Isolamento di Salmonella typhimurium-contenente fagosomi dai macrofagi

I macrofagi sono in circolazione le cellule fagocitiche specializzate che rilevare, inghiottono e degradano qualsiasi particella estranea presente nei tessuti periferici, che vanno da cellule apoptotiche a microrganismi come i batteri d’invasione. Al momento della rilevazione di recettore superficiale di marcatori specifici patogeni comunemente presenti sulla superficie dei microrganismi (noto come pattern molecolari associati o PAMPs), macrofagi avviare una riorganizzazione complessa della membrana cellulare in ordine per circondare e phagocytize l’ agente patogeno¹.

L’agente patogeno tratta quindi è contenuto dal macrofago in una vescicola intracellulare conosciuto come fagosoma. Attraverso una serie di fusione e fissione eventi con altre vescicole come gli endosomi ed i lisosomi, contenenti patogeno phagosome acquisisce una serie di proteine necessarie per l’eliminazione del contenuto phagosomal. Pertanto, la composizione enzimatica di phagosome è altamente variabile nel corso di questo processo, noto come phagosome maturazione².

Poco dopo la fagocitosi, il multimerici complessi vacuolar ATPasi (v-ATPasi) sono incorporato nella membrana del fagosoma da fusione con gli endosomi³. Questo complesso utilizza ATP ai protoni pompa dal cytosol al lumen del fagosoma⁴. L’acidificazione di phagosome è essenziale per gli eventi di fusione con altre vescicole⁵ e per l’attivazione di un gran numero di enzimi degradativi dipendente dal pH⁶. Un altro complesso enzimatico multimerici che è rapidamente assemblato sulla membrana phagosome è il complesso di NADPH-ossidasi (NOX). Complesso di NOX si ossida NADPH per la produzione di specie reattive dell’ossigeno (ROS) che sono secreti nel lume del fagosoma e che contribuiscono significativamente all’uccisione dei microrganismi tratta⁷.

Durante le fasi iniziali di maturazione, fagosomi presentano gli indicatori in genere quali Rab5 e Rab7 di endosomi precoci e tardivi, rispettivamente con la subunità di₀ V dell’ v-ATPasi⁸. Fusione di fagosomi con i lisosomi e late endosomes risultati nell’esposizione dell’agente patogeno phagocytized a una vasta gamma di enzimi idrolitici come β-galattosidasi⁹, lipasi e proteasi catepsina. L’acidificazione del lume è inoltre necessario per l’attivazione di questi enzimi. Ad esempio, la scissione della catepsina D per produrre la forma breve attiva è dipendente dal pH¹⁰. Questi enzimi degradano l’agente patogeno e mediano la produzione dei peptidi corti patogeno-derivati che sono presentati da macrofagi di istocompatibilità (MHC) classe II molecole complesse alle cellule di T di innescare una risposta immunitaria adattativa¹¹.

Quindi, la maturazione del fagosoma è cruciale per la risposta immunitaria innata e collega le braccia innate e adattativa del sistema immunitario. Non è una sorpresa che gli agenti patogeni hanno evoluto strategie per superare l’eliminazione dai macrofagi attraverso il processo di maturazione del fagosoma sopra descritte. Ad esempio, i batteri intracellulari tubercolosi del micobatterio e Legionella pneumophila impediscono la maturazione del fagosoma d’inibizione dell’Assemblea del v-atpasi e lume conseguente acidificazione^12,13 . Altri batteri, come Listeria monocytogenes o Shigella flexneri inducono la formazione di pori nella membrana del fagosoma per scappare verso il citosol^14,15. D’altra parte, Salmonella enterica sierotipo typhimurium (S. typhimurium) è in grado di modificare le proprietà di phagosome all’interno del vacuolo per trasformarla in un luogo adatto per sua replica¹⁶. Questa capacità rende S. typhimurium un modello molto interessante per studiare interferenza patogeno-mediata di maturazione del fagosoma.

S. typhimurium è un batterio intracellulare facoltativo che causa gastroenterite in esseri umani. Dopo l’invasione della lamina propria, S. Typhimurium batteri sono rapidamente rilevati phagocytized da macrofagi e contenuti all’interno di fagosomi¹⁷. Alcuni rapporti hanno descritto in precedenza che S. typhimurium-fagosomi contenenti presentano responsabili per sia gli endosomi ed i lisosomi¹⁸, e altri studi hanno trovato fusione fagosoma-lisosoma ha impedito al S. Typhimurium infezione¹⁹.

Inizialmente, maturazione di phagosome su S. l’infezione typhimurium è stato studiato da microscopia di immunofluorescenza. Lo sviluppo di tecniche per l’isolamento di batteri contenenti fagosomi attivato uno studio più accurato del contenuto phagosome in termini di indicatori endosoma e lisosoma. Ad oggi, il metodo principale utilizzato per l’isolamento di batteri contenenti fagosomi è il frazionamento subcellulare il saccarosio passo gradienti^18,20. Tuttavia, questo metodo richiede più passaggi di centrifugazione che possono causare danni meccanici alla fagosomi, possono influenzare la stabilità dei componenti phagosomal (proteine e lipidi) e richiede molto tempo. Inoltre, si richiede l’utilizzo di un’ultracentrifuga: un pezzo di attrezzature specializzate che non sono accessibile per ogni laboratorio.

Recentemente, un nuovo approccio è stato applicato per l’isolamento di batteri contenenti fagosomi, in cui gli agenti patogeni batterici sono etichettati con biotinilati lipopetide (Lipobiotin) e successivamente estratte utilizzando streptavidina coniugata biglie magnetiche²¹ . Proponiamo un metodo alternativo e complementare di etichettatura batteriche superficiali contenenti macromolecole con NHS-biotina seguita da streptavidina coniugata biglie magnetiche. Fagosomi ottenuti con questo metodo sono altamente arricchiti in indicatori endosoma e lisosoma e possono essere utilizzati per un’ampia gamma di dosaggi, di analisi della proteina di omics analisi. Inoltre, non richiede attrezzature specializzate come ultracentrifughe. Inoltre, eliminando le fasi di centrifugazione, sia il danno meccanico al fagosomi e la quantità di tempo impiegata notevolmente sono ridotti. Questo metodo può essere facilmente adattato per l’isolamento di fagosomi contenenti altri batteri, come i batteri Gram-positivi Staphylococcus aureus, anche incluso in questo manoscritto. In sintesi, questo metodo per l’isolamento di S. typhimurium-contenente fagosomi è un semplice, conveniente, e meno tempo rispetto all’isolamento classica di saccarosio gradiente-ultracentrifugazione, rendering altamente arricchito fagosomi contenenti batteri.