אפיון פונקציונלי Carboxylesterases הבית בקוטלי חרקים עמידים בזבובים, דומסטיקה זבוב
Summary
כאן, אנו מציגים פרוטוקול לייצר בית carboxylesterase לעוף חלבונים במבחנה עם מערכת ביטוי תא חרקים baculovirus מתווכת, מאוחר יותר פונקציונלית לאפיין את תפקידיהם פרמתרין חילוף חומרים, ובכך, היוועצות pyrethroid התנגדותם מבוססת תא MTT assay, במבחנה מטבולית מחקרים.
Abstract
בתיווך Carboxylesterase חילוף החומרים הוא חשב לשחק תפקיד מרכזי בהתנגדות בקוטלי חרקים, חרקים שונים. מספר גנים carboxylesterase נמצאו למעלה מוסדר בנימה זבוב הבית עמיד, ואילו התפקידים שלהם משוחח עמידות חרקים נשארו כדי להבטיח את הזמנתכם. . תיכננו פרוטוקול עבור אפיון פונקציונלי carboxylesterases. 3 דוגמה ניסויים מוצגים: (1) בביטוי ובידוד של חלבונים carboxylesterase דרך חרק בתיווך baculovirus זחל כנימה frugiperda (Sf9) תא ביטוי מערכת; (2) MTT מבוססת-תא (3-[4, 5-dimethykthiazol-2-yl]-2, 5-diphenyltetrazolium ברומיד) cytotoxicity assay כדי למדוד את רגישות התאים חרקים כדי הטיפול בפרמתרין שונים; ומחקרים (3) במבחנה חילוף החומרים כדי לבדוק את היכולות מטבולית של carboxylesterases כלפי פרמתרין. הגן carboxylesterase MdαE7 היה שוכפלה מ בית עמיד לטוס זן ALHF, נהגו לבנות baculovirus רקומביננטי לדלקת תאים Sf9. Viabilities תא נגד שונה הטיפול בפרמתרין נמדדו עם MTT וזמינותו. הסובלנות תא משופרת של קבוצת הניסוי (MdαE7-רקומביננטי baculovirus נגוע תאים) לעומת אלו של קבוצות הבקרה (החתול-רקומביננטי baculovirus נגוע תאים ותאים GFP-רקומביננטי baculovirus נגוע) כדי פרמתרין טיפולים הציע את היכולות של MdαE7 של חילוף חומרים קוטלי חרקים, ובכך להגן על תאים מפני נזקים כימיים. חוץ מזה, חלבונים carboxylesterase היו הביע בתאים Sf9 חרקים, מבודד לנהל במבחנה מטבולית המחקר. התוצאות שלנו המצוין של משמעותי במבחנה מטבולית היעילות של MdαE7 כלפי פרמתרין, ישירות המציין את מעורבותם של carboxylesterases של חילוף חומרים קוטלי חרקים וזבובים ולכן היוועצות עמידות חרקים בבית.
Introduction
קוטל חרקים ההתנגדות היא כיום נושא מרכזי של הבית הדברת הזבוב ברחבי העולם1,2. המאמצים כדי לקבוע המנגנון של עמידות חרקים מאפשר הבנה טובה יותר של בעיה זו, ובכך לספק אסטרטגיות הרומן ביעילות למנוע או לצמצם את התפשטות ההתנגדות פיתוח3. Carboxylesterases, בתור אחד של אנזימים דטוקסיפיקציה הגדולות, משכו המון תשומת לב על השתתפותם ב sequestering, חילוף חומרים קוטלי חרקים שונים חרקים4,5,6. המחקר הקודם שלנו זיהה carboxylesterases מרובים בזבובים הבית ואת רמות הביטוי שלהם היו לא רק צורונים למעלה מוסדר בנימה ALHF עמידים, אבל גם יכול להיות רמות המושרה כדי גבוה יותר בתגובה בפרמתרין7 . עם זאת, אפיוני תפקודי הגנים האלה carboxylesterase ‘ בחילוף חומרים קוטלי חרקים נשארים כדי להבטיח את הזמנתכם.
מאז הדוח הראשון ב שנות ה-80 המוקדמות8, מערכת ביטוי baculovirus בתיווך גנים זרים כבר מועסקים נרחב עקב שלה יעילות ייצור חלבון וחלבון האיקריוטים עיבוד יכולות9. זו מערכת בינארית מורכב שני מרכיבים חיוניים: baculovirus רקומביננטי נבנה העברת גנים זרים לתוך התאים מארח, ואת הביטוי בקנה מידה גדול של חלבונים גם על ידי תאים נגועים baculovirus רקומביננטי. במהלך העשורים האחרונים, מערכת ביטוי תא baculovirus מתווכת כבר בשימוש נרחב כדי לייצר אלפי חומרים, החל cytosolic אנזימים מאוגד-קרום חלבונים בחרקים, יונקים תאים10. המחקר הקודם שלנו הביעה בהצלחה מספר אנזימים CYP450 בתאים Sf9 חרקים עם המערכת הזו11. במחקר זה, אנו נבנה baculovirus carboxylesterase-רקומביננטי להדביק תאים Sf9 חרקים, חקר הסובלנות תא בפרמתרין שונים, ולאחר בקנה מידה גדול carboxylesterase ביטוי חלבונים במבחנה עבור פונקציונלי חקר. במקום חוקרים מרובים איזואנזים carboxylesterase תערובות של חרקים homogenates כפי שאומצה על ידי מחקרים קודמים12,13, בתיווך baculovirus תא חרקים ביטוי המערכת מאפשרת ביטוי ספציפי, בידוד של חלבונים ממוקד יותר פלואורסנציה תכונותיהם הביוכימי ומבניים.
Tetrazolium מבוססי מלח וזמינותו (MTT) היא שיטה ערכי צבע מוחלטים תפוקה גבוהה פיתח, ממוטב כדי למדוד את הכדאיות תא. Assay זו מבוססת על מנגנון זה רק חיים תאים המסוגלים חילוף חומרים הכימית MTT בגוון צהוב חום התמיסה formazan בצבע סגול כהה, אשר יכול להיות מנותח colorimetrically לאחר מומס ממיסים אורגניים14, 15. כמה מדויק יותר אבל שיטות זמן רב, כמו אי-כלילה Trypan blue תימידין טיטור assay16,17, פותחו בשנים האחרונות. עם זאת, וזמינותו MTT מבוססת תא עדיין כיום מזוהה כמספר השיטה המהירה ביותר המופעל בקלות לזהות במהירות את הכדאיות תא. כאן, אנו משתמשים וזמינותו MTT כדי לחקור את הסובלנות תא נגד חרקים טיפולים. הסובלנות משופרת של תאים כאשר נגוע baculovirus רקומביננטי carboxylesterase חריפה תומך את התפקידים מטבולית של carboxylesterases הדברה, אשר בתורו מרמז על מעורבותם בהתנגדות בקוטלי חרקים.
בנוסף, במבחנה מטבולית assay נערך גם במחקר זה. לעומת מבחני carboxylesterase כללי המשתמשות סובסטרטים נפוצות כגון α-napthyl אצטט (α-נה) וβ-naphthyl אצטט (β-נה) כדי לשקף פעילויות hydrolytic של carboxylesterases, המחקר במבחנה מטבולית נחשבת כדרך מדויקת למדוד ישירות פעילויות של carboxylesterases לקראת הדברה18. שיטה זו כבר מועסקים בהצלחה לאפיין ציטוכרום מרובים P450s בשיתוף עם קוטל חרקים ההתנגדות11,19,20בחרקים שונים. עם זאת, שיטה זו לא טרם הוחל במחקרים carboxylesterase. עם הזמינות של חלבונים carboxylesterase המיוצר על ידי המערכת ביטוי בתיווך baculovirus, נוכל לבצע על במבחנה מטבולית המחקר של carboxylesterases כלפי פרמתרין, אשר יכול לספק עוד עדויות חזקות של מעורבות של carboxylesterases משוחח pyrethroid ההתנגדות בבית זבובים.
Protocol
Representative Results
Discussion
במהלך העשורים האחרונים, מערכות ביטוי heterologous היה בשימוש נרחב כדי לבטא ולבודד כמויות גדולות של חלבונים, ובכך מאפשר נחישות הביוכימי פונקציונלי ואפיון של אנזימים במבחנה. נכון להיום, מספר מערכות מודל שונה לרבות Escherichia coli, Pichia pastoris, Sacccharomyces cerevisiae frugiperda זחל כנימה הותאמו ע…
Materials
| Q5 High-Fidelity DNA Polymerase | New England Biolabs inc. | M0491L | |
| QIAquick Gel Extraction Kit | QIAGEN | 28704 | |
| pENTR/D-TOPO Cloning Kit, with One Shot TOP10 Chemically Competent E. coli | Invitrogen by life technology | K240020 | S.O.C medium and universal M13 sequence primers were included in this kit. |
| PureLink HiPure Plasmid Miniprep Kit | Invitrogen by life technology | K210002 | |
| Gateway LR Clonase II Enzyme mix for BaculoDirectTM Kits | Invitrogen by life technology | 11791-023 | |
| BaculoDirect C-Term Linear DNA Transfection Kit | Invitrogen by life technology | 12562-019 | Cellfectin transfection reagent and ganciclovir were included in this kit |
| pENTR-CAT plasmid | Invitrogen by life technology | Included in BaculoDirect C-Term Linear DNA Transfection Kit, concentration: 0.5 ug/uL | |
| Heat inactivated Fetal Bovine Serum, Certified | Gibco by Life Technologies | 10082-139 | |
| Sf9 cells in Sf-900 III SFM | Gibco by Life Technologies | 12659017 | |
| Insect Cell-PE LB Insect Cell Protein Extraction & Lysis Buffer | G Biosciences by A Geno Technology Inc | 786-411 | |
| Sf-900 III SFM (1×) Serum Free Medium Complete | Gibco by Life Technologies | 12658-019 | |
| Grace's Insect Medium, unsupplemented | Gibco by Life Technologies | 11595030 | |
| Permethrin (isomers) analytical standard | SUPELCO by Solutions WithinTM | 442748 | |
| Methanol (analytical graded) | Sigma-Aldrich | 67-56-1 | |
| Acetonitrile (analytical graded) | Sigma-Aldrich | 75-05-8 | |
| GHP Acrodisc 25 mm Syringe Filters with 0.45 μm GHP Membrane (HPLC Certified) | Pall Life Sciences | 21890388 | |
| Alliance Waters 2695 HPLC System | Waters | ||
| T100 Thermal Cycle | Bio-Rad Laboratories Inc. | 1861096 | |
| Nanodrop 2000/2000c Spectrophotometers | ThermoFisher Scientific | ND2000CLAPTOP | |
| Cytation 5 Cell Imaging Multi-Mode Reader | BioTek |
References
- Scott, J. G., et al. Insecticide resistance in house flies from the United States: Resistance levels and frequency of pyrethroid resistance alleles. Pesticide Biochemistry and Physiology. 107 (3), 377-384 (2013).
- Li, M., et al. A whole transcriptomal linkage analysis of gene co-regulation in insecticide resistant house flies, Musca domestica. BMC Genomics. 14, 803 (2013).
- Liu, N. Insecticide resistance in mosquitoes: impact, mechanisms, and research directions. Annual Review of Entomology. 60, 537-559 (2015).
- Grigoraki, L., et al. Transcriptome profiling and genetic study reveal amplified carboxylesterase genes implicated in temephos resistance, in the Asian tiger mosquito Aedes albopictus. e0003771. 9, e0003771 (2015).
- Grigoraki, L., et al. Carboxylesterase gene amplifications associated with insecticide resistance in Aedes albopictus: Geographical distribution and evolutionary origin. PLOS Neglected Tropical Diseases. 11, e0005533 (2017).
- Wheelock, C., Shan, G., Ottea, J. Overview of carboxylesterases and their role in the metabolism of insecticides. Journal of Pesticide Science. 30, 75-83 (2005).
- Feng, X., Li, M., Liu, N. Carboxylesterase genes in pyrethroid resistant house flies, Musca domestica. Insect Biochemistry and Molecular Biology. 92, 30-39 (2018).
- Mosmann, T. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays. J Immunol Methods. 65 (1-2), 55-63 (1983).
- Jarvis, D. L. Baculovirus-insect cell expression systems. Methods in Enzymology. 463, 191-222 (2009).
- Berger, I., Fitzgerald, D. J., Richmond, T. J. Baculovirus expression system for heterologous multiprotein complexes. Nature Biotechnology. 22 (12), 1583 (2004).
- Gong, Y., Li, T., Feng, Y., Liu, N. The function of two P450s, CYP9M10 and CYP6AA7, in the permethrin resistance of Culex quinquefasciatus. Scientific Reports. 7 (1), 587 (2017).
- Cao, C. W., Zhang, J., Gao, X. W., Liang, P., Guo, H. L. Overexpression of carboxylesterase gene associated with organophosphorous insecticide resistance in cotton aphids, Aphis gossypii (Glover). Pesticide Biochemistry and Physiology. 90 (3), 175-180 (2008).
- Zhang, L., Gao, X., Liang, P. Beta-cypermethrin resistance associated with high carboxylesterase activities in a strain of house fly, Musca domestica (Diptera: Muscidae). Pesticide Biochemistry and Physiology. 89, 65-72 (2007).
- Van Meerloo, J., Kaspers, G. J., Cloos, J. Cell sensitivity assays: the MTT assay. Cancer cell culture. , 237-245 (2011).
- Stockert, J. C., Blázquez-Castro, A., Cañete, M., Horobin, R. W., Villanueva, &. #. 1. 9. 3. ;. MTT assay for cell viability: Intracellular localization of the formazan product is in lipid droplets. Acta Histochemica. 114 (8), 785-796 (2012).
- Strober, W. Trypan blue exclusion test of cell viability. Current Protocols in Immunology. , (2001).
- Riss, T. L., Moravec, R. A., Niles, A. L., Duellman, S., Benink, H. A., Worzella, T. J., Minor, L. Cell viability assays. Assay Guidance Manual. , (2013).
- Wheelock, C. E., Shan, G., Ottea, J. Overview of carboxylesterases and their role in the metabolism of insecticides. Journal of Pesticide Science. 30 (2), 75-83 (2005).
- Li, X., Schuler, M. A., Berenbaum, M. R. Molecular mechanisms of metabolic resistance to synthetic and natural xenobiotics. Annual Review of Entomology. 52, 231-253 (2007).
- Nakamura, Y., et al. The in vitro metabolism of a pyrethroid insecticide, permethrin, and its hydrolysis products in rats. Toxicology. 235 (3), 176-184 (2007).
- Kruger, N. J. The Bradford method for protein quantitation. The protein protocols handbook. , 15-21 (2002).
- Macauley-Patrick, S., Fazenda, M. L., McNeil, B., Harvey, L. M. Heterologous protein production using the Pichia pastoris expression system. Yeast. 22 (4), 249-270 (2005).
- Berger, I., Fitzgerald, D. J., Richmond, T. J. Baculovirus expression system for heterologous multiprotein complexes. Nature Biotechnology. 22 (12), 1583 (2004).
- Terpe, K. Overview of bacterial expression systems for heterologous protein production: from molecular and biochemical fundamentals to commercial systems. Applied Microbiology and Biotechnology. 72 (2), 211 (2006).
- Bulter, T., et al. Functional expression of a fungal laccase in Saccharomyces cerevisiae by directed evolution. Applied Microbiology and Biotechnology. 69 (2), 987-995 (2003).
- Stepanenko, A. A., Dmitrenko, V. V. Pitfalls of the MTT assay: Direct and off-target effects of inhibitors can result in over/underestimation of cell viability. Gene. 574 (2), 193-203 (2015).
