لمواجهة نشر الممرض، الخلايا المضيفة إعادة تنظيم الهيكل الخلوي لتجزئة البكتيريا وحمل الالتهام الذاتي. يتم تحديد العدوى عن طريق الشيجلا الخلايا زراعة الأنسجة، المضيف والمحددات الكامنة وراء هذه العملية الممرض وتتميز. باستخدام نماذج الزرد العدوى الشيجلا، يتم التحقيق في دور الجزيئات والآليات التي اكتشفت في الجسم الحي.
الشيغيلة الفلكسنرية هو الممرض داخل الخلايا التي يمكن الهروب من phagosomes للوصول إلى العصارة الخلوية، وبلمرة الأكتين المضيف الهيكل الخلوي لتعزيز حركية ونشره. وقد أظهرت عمل جديد أن البروتينات المشاركة في الحركة القائم على الأكتين ترتبط أيضا إلى الالتهام الذاتي، عملية تحلل الخلايا حاسمة لخلية مناعة ذاتية الحكم. لافت للنظر، قد الخلايا المضيفة منع الحركة القائم على الأكتين من S. الفلكسنرية بواسطة compartmentalizing البكتيريا داخل "أقفاص septin" واستهداف لهم الالتهام الذاتي. هذه الملاحظات تشير إلى أن فهم أكثر اكتمالا من septins، وهي عائلة من البروتينات ملزمة GTP الخيطية، سوف توفر رؤى جديدة في عملية الالتهام الذاتي. ويصف هذا التقرير بروتوكولات لمراقبة التفاعلات الالتهام الذاتي، الهيكل الخلوي الناجم عن S. الفلكسنرية في المختبر باستخدام خلايا زراعة الأنسجة في الجسم الحي واستخدام اليرقات الزرد. هذه البروتوكولات تمكن التحقيق من الخلايا mechanisالسيدة التي تتحكم في نشر البكتيريا على مستوى الحي الجزيئية الخلوية، وكله.
الفلكسنرية الشيجلا، بكتيريا سلبية الغرام ممرض للأمعاء الغازية، ويمكن الهروب من phagosomes إلى العصارة الخلوية، وتتبلمر المضيف الأكتين الهيكل الخلوي للتهرب من الاستجابات المناعية عصاري خلوي وتعزيز الحركة البينية بين الخلايا و1،2. على الرغم من فهم الحركة القائم على الأكتين في المختبر 3،4، آليات تقييد نشر البكتيريا في الجسم الحي لم يعرف تماما. هذا أمر بالغ الأهمية من أجل فهم أكثر اكتمالا من المناعة الفطرية والدفاع المضيف.
Septins، عائلة الحفظ جدا من البروتينات بين metazoans، هم ثلاثي فسفات (GTP) -binding البروتينات التي تجمع في المجمعات مغاير بلازميدة قليلة القسيمات وتشكل خيوط غير القطبية التي ترتبط بها مع الأغشية الخلوية والهيكل الخلوي 5،6. وقد اكتشف مؤخرا أن عمل الخلايا المضيفة المصابة يمكن أن يمنع الشيجلا الأكتين الحركة القائمة على compartmentalizing بواسطة البكتيريا التي تستهدف autophAGY داخل "أقفاص septin"، وكشف عن آلية الخلوية الأولى التي يصد الأكتين الحركة القائمة على 7،8. حقل مفتوح على مصراعيه للتحقيق يكمن الآن في "البيولوجيا septin والعدوى. التجمع Septin، الناجمة عن مجموعة متنوعة من مسببات الأمراض (مثل الليستريا المستوحدة 7،9،10، المتفطرة البحرية 7،8، المبيضات البيض 11)، قد تظهر كقضية أساسية في دفاع المضيف 5،12.
الالتهام الذاتي، وهي عملية تدهور الخلايا الحفظ جدا، ويعتبر عنصرا أساسيا في مناعة خلايا مستقلة بسبب قدرتها على تقديم البكتيريا عصاري خلوي إلى يحلول 13،14. ومع ذلك، فإن دور الالتهام الذاتي البكتيريا في الجسم الحي لتقييد أو تشجيع تكرار البكتيرية لا تزال غير مفهومة 15،16. برزت الزرد (دانيو rerio) كنموذج الفقارية لدراسة التهابات لأنه يمكن الوصول بصريافي مراحل اليرقات عندما يكون نظام المناعة الفطري هو بالفعل ظيفية 17،18. وقد تميزت الأعمال الأخيرة حساسية اليرقات الزرد إلى S. الفلكسنرية، نموذجا لالالتهام الذاتي البكتيرية 15، واستخدمت الشيجلا نموذج عدوى -zebrafish لدراسة التلاعب الالتهام الذاتي لعلاج مضاد للجراثيم في الجسم الحي 19.
يقدم هذا التقرير أدوات والمقايسات لدراسة S. جديدة التفاعلات الفلكسنرية مع الالتهام الذاتي والهيكل الخلوي. في خطوة أولى، وبروتوكولات لرصد وصفها التفاعلات الالتهام الذاتي الهيكل الخلوي باستخدام عدوى الشغيلة من خط الخلايا الظهارية البشرية هيلا. لتقييم دور التفاعلات الالتهام الذاتي، الهيكل الخلوي على عملية العدوى الشغيلة في المختبر، وأساليب للتلاعب الالتهام الذاتي ومكونات الهيكل الخلوي (باستخدام الكواشف سيرنا أو الدوائية) وتقدم. وقد أظهرت عمل جديد باستخدام الشيجلا العدوى ساليرقات الزرد جمعة، فحوصات مماثلة يمكن تطبيقها على دراسة بيولوجيا الخلية من عدوى في الجسم الحي. بروتوكولات لإعداد وتصيب اليرقات الزرد مفصلة، وتقييم استجابة المضيف للإصابة الشغيلة في الجسم الحي والبروتوكولات لتحديد بقاء وتقدم المضيف وعبء البكتيرية اليرقات المصابة. طرق لرصد تجنيد septin والالتهام الذاتي علامات لالشيجلا (باستخدام إما ثابتة أو يعيشون اليرقات الزرد) وطرق لاختبار دور هذه العمليات في الجسم الحي [أليغنوكليوتيد] باستخدام morpholino (1-4 حقن في الأجنة مرحلة الخلية) أو الكواشف الدوائية ( وأضاف مباشرة إلى ماء الحمام الزرد)] وتناقش أيضا. ومن المتوقع هذا البرنامج من العمل لتوفير نظرة ثاقبة الآليات المطلوبة للسيطرة على العدوى عن طريق استجابات المضيف عصاري خلوي.
عند رصد الالتهام الذاتي والهيكل الخلوي في المختبر باستخدام خلايا زراعة الأنسجة، والبروتوكولات المذكورة في المادتين 1 و 2 يمكن تطبيقها على مجموعة واسعة من أنواع الخلايا زراعة الأنسجة. وعلاوة على ذلك، لمتابعة الالتهام الذاتي (على سبيل المثال، ATG8 / LC3 + ف] autophagosomes) والهيكل الخلوي (على سبيل المثال، ذيول أكتين، أقفاص septin) ديناميكية في الوقت الحقيقي خلال العدوى الشيجلا باستخدام التصوير الحية، وخلايا زراعة الأنسجة يمكن عابر باستخدام GFP-، يبني RFP- أو CFP الموسومة كما وصفت سابقا 7،8. لزيادة نسبة الخلايا المصابة بواسطة الشيجلا (أي مرغوب فيه عموما لتحليلها في الوقت الحقيقي على اعتبار أن الشغيلة يمكن أن تغزو 5-30٪ من خلايا هيلا في 100: 1 وزارة الداخلية)، مباشرة إضافة 400 ميكرولتر من الشغيلة (OD 600 = 0.3 -0.6) إلى الخلايا في 2 مل MEM (المتعطشة المصل) وانتظر لا يقل عن 1.5 ساعة عدوى بكتيرية آخر للدخول كافية، والهروب من يبلوع، والنسخ، والاتحاد الافريقيالاعتراف tophagy وseptin الحبس. بدلا من ذلك، يمكن للمرء استخدام سلالة الشيجلا M90T الفجر العالمية التي تعبر عن adhesin AfaE ولقد أعلى بكثير قدرات الغزو في الخلايا الظهارية مقارنة مع سلالة M90T 28. من المذكرة، لم يتم بعد اختبار سلالة M90T الفجر العالمية في الجسم الحي باستخدام الزرد. يمكن أن تظل لوحات من المستعمرات الشغيلة في 4 درجة مئوية لمدة 2-3 أيام وتستخدم لعدة تجارب. لكن، مع مرور الوقت، مستعمرات الشغيلة التي فقدت البلازميد الفوعة يمكن أيضا استيعاب الكونغو الأحمر ويبدو أن الاحتفاظ بلازميد الفوعة بهم. لهذا السبب نحن نوصي لاستخدام مخزونات البكتيرية جديدة عندما يكون ذلك ممكنا.
عند رصد بيولوجيا الخلية من عدوى في الجسم الحي والبروتوكولات وصفها في المادتين 3 و 4 استخدام wildtype AB خط الزرد. لمراقبة التفاعلات -leukocyte الشغيلة، وخطوط الزرد المعدلة وراثيا يمكن استخدامها، على سبيل المثال، MPX: GFP أو lyz: DsRed البصرية لإيزي العدلات 19،29،30 أو MPEG1: mcherry لتصور الضامة 19،31. لتصور الالتهام الذاتي في الجسم الحي، وGFP-LC3 خط المعدلة وراثيا الزرد 19،24 يمكن استخدامها كما هو موضح في القسم 3.8.
إلى التشويش على الالتهام الذاتي في الجسم الحي، والجرعة الفعالة morpholino قليل النوكليوتيد يجب أن يتم تقييم التجربة على أساس كفاءتها لمنع الربط نص أو الترجمة البروتين. فإنه من المستحسن إجراء تجربة المعايرة وتأكيد استنزاف بواسطة RT-PCR (للصق morpholino قليل النوكليوتيد) أو SDS-PAGE (لمتعدية morpholino قليل النوكليوتيد) 32. عزل الحمض النووي الريبي من أجنة الزرد أو يرقات يمكن أن يؤديها باستخدام استخراج guanidinium ثيوسيانات-الفينول كلوروفورم. لاستخراج البروتين من اليرقات الزرد (8 إلى 15 يرقة / أنبوب)، التجانس ميكانيكيا باستخدام مدقة في 200 ميكرولتر تحلل العازلة (1 M تريس، 5 M كلوريد الصوديوم، 0.5 M EDTA، 0.01٪ octylphenol أكسيد الإيثيلين condensatالإلكترونية، ومثبط البروتياز). أنابيب الطرد المركزي في 19،000 XG في 4 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة ونقل طاف لأنبوب جديد. إضافة عازلة Laemmli وتسخين العينة في 95 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة. ويمكن تخزين لست] في -80 درجة مئوية لحين الحاجة إليها، ويمكن تقييمها من قبل الغرب النشاف كما هو موضح في القسم 2.3.
الزرد هو نموذج ممتاز للتطبيق في الجسم الحي المخدرات. التحليل باستخدام أليغنوكليوتيد] morpholino يمكن أن تستكمل مع المخدرات التي أنشئت لمعالجة الالتهام الذاتي (مثل rapamycin وbafilomycin). ويمكن علاج اليرقات غير المصابة و / أو المصابين rapamycin (1.5 ميكرومتر) أو bafilomycin (80 نانومتر) المخفف في E2 ويمكن تقييم تدفق ذاتية البلعمة بواسطة النشاف الغربي كما هو موضح في 25،33. يمكن تقييم نتيجة التلاعب الالتهام الذاتي على نتيجة العدوى وبقاء اليرقات المصابة كما هو موضح في القسم 3.5.
بالإضافة إلى دراسة الخلية المضيفةالمحددات، في المختبر وفي الجسم الحي بروتوكولات يمكن تطبيقها لتقييم المحددات البكتيرية اللازمة للاعتراف الالتهام الذاتي، وذلك باستخدام سلالات متحولة البكتيرية التي يتم الاعتراف بها بشكل مختلف من قبل الالتهام الذاتي، على سبيل المثال، الشيجلا ΔicsA (البروتين الشيجلا يكسا المجندين N-WASP ثم Arp2 / 3 لذيل الأكتين وتشكيل septin قفص، وفي غيابها لا يمكن وجود ذيول أكتين، لا أقفاص septin) وShigellaΔicsB (الشيجلا يتجنب استجابة ذاتية البلعمة عبر البروتين المستجيب البكتيرية IcsB، والذي يمنع تجنيد من الآلات الالتهام الذاتي ليكسا، وفي غيابها يمكن أن يكون هناك المزيد من أقفاص septin، والمزيد من الالتهام الذاتي) 7،8.
الشيجلا ليس الممرض الطبيعي من الزرد وينمو على النحو الأمثل عند 37 درجة مئوية. ومع ذلك، فقد أظهرت العمل الذي عوامل الفوعة اللازمة لغزو الشغيلة، والهروب من فجوة أكلة والتكرار في قبرصيtosol يمكن التعبير و وظيفية في يرقات الزرد في 28 ° C 19. 28 ° C هي درجة الحرارة الأكثر شيوعا لتربية الزرد ودرجة الحرارة القياسية لضمان التنمية الزرد العادي 23. اللافت في الأحداث الكبرى المسببة للأمراض التي تؤدي إلى داء الشيغيلات في البشر (أي موت الخلايا البلاعم والغزو والضرب داخل الخلايا الظهارية، وانتشار الخلية الى خلية والدمار التهاب ظهارة المضيف) وترد بإخلاص في نموذج الزرد العدوى الشيجلا 19.
وأعرب بتواجد مطلق الالتهام الذاتي والهيكل الخلوي وجينات لديها مجموعة واسعة من الوظائف البيولوجية. وقد أظهرت الدراسات أن الماوس خروج المغلوب من الالتهام الذاتي أساسي 26 أو 5 septin الجينات الجنينية هي القاتلة، وأنه من المرجح أن بعض هذه الجينات سيكون من الضروري للتنمية الزرد (أيضا على الرغم من أن هذه المشكلة قد يمكن خفضها من خلال حقيقة أن لديها العديد من الزردالجينات paralogous 33). إذا كان الأمر كذلك، هناك عدة بدائل للتغلب على هذه المسألة، بما في ذلك (ط) استخدام الكواشف الدوائية لتنظيم الالتهام الذاتي والهيكل الخلوي، (ب) يمكن معاير morpholinos أسفل، (ج) خروج المغلوب من الجينات يمكن تصميم لخلية معينة فقط أنواع، و / أو (د) الجينات المسؤولة عن الاعتراف ذاتية البلعمة التي ليست ضرورية للتنمية الحيوانية (مثل، P62) قد تكون مستهدفة.
بينما الزرد هو نظام نموذج مثالي للتحقيق الالتهام الذاتي والهيكل الخلوي خلال العدوى الشيجلا، تفتقر الأدوات الجزيئية حاليا. يحتاج حقل لتوليد أدوات جديدة والتعبير خلية محرك أقراص معينة من البروتينات في المصالح. لاسقاط التعبير عن الجينات الالتهام الذاتي / الهيكل الخلوي، يطلب تسلسل morpholino جديدة، وطرق جديدة للهندسة الجينوم (على سبيل المثال، TALEN، CRISPR / Cas9) يمكن أن تستخدم أيضا. في غضون ذلك، العديد من الأدوات إنشاؤه مسبقا للدراسات الإنسان أو الماوسقد تعمل على قدم المساواة لالزرد.
البكتيريا داخل الخلايا S. برزت الفلكسنرية باعتبارها كائن نموذج استثنائي لمعالجة القضايا الرئيسية في علم الأحياء، بما في ذلك قدرة البكتيريا لا بد من الاعتراف من قبل النظام المناعي 1،2. الخلية المضيفة توظف septins لتقييد الحركة من S. الفلكسنرية واستهدافهم لالالتهام الذاتي، عنصر حاسم في خلية مناعة ذاتية الحكم 7،8. وتشير هذه الملاحظات إطار جزيئي جديد لدراسة الالتهام الذاتي وقدرته على البكتيريا تتحلل عصاري خلوي. والمسألة الرئيسية الآن هي فك تماما الأحداث الجزيئية والخلوية الأساسية، والتحقق من صحة هذه الأحداث تحليلها في المختبر خلال العدوى البكتيرية في الجسم الحي باستخدام نماذج حيوانية ذات الصلة. ولهذه الغاية، تم تأسيس الزرد كمضيف جديد قيما لتحليل S. عدوى الفلكسنرية 19. التفاعلات بين البكتيريا والخلايا المضيفة يمكن تصويرها بدقة عالية، وينبغي أن نموذج الزرد تكون مفيدة لفهم بيولوجيا الخلية من عدوى الشغيلة في الجسم الحي. اليرقات الزرد يمكن استخدامها لتحقيق في دور الالتهام الذاتي البكتيري في دفاع المضيف، وأظهرت أن العمل الذي اضطراب الالتهام الذاتي يمكن أن تؤثر سلبا على بقاء المضيفة في الاستجابة للعدوى الشيجلا 19.
الملاحظات الناتجة عن دراسة الشيجلا، septin الحبس والالتهام الذاتي في المختبر باستخدام خلايا زراعة الأنسجة في الجسم الحي واستخدام اليرقات الزرد قد توفر التطورات الأساسية في فهم دفاع المضيف. أنها يمكن أن تشير أيضا إلى وضع استراتيجيات جديدة تهدف إلى مكافحة الأمراض المعدية.
وثمة هدف بالغ الأهمية من هذا التقرير هو لفهم الأحداث الجزيئية والخلوية تحليلها في المختبر (أي الالتهام الذاتي، والذيول أكتين، septin الحبس) خلال العدوى البكتيرية في الجسم الحي في سياق الأنف والحنجرةكائن غضب، وذلك باستخدام اليرقات الزرد. إذا لم تكن مألوفة مع البيولوجيا الزرد والمناولة، يمكن للمرء الرجوع إليها في البروتوكولات عمق المناسبة لتربية الزرد 23 و في تحليل الجسم الحي للعدوى الزرد 19،35.
The authors have nothing to disclose.
ويدعم العمل في المختبر SM من قبل زمالة بحوث التنمية الوظيفي يلكوم ترست [WT097411MA].
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number |
Bafilomycin A1 | Sigma-Aldrich | B1793 |
Blebbistatin | Sigma-Aldrich | B0560 |
Borosilicate glass microcapillars | Harvard Apparatus | 30038 |
Coarse manual manipulator | Narishige | M-152 |
Cytochalasin D | Sigma-Aldrich | C6762 |
4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) | Molecular Probes | D1306 |
Dumont #5 fine tweezers | Fine Science Tools | 11254-20 |
Forchlorfeneuron | Sigma-Aldrich | 32974 |
Goat anti-mouse IgG (H+L) antibody | Molecular Probes | N/A |
Goat ant-rabbit IgG (H+L) antibody | Molecular Probes | N/A |
JetPEI transfection reagent | Polyplus transfection | 101-01N |
Latrunculin B | Sigma-Aldrich | L5288 |
LC3 antibody | Novus Biologicals | NB100-2220 |
Low melting agarose | Promega | V2111 |
MatTek glass bottom dish | MatTek corporation | P35G-1.0-14 |
MEM plus L-alanyl-L-glutamine | GIBCO | 41090028 |
MEM non-essential amino acids solution | GIBCO | 11140-035 |
Microinjector | Narishige | IM-300 |
Micropipette puller device | Sutter Instrument Co., Novato, | P-87 |
Mineral oil | Sigma-Aldrich | P35G-1.0-14 |
Monoclonal anti-tubulin, acetylated antibody | Sigma-Aldrich | T6793 |
Nocodazole | Sigma-Aldrich | M1404 |
N-phenylthiourea | Sigma-Aldrich | P7629 |
Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | 158127 |
Phalloidin | Molecular Probes | A12379 |
Phenol red solution | Sigma-Aldrich | P0290 |
Protease inhibitor cocktail | Roche | 4693116001 |
p62/SQSTM1 antibody | Cliniscience | PM045 |
Rapamycin | Sigma-Aldrich | R8781 |
Sodium pyruvate | GIBCO | 11360039 |
Transfection reagent | Life Technologies | 12252-011 |
Vectashield hard set mounting medium containing DAPI | Vector Laboratories | H-1500 |