek çok hastalıkları2etyolojisinde altında yatan. Hasar moleküler modelleri (DAMPs) ilişkili veya çok çeşitli enfeksiyonların inflamatuar yanıt patojen ilişkili moleküler desenleri (PAMPs) sitozolik algılama tarafından tetiklenir. Desen tanıma reseptörleri (PRR), NOD benzeri reseptör (NLR) aile üyeleri de dahil olmak üzere bu algılama PAMPs ve DAMPs oligomerize. Bu PRR, apoptozis ile ilişkili leke gibi protein içeren bir C-terminal caspase-işe alım etki alanı (kart) (ASC) ve yanlısı şeklinde adaptör protein içeren inflammasome olarak adlandırdığı bir çok protein kompleksi oluşumunu tetikler caspase-13,4. Bu karmaşık yakınlık kaynaklı auto-harekete geçirmek-in caspase-1 sağlar. Active caspase-1 sonra özelliği inflamatuar hücre ölüm yolu pyroptosis olan olayları yol açar. Bu olaylar şunlardır: bölünme ve inflamatuar sitokinlerin IL-1β ve IL-18, lysosome ekzositozu ekstrasellüler boşluk, nükleer yoğunlaşma ve gasdermin D bölünme lizozomal İçindekiler sürümüyle serbest bırakılması. Plazma membran rüptürü ve yayın patojen çoğaltma5, için koruyucu bir niş zannetme yanı sıra inflamatuar İçindekiler neden gözenekleri oluşturan plazma zarı gasdermin D yayımlanan N-terminal alanı ekler 6 , 7.
Burada, iyi okudu NLRP3 inflammasome ele. NLRP3 inflammasome aktivasyonu ile iki adımlı işlem8oluşur. İlk “macun” adım tanıma programını Toll benzeri reseptörler bir mikrobiyal ürünün tarafından (TLR) oluşur. Bu TLR4 uyarmak için LPS kullanarak laboratuar ortamında çoğaltılır. Bu uyarımı upregulates NLRP3 ve NF-kB sinyal aracılığıyla pro-IL-1β. Ayrıca priming NLRP3 transkripsiyon mekanizmalar aracılığıyla onun deubiquitination9,10 ve fosforilasyon veya belirli artıkları11,12dephosphorylation inducing tarafından lisans verir.
İkinci sinyal NLRP3 harekete geçirmek için ne kadar zor8NLRP3 harekete geçirmek için birleştirici bir mekanizma kalır mitokondrial faktörler, reaktif oksijen türleri, potasyum sızma ve sinyal, kalsiyum içeren düşünülmektedir. Aktif NLRP3 onun NACHT etki alanları arasındaki etkileşimler yoluyla oligomerizes ve ASC pyrin (PYD) etki alanları13bağlama yolu ile acemi. Her hücre, tek bir mikroskobik görünür odak makromoleküllerin bu kompleksler oluşturur. ASC aslında insan lösemi hücreleri apoptosis sırasında bir “leke” oluşturan 22 KDa protein ve bir kart14içeren adlandırılmış apoptozis ile ilişkili leke gibi protein olarak tespit edilmiştir. Bu daha sonra ASC pro-caspase-1 inflammasome15şekillendirme kartı pro-caspase-1, ASC kartıyla etkileşimi aracılığıyla acemi belirlendi.
Tüm NLR’ler caspase-1 aktivasyon ikna etmek için ASC varlığını gerektirir. NLRP3, aksine NLRC4 ve NLRP1b kartı etki alanları var ve pro-caspase-1 caspase-1 aktivasyon ikna etmek için kart etkileşimleri aracılığıyla doğrudan işe. ASC yokluğunda active caspase-1 sitozol yaygın olarak kalır ve tek bir odak noktası formu değil. Bu yaygın active caspase-1 pyroptotic hücre ölümü ikna etmek yeterli ama pro-IL-1β13,16işleyemiyor.
Bu makale, inflammasome harekete geçirmek değerlendirmek için iki yol ele alınacak. İlk floresan faaliyet kullanan sonda, FAM-YVAD-caspase-1 proteaz ailesinin bağlayan FMK,. Bu aile caspase-1, ama aynı zamanda fare caspase-11 ve insan caspase-4 ve caspase-5 içerir. Caspase-1/11 eksik fare üzerinden makrofajlar tüm deneyler kullanarak, bu sonda özgüllük ele alınacaktır. Bu yöntem ayrıca anlatacağız inflammasome bileşenlerinin antikor etiketleme ile kombine edilebilir. Mikroskobik görselleştirme için tek tek hücreleri aktif caspase-1 ve oligomerized ASC içeren kimlik sağlar. Bu yöntemi kullanarak, araştırmacılar inflammasome oluşumu cascade bir etkisi konak hücre veya altında eğitim patojen organizma kendi işlemler olduğu belirlemek mümkün olacak. Örneğin, belirli bir müdahale ASC alımı karmaşık NLRP3 engeller ya da sonraki işe alım ve caspase-117aktivasyonu hedefleyen bir ayırt edebilirsiniz. Caspase-1 etkinleştirme IL-1β salgı gibi sonuçlarını inceleyerek bu iki olasılık arasında ayırt etmek mümkün olmaz. Ayrıca, IL-1β salgı hücreleri yetenek caspase-1 etkinleştirmek ve pyroptotic hücre ölüm16geçmesi değiştirmeden değişmiş.
İkinci yöntem yukarıda açıklanan caspase-1 harekete geçirmek izleyip pyroptotic makrofaj lizis sırasında oluşan serbest bırakılması laktat dehidrogenaz (karaciğer) süpernatant, hücre içine ölçer. Tüm karaciğer sürümünde de ölçülen bu ikinci yöntem nüfus temelli bir yaklaşım olur. Bu basit yaklaşım hızlı analiz örnekleri için (kuluçka süresi 30 dk) caspase-1-aracılı hücre ölümü olup olmadığını belirlemek için izin verir ve bir 96-şey plaka biçimde gerçekleştirilebilir.
Bu yöntemleri tamamlayıcı, her biri farklı avantajları ve her ikisi de kolayca değişiklikler mükellef bulunmaktadır. Örneğin, makrofaj tedavi ile hedeflenen küçük molekül ağırlıklı bileşikler inflammasome stimülasyon önce rol proteinler inflamatuar yanıt-e doğru kontrol üzerinde olabilir belirli araştırmak için kullanılabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu makale, biz inflammasome harekete geçirmek ve caspase-1 harekete geçirmek NLRP3 stimülasyon fare kemik iliği türevi makrofajlar içinde takip sonucu incelemek için iki teknik sundu. İlk teknik caspase-1 etkinleştirme floresan muhabir FAM-YVAD-FMK hücresel bağlamında düzeyini belirlemek araştırmacı sağlar. Bu muhabir caspase-1/11 eksik makrofajlar boyama yokluğu tarafından görüldüğü gibi enzimlerin caspase-1 Aile bağlama için çok özel. Özgüllük LaRock ve arktarafından da gösteri…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Tüm mikroskobu W. M. Keck mikroskobu merkezi Nathaniel Peters desteği ile ve NIH Ödülü S10OD016240 desteğiyle yapıldı. S.L.F. NIH K08AI119142 ve R21AI130281 tarafından desteklenir. Biz Dr Richard Flavell ve Dr. Brad Cookson caspase-1/11 eksik fareler için ve Dr. Brad Cookson laboratuvar tesisler ve ekipman paylaştığınız için teşekkür ederiz.
Materials
| E-MEM | ATCC | 30-2003 | For growing L929 cells |
| NCRC clone 929 (L929) | ATCC | CCL-1 | |
| Fixation/Permeabilization Kit | BD Biosciences | 554714 | Includes fixation and permeabilization solution, and wash buffer. Proprietary formulations. Contains 4.2% formaldehyde |
| Glycine | Biorad | 161-0718 | |
| Cytotox96 Nonradioactive cytotoxicity assay | Fisher Scientific | PR-G1780 | Includes Substrate Mix and Assay Buffer; Proprietary formulations. Stop solution is 1 M Acetic acid |
| FAM-YVAD-FMK | Immunocytochemistry Technologies | 98 | |
| DMEM, high glucose, no glutamine | Invitrogen | 11960044 | |
| DMEM, high glucose, no glutamine, no phenol red | Invitrogen | 31053028 | |
| Dulbecco's PBS, no calcium, no magnesium | Invitrogen | 14190144 | |
| Fetal Bovine Serum, qualified, US origin | Invitrogen | 26140079 | Heat inactivated at 55°C for 50 min |
| Gentamicin | Invitrogen | 15750060 | |
| ProLong Gold Mounting Medium | Invitrogen | p36934 | Proprietary formulation. Curing mounting medium. Hardens to refractory index of 1.46 |
| goat anti-mouse ALEXA555 | Invitrogen | A-21422 | |
| HEPES (Ultra Pure) | Invitrogen | 11344041 | |
| L-Glutamine | Invitrogen | 21051024 | |
| Penicillin-Streptomycin | Invitrogen | 15140122 | |
| TO-PRO-3 Iodide | Invitrogen | T3605 | far-red fluorescent nucleic acid stain |
| C57BL/6J mouse | Jackson Laboratoy | 000664 | |
| caspase-1/11-/- mouse | Jackson Laboratory | 016621 | |
| Leica SP8X Confocal Microscope | Leica | ||
| Ultrapure LPS from Salmonella minnesota R595 (Re) | List Biologicals | 434 | |
| anti-ASC clone 2EI-7 | Millipore-Sigma | 04-417 | |
| beta-mercapto-ethanol | Millipore-Sigma | M6250-10ML | |
| DMSO | Millipore-Sigma | D2650-5X10ML | |
| EDTA | Millipore-Sigma | E5391 | |
| Spectramax M3 plate reader | Molecular Devices | 5000414 |
References
- Jorgensen, I., Miao, E. A. Pyroptotic cell death defends against intracellular pathogens. Immunol Rev. 265 (1), 130-142 (2015).
- Guo, H., Callaway, J. B., Ting, J. P. Inflammasomes: mechanism of action, role in disease, and therapeutics. Nat Med. 21 (7), 677-687 (2015).
- Bergsbaken, T., Fink, S. L., Cookson, B. T. Pyroptosis: host cell death and inflammation. Nat Rev Microbiol. 7 (2), 99-109 (2009).
- Martinon, F., Burns, K., Tschopp, J. The inflammasome: a molecular platform triggering activation of inflammatory caspases and processing of proIL-beta. Mol Cell. 10 (2), 417-426 (2002).
- Fink, S. L., Cookson, B. T. Caspase-1-dependent pore formation during pyroptosis leads to osmotic lysis of infected host macrophages. Cell Microbiol. 8 (11), 1812-1825 (2006).
- Bergsbaken, T., Fink, S. L., den Hartigh, A. B., Loomis, W. P., Cookson, B. T. Coordinated host responses during pyroptosis: caspase-1-dependent lysosome exocytosis and inflammatory cytokine maturation. J Immunol. 187 (5), 2748-2754 (2011).
- Shi, J., et al. Cleavage of GSDMD by inflammatory caspases determines pyroptotic cell death. Nature. 526 (7575), 660-665 (2015).
- Sutterwala, F. S., Haasken, S., Cassel, S. L. Mechanism of NLRP3 inflammasome activation. Ann N Y Acad Sci. 1319, 82-95 (2014).
- Juliana, C., et al. Non-transcriptional priming and deubiquitination regulate NLRP3 inflammasome activation. J Biol Chem. 287 (43), 36617-36622 (2012).
- Py, B. F., Kim, M. S., Vakifahmetoglu-Norberg, H., Yuan, J. Deubiquitination of NLRP3 by BRCC3 critically regulates inflammasome activity. Mol Cell. 49 (2), 331-338 (2013).
- Song, N., et al. NLRP3 Phosphorylation Is an Essential Priming Event for Inflammasome Activation. Mol Cell. 68 (1), 185-197 (2017).
- Stutz, A., et al. NLRP3 inflammasome assembly is regulated by phosphorylation of the pyrin domain. J Exp Med. 214 (6), 1725-1736 (2017).
- Broz, P., Dixit, V. M. Inflammasomes: mechanism of assembly, regulation and signalling. Nat Rev Immunol. 16 (7), 407-420 (2016).
- Masumoto, J., et al. ASC, a novel 22-kDa protein, aggregates during apoptosis of human promyelocytic leukemia HL-60 cells. J Biol Chem. 274 (48), 33835-33838 (1999).
- Yamamoto, M., et al. ASC is essential for LPS-induced activation of procaspase-1 independently of TLR-associated signal adaptor molecules. Genes Cells. 9 (11), 1055-1067 (2004).
- Miao, E. A., Rajan, J. V., Aderem, A. Caspase-1-induced pyroptotic cell death. Immunol Rev. 243 (1), 206-214 (2011).
- LaRock, C. N., Cookson, B. T. The Yersinia virulence effector YopM binds caspase-1 to arrest inflammasome assembly and processing. Cell Host Microbe. 12 (6), 799-805 (2012).
- Swanson, M. S., Isberg, R. R. Association of Legionella pneumophila with the macrophage endoplasmic reticulum. Infect Immun. 63 (9), 3609-3620 (1995).
- Miller, S. I., Ernst, R. K., Bader, M. W. LPS, TLR4 and infectious disease diversity. Nat Rev Microbiol. 3 (1), 36-46 (2005).
- Sester, D. P., et al. A novel flow cytometric method to assess inflammasome formation. J Immunol. 194 (1), 455-462 (2015).
- Sester, D. P., et al. Assessment of Inflammasome Formation by Flow Cytometry. Curr Protoc Immunol. , (2016).
- DiPeso, L., Ji, D. X., Vance, R. E., Price, J. V. Cell death and cell lysis are separable events during pyroptosis. Cell Death Discov. , (2017).
- Russo, H. M., et al. Active Caspase-1 Induces Plasma Membrane Pores That Precede Pyroptotic Lysis and Are Blocked by Lanthanides. J Immunol. 197 (4), 1353-1367 (2016).
- Evavold, C. L., et al. The Pore-Forming Protein Gasdermin D Regulates Interleukin-1 Secretion from Living Macrophages. Immunity. , (2017).
