Summary

Методы для изучения липидных изменений в нейтрофилах и последующее образование нейтрофильных внеклеточных ловушек

Published: March 29, 2017
doi:

Summary

Липиды, как известно, играют важную роль в клеточных функций. Здесь мы опишем метод для определения липидного состава нейтрофилов, с акцентом на уровень холестерина, как с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии и ВЭТСХ, чтобы получить лучшее понимание основных механизмов формирования нейтрофильных внеклеточных ловушек.

Abstract

Анализ липидов проводили методом высокоэффективной тонкослойной хроматографии (ВЭТСХ) является относительно простым, экономически эффективным методом анализа широкого спектра липидов. Функция липидов (например, в хозяин-патоген взаимодействий или записи хоста), как сообщается, играют важную роль в клеточных процессах. Здесь мы покажем метод для определения состава липидов, с акцентом на уровень холестерина в крови первичных производных нейтрофилов, по ВЭТСХ по сравнению с высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Цель состояла в том, чтобы исследовать роль изменений липидов / холестерина в формировании нейтрофильных внеклеточных ловушек (НРТ). NET релиз известен как механизм защиты хозяина, чтобы предотвратить патогены от распространения в пределах хоста. Таким образом, полученные из крови человека нейтрофилов обрабатывали метил-бета-циклодекстрин (MβCD), чтобы вызвать изменения липидов в клетках. Использование ВЭТСХ и высокоэффективной жидкостной хроматографии, мы показали, что MβCD обработка клеток приводит к липидаизменения, связанные со значительным снижением содержания холестерина в клетке. В то же время, MβCD обработка нейтрофилов приводило к образованию сетки, как показано иммунофлюоресценции микроскопии. Таким образом, здесь мы приводим детальный метод изучения липидного изменения в нейтрофилах и образования ИХ.

Introduction

Липиды было показано, играют важную роль в гомеостазе клетки, клеточной гибели, хозяин-патоген взаимодействия и высвобождение цитокинов 1. Со временем интерес к и знание о влиянии липидов в хост-патоген взаимодействий или воспаления увеличились, и несколько публикаций подтверждают центральную роль некоторых липидов, особенно холестерина стероид, в клеточных реакций. Фармакологическое лечение статинов, которые используются в качестве ингибиторов биосинтеза холестерина, блокируя 3-гидрокси-3-метилглутарил-кофермент-A-редуктазу (ГМГ-КоА-редуктаза), может выступать в качестве противовоспалительных агентов пути снижения уровней в сыворотке крови интерлейкина 6 и С-реактивный белок 2. Холестерином и гликосфинголипид обогащенные структуры могут быть использованы несколькими патогенами, такими как бактерии и вирусы, в качестве шлюза в хост 3, 4, 5,класс = "внешние ссылки"> 6. Сфинголипиды (например, сфингомиелина), была показана для использования патогенов в целях содействия их патогенности 7. В макрофагах, использование микобактерии холестерин обогащенных доменов для ввода клеток; истощение холестерина ингибирует поглощение микобактерий 8. Кроме того, инфекция макрофагов с Francisella tularensis, зоонозного агента , ответственного за туляремии (также известный как лихорадка кролика) 9, привело к инфекции , которая была отменена , когда уровень холестерина был исчерпан из мембран 10. Аналогичным образом , вторжение в клетки – хозяина с помощью кишечной палочки богатых липидами структур было показано, что холестерин-зависимые 4. Кроме того, Salmonella Typhimurium инфекции опыты эпителиальных клеток показали , что холестерин необходим для вступления патогенных микроорганизмов в клетки 11. Холестерин истощение inhibiteд поглощение Salmonella 11. Кроме того, недавнее исследование Gilk и соавт. показали , что холестерин играет важную роль в поглощении Coxiella burnetti 12. Кроме того, Туонг и др. Обнаружено , что 25-hydroxycholesterol играет решающую роль в фагоцитозе липополисахарида (LPS) -стимулированных макрофаги 13. Фагоцитоз был уменьшен , когда макрофаги обрабатывали фармакологически истощать холестерин 14. Таким образом, холестерин и другие липиды , кажется, играют важную роль в инфекции и воспалении, так как их истощение может уменьшить риск вторжения от нескольких патогенов , 10, 11, 12.

В последнее время мы смогли показать, что липидные изменения, особенно истощением холестерина из клетки, индуцирует образование нейтрофилов extracellulaг ловушка (сетки) в крови человек , полученные нейтрофилах 15. С момента открытия НЭО в 2004 году, они были показаны , чтобы играть решающую роль в бактериальной провокации, и , таким образом , в препятствует распространению инфекции 16, 17. НРТ состоят из основной цепи ДНК , связанной с гистонов, протеазы и антимикробных пептидов 16. Выпуск Сетки нейтрофилами могут быть вызваны вторжения патогенных микроорганизмов 18, 19 и химические вещества , такие как форбол-миристат-ацетата (РМА) или статины 16, 20. Однако подробные клеточные механизмы, и особенно роль липидов в этом процессе, все еще не совсем понятно. Анализ липидов может привести к лучшему пониманию механизмов, участвующих в самых разнообразных клеточных процессов и взаимодействий, таких как освобождение сетками. Cholesteрол и сфингомиелином являются жизненно важными компонентами клеточных мембран и липидных микродоменов, где они добавляют стабильности и облегчают кластеризацию белков , вовлеченных в незаконный оборот белка и события 21 сигнализации. Для того, чтобы исследовать механистическую роль определенных липидов, амфифильных фармакологических агентов, такие как циклический олигосахаридов метил-бета-циклодекстрин (MβCD), может быть использовано для изменения липидного состава клетки и уменьшить содержание холестерина в пробирке 15. Здесь мы представляем метод использовать ВЭТСЙ для анализа липидного состава нейтрофилов в ответ на MβCD. ВЭЖХИ использовали для подтверждения уровня холестерина в популяции нейтрофилов. Кроме того, мы опишем метод, чтобы визуализировать образование сеток с помощью иммунофлуоресценции микроскопии в крови человека, полученных нейтрофилов в ответ на MβCD.

Protocol

Сбор периферической крови в этом протоколе был утвержден местной комиссией по этике человека. Все человеческие субъекты при условии их письменного информированного согласия. 1. Выделение крови человека, полученных из Нейтрофилы путем центрифугирования в градиенте плот…

Representative Results

Человеческие нейтрофилы крови , полученных выделяли путем центрифугирования в градиенте плотности (рисунок 2). Для того, чтобы исследовать влияние липидных изменений на нейтрофилы, клетки обрабатывали 10 мМ MβCD, который истощает холестерина из клетки. Впослед?…

Discussion

Методы , описанные здесь , могут быть использованы для анализа конкретных липидов, таких как холестерин, от ВЭТСХ или ВЭЖХ и исследовать эффекты фармакологических липидных изменений на формирование НЭО (см Нейман и др. 15).

ВЭТСХ является относительно эк?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана общении Akademie für Tiergesundheit (AFT) и стажер из программы PhD, «животных и зоонозных инфекций,» Университета ветеринарной медицины, Ганновер, Германия, предоставило Ариан Нейман.

Materials

Neutrophil isolation, NET staining and quantification
Alexa Flour 633 goat anti-rabbit IgG Invitrogen A-21070
Anti-MPOα antibody Dako A0398
BSA Sigma-Aldrich 3912-100G
Marienfeld-Neubauer improved counting chamber Celeromics MF-0640010
Confocal microscope TCS SP5 AOBS with tandem scanner Leica DMI6000CS
Dulbecco´s PBS 10X Sigma-Aldrich P5493-1L Dilute 1:10 in water for 1X working solution
Dy Light 488 conjugated highly cross-absorbed Thermo Fisher Scientific 35503
Excel Microsoft 2010
DNA/Histone 1 antibody Millipore MAB3864
Image J NIH 1.8 http://imagej.nih.gov/ij/
Light microscope VWR 630-1554
Methyl-β-cyclodextrin Sigma-Aldrich C4555-1G
PFA Carl Roth 0335.3 dissolve in water, heat up to 65 °C and add 1N NaOH to clear solution
PMA Sigma-Aldrich P8139-1MG Stock 16 µM, dissolved in 1X PBS
Poly-L-lysine Sigma-Aldrich P4707
Polymorphprep AXIS-SHIELD AN1114683
ProLong Gold antifade reagent with DAPI Invitrogen P7481
Quant-iT PicoGreen dsDNA Reagent Invitrogen P7581
RPMI1640 PAA E 15-848
HBSS with CaCl and Mg Sigma H6648
Triton X-100 Sigma-Aldrich T8787-50ml
Trypanblue Invitrogen 15250-061 0.4% solution
Water Carl Roth 3255.1 endotoxin-free
Name Company Catalog Number  Comments
Lipid isolation and analysis
1-propanol Sigma-Aldrich 33538
10 µl syringe Hamilton 701 NR 10 µl
Diethyl ether Sigma-Aldrich 346136
Ethyl acetate Carl Roth 7336.2
Canullla 26G Braun 4657683
Copper(II)sulphatepentahydrate Merck 1027805000
Chloroform Carl Roth 7331.1
CP ATLAS software Lazarsoftware 2.0
Chromolith HighResolution RP-18 endcapped 100-4.6 mm column Merck 152022
High Performance Liquid Chromatograph Chromaster Hitachi HITA 892-0080-30Y Paramaters are dependent on individual HPLC machine
HPLC UV Detector Hitachi 5410
HPLC Column Oven Hitachi 5310
HPLC Auto Sampler Hitachi 5260
HPLC Pump Hitachi 5160
Methanol Carl Roth 7342.1
n-Hexane Carl Roth 7339.1
Phosphoric acid Sigma-Aldrich 30417
Potassium chloride Merck 49,361,000
Potters LAT Garbsen 5 ml
SDS Carl Roth CN30.3
HPTLC silica gel 60 Merck 105553
Vacufuge plus basic device Eppendorf 22820001
Corning Costar cell culture 48-well plate, flat bottom Sigma CLS3548
Coverslip Thermo Fisher Scientific 1198882
Glass slide Carl Roth 1879
BD Tuberculin Syringe Only 1 ml BD Bioscience 309659

References

  1. Riethmuller, J., Riehle, A., Grassme, H., Gulbins, E. Membrane rafts in host-pathogen interactions. Biochim Biophys Acta. 1758 (12), 2139-2147 (2006).
  2. Shahbazian, H., Atrian, A., Yazdanpanah, L., Lashkarara, G. R., Zafar Mohtashami, A. Anti-inflammatory effect of simvastatin in hemodialysis patients. Jundishapur J Nat Pharm Prod. 10, e17962 (2015).
  3. Bavari, S., et al. Lipid raft microdomains: A gateway for compartmentalized trafficking of Ebola and Marburg viruses. J Exp Med. 195, 593-602 (2002).
  4. Zaas, D. W., Duncan, M., Rae Wright, ., J, S. N., Abraham, The role of lipid rafts in the pathogenesis of bacterial infections. Biochim Biophys Acta. 1746 (3), 305-313 (2005).
  5. Rohde, M., Muller, E., Chhatwal, G. S., Talay, S. R. Host cell caveolae act as an entry-port for group A streptococci. Cell Microbiol. 5 (5), 323-342 (2003).
  6. Grassme, H., et al. Host defense against Pseudomonas aeruginosa requires ceramide-rich membrane rafts. Nat Med. 9 (3), 322-330 (2003).
  7. Heung, L. J., Luberto, C., Del Poeta, M. Role of sphingolipids in microbial pathogenesis. Infect Immun. 74 (1), 28-39 (2006).
  8. Gatfield, J., Pieters, J. Essential role for cholesterol in entry of mycobacteria into macrophages. Science. 288 (5471), 1647-1650 (2000).
  9. Rapini, R. P., Bolognia, J. L., Jorizzo, J. L. . Dermatology 2-Volume Set. , (2007).
  10. Tamilselvam, B., Daefler, S. Francisella targets cholesterol-rich host cell membrane domains for entry into macrophages. J Immunol. 180 (12), 8262-8271 (2008).
  11. Garner, M. J., Hayward, R. D., Koronakis, V. The Salmonella pathogenicity island 1 secretion system directs cellular cholesterol redistribution during mammalian cell entry and intracellular trafficking. Cell Microbiol. 4 (3), 153-165 (2002).
  12. Gilk, S. D., et al. Bacterial colonization of host cells in the absence of cholesterol. PLoS Pathog. 9 (1), e1003107 (2013).
  13. Tuong, Z. K., et al. Disruption of Rorα1 and cholesterol 25-hydroxylase expression attenuates phagocytosis in male Roralphasg/sg mice. Endocrinology. 154 (1), 140-149 (2013).
  14. Bryan, A. M., Farnoud, A. M., Mor, V., Del Poeta, M. Macrophage cholesterol depletion and its effect on the phagocytosis of Cryptococcus neoformans. J Vis Exp. (94), (2014).
  15. Neumann, A., et al. Lipid alterations in human blood-derived neutrophils lead to formation of neutrophil extracellular traps. Eur J Cell Biol. 93 (8-9), 347-354 (2014).
  16. Brinkmann, V., et al. Neutrophil extracellular traps kill bacteria. Science. 303 (5663), 1532-1535 (2004).
  17. von Köckritz-Blickwede, M., Nizet, V. Innate immunity turned inside-out: antimicrobial defense by phagocyte extracellular traps. J Mol Med. 87 (8), 775-783 (2009).
  18. Fuchs, T. A., et al. Novel cell death program leads to neutrophil extracellular traps. J. Cell Biol. 176 (2), 231-241 (2007).
  19. Lauth, X., et al. M1 Protein Allows Group A Streptococcal Survival in Phagocyte Extracellular Traps through Cathelicidin Inhibition. J Innate Immun. 1 (3), 202-214 (2009).
  20. Chow, O. A., et al. Statins Enhance Formation of Phagocyte Extracellular Traps. Cell Host Microbe. 8 (5), 445-454 (2010).
  21. Simons, K., Vaz, W. L. Model systems, lipid rafts, and cell membranes. Annu Rev Biophys Biomol Struct. 33, 269-295 (2004).
  22. Bligh, E. G., Dyer, W. J. A rapid method of total lipid extraction and purification. Can J Biochem Physiol. 37, 911-917 (1959).
  23. Brogden, G., Propsting, M., Adamek, M., Naim, H. Y., Steinhagen, D. Isolation and analysis of membrane lipids and lipid rafts in common carp (Cyprinus carpio L). Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol. 169, 9-15 (2014).
  24. Saldanha, T., Sawaya, A. C., Eberlin, M. N., Bragagnolo, N. HPLC separation and determination of 12 cholesterol oxidation products in fish: comparative study of RI, UV, and APCI-MS detectors. J Agric Food Chem. 54 (12), 4107-4113 (2006).
  25. Hubicka, U., Krzek, J., Woltynska, H., Stachacz, B. Simultaneous identification and quantitative determination of selected aminoglycoside antibiotics by thin-layer chromatography and densitometry. J AOAC Int. 92 (4), 1068-1075 (2009).
  26. Maalouf, K., et al. A modified lipid composition in Fabry disease leads to an intracellular block of the detergent-resistant membrane-associated dipeptidyl peptidase IV. J Inherit Metab Dis. 33 (4), 445-449 (2010).
  27. Correia, M., et al. Helicobacter pylori’s cholesterol uptake impacts resistance to docosahexaenoic acid. Int J Med Microbiol. 304 (3-4), 314-320 (2014).
  28. Gorudko, I. V., et al. Lectin-induced activation of plasma membrane NADPH oxidase in cholesterol-depleted human neutrophils. Arch Biochem Biophys. 516 (2), 173-181 (2011).
  29. Masoud, R., Bizouarn, T., Houée-Levin, C. Cholesterol: A modulator of the phagocyte NADPH oxidase activity – A cell-free study. Redox Biol. 3, 16-24 (2014).
  30. Knight, J. S., et al. Peptidylarginine deiminase inhibition is immunomodulatory and vasculoprotective in murine lupus. J Clin Invest. 123 (7), 2981-2993 (2013).
  31. Reichel, M., et al. Harbour seal (Phoca vitulina) PMN and monocytes release extracellular traps to capture the apicomplexan parasite Toxoplasma gondii. Dev Comp Immunol. 50 (2), 106-115 (2015).
  32. Chuammitri, P., et al. Chicken heterophil extracellular traps (HETs): novel defense mechanism of chicken heterophils. Vet Immunol Immunopathol. 129, 126-131 (2009).
  33. Palic, D., Ostojic, J., Andreasen, C. B., Roth, J. A. Fish cast NETs: Neutrophil extracellular traps are released from fish neutrophils. Dev Comp Immunol. 31 (8), 805-816 (2007).
  34. Ng, T. H., Chang, S. H., Wu, M. H., Wang, H. C. Shrimp hemocytes release extracellular traps that kill bacteria. Dev Comp Immunol. 41 (4), 644-651 (2013).
  35. Hawes, M. C., et al. Extracellular DNA: the tip of root defenses?. Plant Sci. 180 (6), 741-745 (2011).
  36. Brinkmann, V., Zychlinsky, A. Neutrophil extracellular traps: is immunity the second function of chromatin?. J Cell Biol. 198 (5), 773-783 (2012).
  37. Xu, T., et al. Lipid raft-associated β-adducin is required for PSGL-1-mediated neutrophil rolling on P-selectin. J Leukoc Biol. 97 (2), 297-306 (2015).
  38. Ermert, D., et al. Mouse neutrophil extracellular traps in microbial infections. J Innate Immun. 1 (3), 181-193 (2009).
  39. Metzler, K. D., Goosmann, C., Lubojemska, A., Zychlinsky, A., Papayannopoulos, V. A myeloperoxidase-containing complex regulates neutrophil elastase release and actin dynamics during NETosis. Cell Rep. 8 (3), 883-896 (2014).
  40. McGee, D. J., et al. Cholesterol enhances Helicobacter pylori resistance to antibiotics and LL-37. Antimicrob Agents Chemother. 55 (6), 2897-2904 (2011).

Play Video

Cite This Article
Brogden, G., Neumann, A., Husein, D. M., Reuner, F., Naim, H. Y., von Köckritz-Blickwede, M. Methods to Study Lipid Alterations in Neutrophils and the Subsequent Formation of Neutrophil Extracellular Traps. J. Vis. Exp. (121), e54667, doi:10.3791/54667 (2017).

View Video