Summary

Analyse phénotypique des stades du sang asexué et sexuel du parasite du paludisme des rongeurs et des stades des moustiques

Published: May 30, 2019
doi:

Summary

En raison des similitudes frappantes entre le cycle de vie et la biologie des parasites du paludisme des rongeurs et les parasites du paludisme chez l’homme, les modèles de paludisme des rongeurs sont devenus indispensables à la recherche sur le paludisme. Ici, nous avons normalisé certaines des techniques les plus importantes utilisées dans l’analyse phénotypique des espèces de paludisme de rongeurs de type sauvage et transgénique.

Abstract

Les progrès récents des technologies de la génétique et de la biologie des systèmes ont favorisé notre compréhension de la biologie des parasites du paludisme au niveau moléculaire. Cependant, les cibles efficaces des parasites du paludisme pour le développement de vaccins et de chimiothérapies sont encore limitées. Cela est dû en grande partie à l’indisponibilité de modèles d’infection in vivo pertinents et pratiques pour les espèces humaines de Plasmodium, notamment pour P. falciparum et P. vivax. Par conséquent, les espèces de paludisme de rongeur ont été intensivement employées comme modèles in vivo pratiques d’alternative pour le vaccin antipaludique, le ciblage de drogue, la réponse immunitaire, et les études fonctionnelles de caractérisation des gènes conservés de Plasmodiumspp. En effet, les modèles de paludisme des rongeurs se sont avérés inestimables, en particulier pour l’exploration de la transmission des moustiques et de la biologie du stade du foie, et étaient indispensables pour les études immunologiques. Cependant, il existe des divergences dans les méthodes utilisées pour évaluer les phénotypes des parasites transgéniques et sauvages de type asexué et sexuel au stade du sang. Des exemples de ces écarts sont le choix d’une infection intraveineuse contre intrapéritonéal des rongeurs avec des parasites de stade sanguin et l’évaluation de l’exflagellation masculine de gamète. Ici, nous détaillons les méthodes expérimentales normalisées pour évaluer les phénotypes des stades du sang asexué et sexuel chez les parasites transgéniques exprimant des espèces de parasites du paludisme de type journaliste ou sauvage. Nous détaillons également les méthodes d’évaluation des phénotypes des stades des moustiques parasites du paludisme (gamètes, ookinetes, oocystes et sporozoites) à l’intérieur des moustiques vecteurs d’anophèles. Ces méthodes sont détaillées et simplifiées ici pour les souches létales et non létales de P. berghei et P. yoelii, mais peuvent également être appliquées avec quelques ajustements aux espèces de paludisme p. chabaudi et P. vinckei rongeur.

Introduction

Les parasites du paludisme causent des centaines de millions d’infections à paludisme chez l’homme dans le monde, avec plus de 600 000 décès chaque année1. Les infections humaines sont causées par cinq espèces de parasites du paludisme, à savoir P. falciparum, P. vivax, P. ovale, P. malariae, et P. knowlesi. La plupart des décès cliniques du paludisme sont causés par P. falciparum en Afrique subsaharienne1. Une autre espèce humaine de parasite du paludisme qui provoque de nombreuses morbidités dans le monde en dehors de l’Afrique subsaharienne est P. vivax2. Les trois autres espèces sont toutes plus limitées géographiquement et causent des infections bénignes de paludisme, à l’exception du P. knowlesimortel3. L’indisponibilité de modèles d’infections in vivo non humains pertinents et pratiques a toujours été et constitue toujours un obstacle au développement de vaccins antipaludiques et de médicaments. Le ciblage antérieur des médicaments antipaludiques et les études métaboliques se sont largement appuyés sur des modèles de paludisme aviaire comme P. gallinaceum et P. lophurae, infectant les poulets et les canards, respectivement4. Par la suite, les espèces de paludisme de rongeur ont été graduellement introduites dans divers vaccins et études de ciblage de drogue comme modèles in vivo. Au fil des ans, les preuves de similitudes entre les interactions biologie et interaction hôte-parasite des stades du cycle de vie des modèles de paludisme des rongeurs avec les espèces humaines de paludisme se sont accumulées.

En particulier, les modèles de paludisme des rongeurs étaient extrêmement importants pour explorer et caractériser la biologie des stades de moustique et de pré-érythrocytique5. Cependant, il existe quatre espèces de rongeurs (P. berghei, P. yoelii, P. chabaudi, et P. vinckei) qui ont des caractéristiques biologiques différentes, dont les plus notables sont dans les stades sanguins6. Les espèces de rongeurs sont différentes dans la synchronicité des stades sanguins, où les stades sanguins des souches de P. chabaudi et de P. vinckei sont pour la plupart synchrones, tandis que les stades sanguins de P. berghei et de P. yoelii ne sont pas6 , 7. Une autre différence notable est l’autodébisation des stades sanguins qui se produit dans certaines souches (par exemple, P. yoelii 17X-NL, P. berghei NK65, et P. vinckei lentum), tandis que l’infection sanguine d’autres les souches de la même espèce pourraient être mortelles si elles n’étaient pas traitées(P. yoelii 17X-L, P. berghei ANKA et P. chabaudi AS). De plus, la souche P. yoelii 17X-NL et la souche P. berghei ANKA envahissent de préférence les réticulocytes8,9,10,11, bien que ces caractéristiques de P. les souches yoelii et P. berghei ne sont pas une exigence de croissance stricte12,13,14. Par conséquent, les souris sont traitées avec de la phénylhydrazine avant une infection par les stades sanguins de ces parasites pour augmenter la parasitemia et le gamocytemia nécessaires pour une infection par les moustiques pour la souche P. berghei ANKA et pour P. yoelii 17X-NL15,16,17,18,19.

Des différences dans le développement des stades des moustiques existent également entre les différentes espèces de paludisme des rongeurs, les plus notables étant la température et le temps requis pour le développement optimal des stades des moustiques et la longueur de la sporozoite5,6, 20. Dans les stades pré-érythrocytiques des espèces de paludisme de rongeur, les différences incluent les espèces de rongeurs et la souche qui sont les plus sensibles à l’inoculation infectieuse de sporozoite, le nombre de sporozoites nécessaires pour l’inoculation dans une souche sensible de rongeur, le types de cellules de mammifères nécessaires pour les essais in vitro de développement de stade de foie, et le temps de terminer le développement de stade de foie5,21,22,23,24,25 ,26,27,28,29,30.

Malgré ces variations, les parasites du paludisme des rongeurs étaient les modèles favorables dès le début pour l’application d’approches génétiques inversées, parce qu’ils consommaient moins de temps et de ressources avec une forte probabilité de succès31. En fait, les modèles de paludisme des rongeurs étaient les meilleurs modèles, et dans de nombreux cas les seuls modèles, disponibles pendant de nombreuses années pour caractériser fonctionnellement les gènes exprimés dans les stades des moustiques et du foie.

À la lumière de la popularité et de l’agréabilité des approches génétiques inversées dans les modèles de paludisme des rongeurs, un certain nombre de méthodologies différentes ont été utilisées pour analyser les phénotypes des stades transgéniques du cycle de vie des parasites, en particulier les stades sanguins. Cependant, certaines de ces méthodes sont incohérentes; par exemple, comparer les infections de parasites au stade sanguin à la suite d’une injection ip (qui sont peut-être drainées aux ganglions lymphatiques péritonéaux et, à partir de là, peuvent entrer dans la circulation sanguine; par conséquent, les parasites injectés ne finissent pas également dans la circulation sanguine) , en comparant la transmission de moustiques de clones avec un nombre différent de transferts en série de stade sanguin ou de nombre G (qui pourrait affecter la gamcytogenèse32,33), ou en comparant les parasites transgéniques directement à la naïve de type sauvage (WT) parasites qui n’ont jamais été soumis à l’électroporation et à la sélection positive de drogue et aux diverses évaluations non normalisées de l’exflagellation masculine de gamète. Par conséquent, il est crucial de normaliser les protocoles qui sont simples à suivre pour l’analyse phénotypique de tout type de parasites transgéniques ou WT rongeur paludisme dans le sang et dans le moustique pour accueillir les variations biologiques du paludisme rongeur espèces parasites.

Ici, nous rendons compte d’un protocole expérimental normalisé et détaillé pour l’analyse phénotypique des stades du cycle de vie du sang et des moustiques des parasites transgéniques ou sauvages de Type P. yoelii et P. berghei. Ces protocoles s’appliquent également aux parasites P. chabaudi et P. vinckei.

Protocol

Toutes les expériences animales décrites ici ont été menées selon les protocoles approuvés par le Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux (IACUC) de l’Université de Tulane et le comité d’éthique des animaux de l’Université Bezmialem Vakif. Tous les autres protocoles expérimentaux et l’utilisation de l’ADN recombinant ont été effectués selon les protocoles approuvés par le Comité institutionnel de biosécurité (BAC) de l’Université tulane. 1. Infection de so…

Representative Results

Le succès de l’application d’outils et de techniques génétiques inversés aux parasites du paludisme a révolutionné le domaine de la recherche sur le paludisme, avec la possibilité d’ajouter, de supprimer ou de modifier des segments génomiques spécifiques de plusieurs espèces de Plasmodium 39. Fait important, des loci génomiques dispensables ont été identifiés et utilisés avec succès pour introduire des marqueurs de protéines de fluorescenc…

Discussion

Malgré la similitude de la biologie générale de leurs cycles de vie avec celle des parasites du paludisme humain, les modèles de paludisme à souris présentent également de nombreuses différences avec les espèces humaines de Plasmodium qui limiteraient leur utilisation comme modèles in vivo fiables. Par exemple, à l’exception des parasites atténués vivants comme vaccins, toutes les études de vaccins avec sous-unité et ADN et d’autres vaccins ont donné d’excellents résultats dans le modè…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ahmed Aly est soutenu par le financement de l’Université Bezmialem Vakif par le ministère turc du Développement 2015BSV036, et par le financement fourni par l’École de Santé Publique et de Médecine Tropicale de l’Université de Tulane, et par le financement des NIH-NIAID pour R21Grant 1R21AI111058-01A1.

Materials

Heparin Sigma 375095-100KU
Xanthurenic acid Sigma D120804-5G
Hypoxanthine Sigma H9377-25G
Alsever's solution Sigma A3551-500ML
Sodium Bicarbonate Sigma S5761-500G
Phenylhydrazine Sigma P26252-5G
Glycerol Sigma G5516-500ML
Giemsa Sigma GS1L-1L
26G x 3/8 Precision Glide Needle,  Becton Dickinson 305110
1 ml TB Syringe, 26G x 3/8 Becton Dickinson 309625
1 cc Insulin Syringe, U-100 27G Becton Dickinson 329412
Isoflurane, USB Piramal 2667- 46- 7
PBS, pH 7.4 Gibco 10010049
RPMI Gibco 22400105
DMEM Gibco 11995065
Pencillin/ Streptomycin Gibco 10378016
Fetal Bovine Serum Gibco 10082147
Fiber Glass Wool Corning 3950

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Aly, A. S., Deveci, G., Yilmaz, I., Abraham, A., Golshan, A., Hart, R. J. Phenotypic Analysis of Rodent Malaria Parasite Asexual and Sexual Blood Stages and Mosquito Stages. J. Vis. Exp. (147), e55688, doi:10.3791/55688 (2019).

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