זריקות של ליפופוליסכריד לתוך עכברים לחקות כניסה של מוצרים מיקרוביאלית נגזר לאחר פריצה מכשול המעי
Summary
כאן מוצג פרוטוקול כדי לחקות את הכניסה של נגזר בקטריאלי תרכובות לאחר פריצה מכשול המעי. מינון נמוך לא קטלני של ליפופוליסכריד היה מוזרק מערכתית עכברים, אשר היו במעקב במשך 24 שעות לאחר ההזרקה. הביטוי של ציטוקינים פרו-דלקתיים נקבע במספר נקודות זמן הטחול, הכבד, המעי הגס.
Abstract
המכשול אפיתל המעי מפריד בין המחשב המארח של microbiota בדרך כלל נסבל או התעלמות. הפרת מחסום זה מתבטא הכניסה של חיידקים או המוצרים נגזר חיידקים לתוך המחשב המארח, גישה איבריך הפנימיים שמובילים הדלקת לא מבוקרת כפי שנצפו בחולים עם מחלות מעי דלקתיות (מחלת המעי הדלקתי), והשאלה מארח את זה מאופיינים חדירות מוגברת אפיתל המעי.
כדי לחקות את הכניסה של נגזר בקטריאלי תרכובות לתוך המחשב המארח, מודל endotoxemia כבר אומץ ב אילו ליפופוליסכריד (LPS), מרכיב של הקיר החיצוני התא של חיידקים גראם שליליים, היו מוזרק עכברים. במחקר זה, מנה לא קטלני של LPS intraperitoneally שהוזרק, העכברים נוטרו לאחר מכן עבור 8 שעות באמצעות ציון המחלה. יתר על כן, הביטוי הרמות ציטוקינים דלקתיים Il6, Il1b, ו Tnfa נותחו הטחול, הכבד, המעי הגס על ידי qPCR בנקודות זמן שונות פוסט הזרקת LPS. מודל זה יכול להיות שימושי עבור המחקרים מעורבים בחקירה של תגובות חיסוניות לאחר הפלישה של מיקרואורגניזמים או המוצרים נגזר בקטריאלי הנגרם על ידי פריצת מחסום של הגוף משטחים.
Introduction
המעי האנושי הוא התנחלו עם קונסורציום גדולה של מיקרואורגניזמים המהווה את microbiota, אשר פיתחה יחסים מועילים הדדיים עם המארח במהלך האבולוציה. במערכת היחסים הזו, המארח מספק גומחה מאובטח עבור microbiota, ואילו microbiota מספק ויטמינים, עיכול מזון והגנה מפני פתוגנים למחשב המארח, שבו נמצא microbiota1. כאשר זה יחסים מועילה בין המארח לבין microbiota את מופר, מחלות יכולים לפתח, כגון מחלות מעי דלקתיות (מחלת המעי הדלקתי). מחלת המעי הדלקתי היא מחלה דלקתית כרונית multifactorial של המעי נגרמת על ידי גורמים גנטיים וסביבתיים שמתרחשים בשתי צורות הגדולות, קרוהן (CD) ומחלת קוליטיס (UC). למרות קווי דמיון בין מחלת המעי הדלקתי בשתי הצורות, והם מאופיינים על ידי הבדלים מסוימים המיקום ואת הטבע של שינויים דלקתיים. תקליטור הוא הפרעה דלקתית transmural relapsing יכול באופן פוטנציאלי להאריך לכל חלק מערכת העיכול, בעוד UC הלא-transmural, מוגבל לשימוש של המעי הגס. יתר על כן, מוטציות בגן נוקלאוטיד מחייב oligomerization מחשבים המכילים חלבון 2 (NOD2), קולטן זיהוי דפוס (PRR) מזהה muramyl dipeptide (MDP), מרכיב של דופן התא של חיידקים גראם חיוביים ביותר – שלילי, הוא הקשורים תקליטור2. יתר על כן, Escherichia coli (e. coli), ליסטריה , Streptococci ומוצרים שלהם כולם נמצאו בתוך המקרופאגים בחולי CD שנכנסו המארח לאחר. מחסום הפרה3. כאשר חיידקים או מוצריהם מזין את המחשב המארח במהלך הפיתוח של תקליטור, המערכת החיסונית מתפתחת תגובה המוביל הייצור של נוגדנים אנטי בקטריאלי4מחזורי. אולי, הראיות המשכנע ביותר לתפקיד microbiota בפתוגנזה של מחלת המעי הדלקתי נובעת העכבר מודלים. כאשר חיות מטופלים עם אנטיביוטיקה, או עכברים נשמרים בתנאים (GF) מחיידקים, חומרת המחלה מצטמצם רוב הדגמים קוליטיס, כגון IL-10-/-עכברים לא לפתח דלקת המעי הגס ב- GF מתקני5,6. יתר על כן, קוליטיס מפריע גם ההרכב של microbiota, אשר מאופיין על-ידי קומפוזיציה מאוזנת שומן מופחתת העושר שנקרא dysbiosis7. התוצאה של מחלת המעי הדלקתי יכול להיות חדירות המעי מוגבר, שעלול לגרום הכניסה של חיידקים, חיידקים, נגזר המוצרים לתוך המחשב המארח.
ב בעלי חיים, היישום של לתוספי נתרן גופרתי (DSS) גורם של הפרה אפיתל המעי המוביל חדירות מוגברת של מחסום האפיתל8. פורטל LPS ריכוז גבוהות אצל בעלי חיים עם קוליטיס כיבית DSS9. מעניין, חיות חסר את סוג לקטין קולטן ספציפי אדהזיה תאיים המולקולה סי3 תופס nonintegrin הקשורות homolog 1 (סימן-R1) מוגנים מפני DSS קוליטיס ו LPS-induced endotoxemia10. עוד יותר להפיץ לתוך המחשב המארח, חיידקים או חיידקים נגזר מוצרים יש לעבור את מחסום הדם11, חלל הצפק, בהם נמצאת המעי קטנים וגדולים, את בלוטות לימפה mesenteric ו/או הכבד12. כדי להפחית את המורכבות של מערכת זו, נעשה שימוש תרכובת מוגדרת נגזר בקטריאלי. LPS, מה שגורם endotoxemia לאחר בקרום הבטן (i.p.) או תוך ורידית (עירוי) הזרקה13 היה מוזרק עכברים, ללמוד את הביטוי של אפופטוזיס Il6 ו Ilb ו של ציטוקינים Tnfa בתגובה LPS.
LPS הוא פתוגן-הקשורים מולקולרית תבנית (PAMP) הביע כרכיב דופן התא של חיידקים גראם שליליים, המורכב ליפיד A (PAMP ראשי במבנה של LPS), של הליבה פחמימה # מיון הפחמימות וחדר בצד שרשרת14. קולטן דמוי אגרה 4 (TLR4) באה לידי ביטוי על ידי תאים דנדריטים, מקרופאגים, תאי אפיתל מזהה LPS15, הדורש שיתוף קולטנים לכריכה המתאים. שלב אקוטי ה LPS מחייב חלבון (הקפאה) מאגד LPS להקים מתחם המעבירה LPS מקבץ של בידול 14 (CD14), חלבון ממברנה מעוגן glycosylphosphatidylinositol. CD14 עוד יותר הסעות LPS לימפוציט אנטיגן 96, או הידוע גם בשם MD-2, אשר מזוהה עם המחשבים חוץ-תאי של TLR4. הכריכה של LPS MD-2 מקלה את dimerization של TLR4/MD-2 כדי לגרום שינויים הסתגלותי לגייס מתאם תאיים מולקולות ולהפעיל downstream איתות מסלול14, הכולל העיקרית התמיינות תאים מיאלואידים ג’ין תגובה 88 (MyD88) – השביל התלוי וגם את טיר המכילות תחום בתדר מתאם אינטרפרון-β (TRIF) – מסלול תלוי16. ההכרה של LPS על-ידי TLR4 ואז מפעילה מסלול NF-κB ומשרה את הביטוי של ציטוקינים proinflammatory, כגון TNFα, IL-6 ו- IL-1β17.
בפרט, כאשר LPS הוא מוזרק לבעלי חיים, הריכוז של LPS שגבה בעלי החיים, הרקע הגנטי של בעלי חיים לבין הדיאטה חייב להילקח בחשבון. ריכוזים גבוהים של LPS מוביל הלם זיהומי, המאופיינת על ידי תת לחץ דם וכישלונות איברים מרובים, ולבסוף ל מוות18. עכברים רגישים פחות LPS בהשוואה לבני אדם, איפה LPS ריכוזים בין 2-4 ng/ק”ג משקל גוף (BW) מסוגלים לגרום סערת ציטוקינים19. על עכברים, מנה קטלנית (LD50), אשר גורם למוות אצל מחצית עכברים נע בין 10-25 mg/kg BW20 בהתאם המתח העכבר להשתמש. עבור זנים נפוצים העכבר, C57Bl/6 ו- BALB/c, מנה קטלנית 50% (LD50) הוא 10 mg/kg BW. לעומת זאת, זנים C3H/HeJ ו- C57BL/10ScCr מוגנים מפני LPS מושרה endotoxemia, אשר עקב מוטציות בגן Tlr421. כתוצאה מכך, Tlr4 לקויה עכברים הם hyporesponsive כדי זריקות עם LPS22. קווים העכבר מהונדסים אחרים, כגון PARP1-/-עכברים23 עמידים LPS-induced הלם רעילים.
המודל העכבר המתואר כאן משתמש מנה לא קטלני של LPS מנוהל מערכתית כדי לחקות את ההשלכות של LPS הפצתו לאחר פריצת מחסום של המשטחים של הגוף. הריכוז LPS שבחרת (2 mg/kg BW) לא לגרום לתמותה בעכברים C56Bl/6, אבל השחרור המושרה של ציטוקינים פרו-דלקתיים.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול זה מחקה אימונולוגי שתהליכים המתרחשים לאחר הפלישה על ידי מוצרים מיקרוביאלית, נגזר. השלבים הקריטיים בתוך הפרוטוקול הם הבחירה של הקו העכבר, המצב היגיינה של העכברים, המינון של LPS, הפיקוח על בעלי החיים עבור המופע של endotoxemia, לבין נקודת זמן של סיום הניסוי. והכי חשוב, הרקע הגנטי של המתח העכ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
JHN נתמך על ידי הקרן הלאומית השוויצרית (SNSF 310030_146290).
Materials
| DreamTaq Green PCR Master Mix (2x) | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | K1081 | |
| High Capacity cDNA Reverse Transcription Kit, | Applied Biosystems, Foster City, CA, USA | 4368813 | |
| RNase-Free DNase Set, | Qiagen, Hilden, Germany | 79254 | |
| LPS Escherichia coli O111:B4 | Invivogen, San Diego, CA, USA. | tlrl-eblps | |
| Omnican 50 Single-use insulin syringe | B. Braun Melsungen, Melsungen, Germany | 9151125 | |
| Bioanalyzer 2100 | Agilent Technologie, Santa Clara, USA | not applicable | |
| Centrifuge 5430 | Eppendorf, Hamburg, Germany | not applicable | |
| Centrifuge Mikro 220R | Hettich, Kirchlengern, Germany | not applicable | |
| Dissection tools | Aesculap, Tuttlingen, Germany | not applicable | |
| Fast-Prep-24 5G Sample Preparation System | M.P. Biomedicals, Santa Ana, CA, USA | not applicable | |
| NanoDrop ND-1000 | NanoDrop Products, Wilmington, DE, USA | not applicable | |
| TRI Reagent | Zymo Research, Irvine, CA, USA | R2050-1 |
References
- Backhed, F., Ley, R. E., Sonnenburg, J. L., Peterson, D. A., Gordon, J. I. Host-bacterial mutualism in the human intestine. Science. 307, 1915-1920 (2005).
- Abreu, M. T., et al. Mutations in NOD2 are associated with fibrostenosing disease in patients with Crohn’s disease. Gastroenterology. 123, 679-688 (2002).
- Liu, Y., et al. Immunocytochemical evidence of Listeria, Escherichia coli, and Streptococcus antigens in Crohn’s disease. Gastroenterology. 108, 1396-1404 (1995).
- Schaffer, T., et al. Anti-Saccharomyces cerevisiae mannan antibodies (ASCA) of Crohn’s patients crossreact with mannan from other yeast strains, and murine ASCA IgM can be experimentally induced with Candida albicans. Inflamm Bowel Dis. 13, 1339-1346 (2007).
- Sellon, R. K., et al. Resident enteric bacteria are necessary for development of spontaneous colitis and immune system activation in interleukin-10-deficient mice. Infect Immun. 66, 5224-5231 (1998).
- Gkouskou, K. K., Deligianni, C., Tsatsanis, C., Eliopoulos, A. G. The gut microbiota in mouse models of inflammatory bowel disease. Front Cell Infect Microbiol. 4, 28 (2014).
- Schaubeck, M., et al. Dysbiotic gut microbiota causes transmissible Crohn’s disease-like ileitis independent of failure in antimicrobial defence. Gut. 65, 225-237 (2016).
- Steinert, A., et al. The Stimulation of Macrophages with TLR Ligands Supports Increased IL-19 Expression in Inflammatory Bowel Disease Patients and in Colitis Models. J Immunol. 199, 2570-2584 (2017).
- Gabele, E., et al. DSS induced colitis increases portal LPS levels and enhances hepatic inflammation and fibrogenesis in experimental NASH. J Hepatol. 55, 1391-1399 (2011).
- Saunders, S. P., et al. C-type lectin SIGN-R1 has a role in experimental colitis and responsiveness to lipopolysaccharide. J Immunol. 184, 2627-2637 (2010).
- Spadoni, I., et al. A gut-vascular barrier controls the systemic dissemination of bacteria. Science. 350, 830-834 (2015).
- Balmer, M. L., et al. The liver may act as a firewall mediating mutualism between the host and its gut commensal microbiota. Sci Transl Med. 6, 237ra266 (2014).
- Maier, R. V., Mathison, J. C., Ulevitch, R. J. Interactions of bacterial lipopolysaccharides with tissue macrophages and plasma lipoproteins. Prog Clin Biol Res. 62, 133-155 (1981).
- Lu, Y. C., Yeh, W. C., Ohashi, P. S. LPS/TLR4 signal transduction pathway. Cytokine. 42, 145-151 (2008).
- Deng, M., et al. Lipopolysaccharide clearance, bacterial clearance, and systemic inflammatory responses are regulated by cell type-specific functions of TLR4 during sepsis. J Immunol. 190, 5152-5160 (2013).
- Kagan, J. C., et al. TRAM couples endocytosis of Toll-like receptor 4 to the induction of interferon-beta. Nat Immunol. 9, 361-368 (2008).
- Akira, S., Uematsu, S., Takeuchi, O. Pathogen recognition and innate immunity. Cell. 124, 783-801 (2006).
- Cohen, J. The immunopathogenesis of sepsis. Nature. 420, 885-891 (2002).
- Suffredini, A. F., et al. Effects of recombinant dimeric TNF receptor on human inflammatory responses following intravenous endotoxin administration. J Immunol. 155, 5038-5045 (1995).
- Fink, M. P. Animal models of sepsis. Virulence. 5, 143-153 (2014).
- Poltorak, A., et al. Defective LPS signaling in C3H/HeJ and C57BL/10ScCr mice: mutations in Tlr4 gene. Science. 282, 2085-2088 (1998).
- Hoshino, K., et al. Cutting edge: Toll-like receptor 4 (TLR4)-deficient mice are hyporesponsive to lipopolysaccharide: evidence for TLR4 as the Lps gene product. J Immunol. 162, 3749-3752 (1999).
- Corral, J., et al. Role of lipopolysaccharide and cecal ligation and puncture on blood coagulation and inflammation in sensitive and resistant mice models. Am J Pathol. 166, 1089-1098 (2005).
- Shrum, B., et al. A robust scoring system to evaluate sepsis severity in an animal model. BMC Res Notes. 7, 233 (2014).
- Brandwein, S. L., et al. Spontaneously colitic C3H/HeJBir mice demonstrate selective antibody reactivity to antigens of the enteric bacterial flora. J Immunol. 159, 44-52 (1997).
- Macpherson, A. J., McCoy, K. D. Standardised animal models of host microbial mutualism. Mucosal Immunol. 8, 476-486 (2015).
- Masopust, D., Sivula, C. P., Jameson, S. C. Of Mice, Dirty Mice, and Men: Using Mice To Understand Human Immunology. J Immunol. 199, 383-388 (2017).
- Wirtz, S., et al. Protection from lethal septic peritonitis by neutralizing the biological function of interleukin 27. J Exp Med. 203, 1875-1881 (2006).
