يصف هذا البروتوكول في مقايسة في الجسم الحي من البلعوم تستخدم لتقييم وقياس قدرة الشباب والمسنين Drosophila الهيموسيات الميلانوغاستر على البكتيريا البلعمية.
البلعوم هو وظيفة أساسية من الاستجابة المناعية الفطرية. يتم تنفيذ هذه العملية من قبل الهيموسيات البلعومية التي تتمثل وظيفتها الأساسية في التعرف على مجموعة واسعة من الجسيمات وتدمير مسببات الأمراض الميكروبية. مع تقدم الكائنات الحية في العمر ، تبدأ هذه العملية في الانخفاض ، ومع ذلك لا يعرف سوى القليل عن الآليات الأساسية أو الأساس الوراثي للمناعة. هنا ، يتم استخدام حقنة مقرها في فحص البلعوم الحوي لتقييم التغيرات ذات الصلة بالعمر في جوانب مختلفة من البلعوم ، مثل الربط ، والابتلاع ، وتدهور الجسيمات الداخلية ، من خلال تحديد كمي الأحداث البلعوية في الهيموسيات في Drosophila الكبار Drosophila melanogaster أصبح نموذجًا مثاليًا للتحقيق في التغيرات المرتبطة بالعمر في وظيفة المناعة الفطرية لأسباب عديدة. لأحد، يتم حفظ العديد من المكونات الوراثية ووظائف الاستجابة المناعية الفطرية، بما في ذلك البلعميات، تطوريا بين دروسوفيليا والثدييات. وبسبب ذلك، من المرجح أن تكون النتائج التي يتم الحصول عليها من استخدام هذا البروتوكول ذات صلة على نطاق واسع بفهم التغيرات المرتبطة بالعمر في وظائف المناعة في مجموعة متنوعة من الكائنات الحية. بالإضافة إلى ذلك، نلاحظ أن هذه الطريقة توفر تقديرات كمية من قدرة البلعومات الهيموسية، والتي يمكن أن تكون مفيدة لمجموعة متنوعة من المواضيع البحثية، ويجب أن لا تقتصر على دراسات الشيخوخة.
نظام المناعة الفطرية، الذي يتكون من الحواجز الفيزيائية والكيميائية للعدوى، فضلا عن المكونات الخلوية، هو التطوري المحفوظة عبر الكائنات متعددة الخلايا1،2. كما خط الدفاع الأول، الجهاز المناعي الفطرية تلعب دورا حاسما في مكافحة مسببات الأمراض الغازية في جميع الحيوانات1،2،3. تتضمن مكونات الاستجابة المناعية الفطرية مجموعة واسعة من أنواع الخلايا التي تصنف على أساس أنها تفتقر إلى التحديد والذاكرة المناعية2،3،4. في البشر، وتشمل هذه الأنواع الخلية monocytes البلعوية و الضامة، العدلات، وخلايا القاتل الطبيعي السام للخلايا4،5. في حين أن وجود نظام المناعة الوظيفي أمر ضروري للبقاء على قيد الحياة المضيف، فمن الواضح أن وظيفة الخلايا المناعية تنخفض مع التقدم في السن، وهي ظاهرة تعرف باسم المناعة5،6. يمكن أن تساعد القدرة على تقييم التغيرات المرتبطة بالعمر في الاستجابة المناعية ، بما في ذلك الجوانب المختلفة لعملية البلعمة ، في فهمنا للمناعة. الإجراء الذي يصفه هنا يوفر نهجا فعالا وقابلا للتكرار لتقييم وقياس الأحداث البلعمية بواسطة الهيموسيات في Drosophila الميلانوغاستر.
Drosophila هو نموذج مثالي لدراسة الاستجابة المناعية لأسباب عديدة. فمن ناحية، هناك مجموعة واسعة من الأدوات الجينية المتاحة التي تجعل من الممكن بسهولة التلاعب التعبير الجيني بطريقة تعتمد على الأنسجة7. وتشمل هذه الأدوات مجموعة من المسوخ، ومخزونات تدخل الجيش الملكي النيبالي، ومخزونات GAL4/UAS، ولوحة Drosophila المرجعية الجينية التي تحتوي على 205 خطوط مختلفة من نوعها يتم فهرسة تسلسل الجينوم بأكملها8. دورة الحياة القصيرة للدروصوفيا والعدد الكبير من الأفراد المنتجة تسمح للباحثين لاختبار عدة أفراد في بيئة خاضعة للرقابة، في فترة قصيرة من الزمن. وهذا يحسن إلى حد كبير القدرة على تحديد الاختلافات الدقيقة في الاستجابات المناعية للعدوى بين الأنماط الجينية، بين الجنسين أو عبر الأعمار. الأهم من ذلك، يتم حفظ العديد من المكونات الوراثية ووظائف الاستجابة المناعية الفطرية، بما في ذلك البلعميات، تطوريا بين دروسوفيليا والثدييات1،2.
في Drosophila ، تتم عملية البلعوم الذي يلي العدوى بواسطة الهيموسيات البلعائية تسمى البلازما ، والتي تعادل الضامة الثديية9. Hemocytes ضرورية لل التعرف على مجموعة واسعة من الجسيمات وتطهير مسببات الأمراض الميكروبية9،10،11،12،13. هذه الخلايا تعبر عن مجموعة متنوعة من المستقبلات التي يجب أن تميز النفس عن غير الذات، والشروع في الأحداث إشارة اللازمة لتنفيذ عملية البلعومات10،11،12،13،14،15. مرة واحدة في الجسيمات ملزمة، ويبدأ في أن تكون داخلية من خلال إعادة تنظيم الهيكل الكيسي actin وإعادة عرض غشاء البلازما لتوسيع حول الجسيمات، وتشكيل كوب البلعومات11،12،13،14. خلال هذه العملية، مجموعة أخرى من الإشارات تخبر الخلية إلى استيعاب الجسيمات أكثر عن طريق إغلاق كوب البلعوم، وتشكيل غشاء ملزمة phagosome11،12،13،14،15. ثم يخضع الفطووم لعملية نضوج، مع ربطه ببروتينات مختلفة، وصهره مع الليسومات، وتشكيل الفطوسومات الحمضية11،12،13،14،15. عند هذه النقطة، يمكن أن تكون الجسيمات بكفاءة تحلل والقضاء11،,12،,13،,14،,15. وقد كشفت الدراسات Drosophila أن الذباب الأكبر سنا (4 أسابيع من العمر) لديها انخفاض القدرة على إزالة العدوى مقارنة مع الذباب الأصغر سنا (1-1- العمر) ، على الأرجح يرجع ذلك ، على الأقل جزئيا ، إلى انخفاض في بعض جوانب البلعمة16،17.
تستخدم الطريقة الموصوفة هنا جسيمات إشريكية القولونية المنفصلة التي تحمل علامات الفلورسنت، وتحمل أحدهما الفلوروفور القياسي والأخرى حساسة للغلاف الحراري، لتقييم جانبين مختلفين من البلعمرة: الغمر الأولي للجسيمات، وتدهور الجسيمات في الفوماضات. في هذا الفحص ، يمكن ملاحظة الفلورو-الجسيمات عندما تكون الجسيمات مقيدة ومغمرة بالهيموسيات ، في حين أن الجسيمات الحساسة درجة الحموضة فلورية فقط في ظروف درجة الحموضة المنخفضة للphagosome. ويمكن بعد ذلك أن يلاحظ أحداث الفلورسنت في الهيموسيات التي تُحل على طول السفينة الظهرية. نحن نركز على الهيموسيت المترجمة إلى السفينة الظهرية، والتي توفر معلما التشريحية لتحديد موقع الهيموسيات التي من المعروف أنها تساهم في إزالة البكتيريا، وعزلها باستمرار. ومع ذلك، الهيموسيات في أجزاء أخرى من الجسم والهيموليكف هي أيضا مهمة لإزالة. على الرغم من أننا لم تدرس هذه الخلية السكان, يمكن أن يكون الإجراء العام لدينا تنطبق على المقايسات البلعوية من هذه الخلايا كذلك. ميزة واحدة من نهجنا هو أننا يمكن قياس الأحداث البلعمية داخل هافورسيات الفردية، مما يسمح لنا للكشف عن الاختلاف الدقيق في العمليات البلعوية. دراسات أخرى تصور الأحداث الفلورية من خلالبشرة 18،19 لا تأخذ في الاعتبار الاختلافات في أعداد الهيموسيات الحالية ، والتي من المهم بشكل خاص أن تنظر في حالتنا حيث من المتوقع أن تتغير تعدادات الهيموسيات الكلية مع سن17.
البروتوكول الموصوف هنا هو وسيلة موثوقة لتحديد الجوانب المختلفة للزنابية، في ظل ظروف تجريبية خاضعة للرقابة. نلاحظ أننا قد اختبرت فقط هذا الإجراء مع الغرام الجزيئات البكتيرية السلبية والنتائج قد تختلف إذا تم استخدام الغرام الجزيئات البكتيرية إيجابية. في الواقع، سيكون من المثير للاهتمام مقارنة الاستجابات البلعوية لكل من البكتيريا السلبية والغرام إيجابية غرام في ظروف تجريبية مختلفة. استخدام نانو حاقن يسمح لمراقبة دقيقة على أحجام الحقن، وضمان حقن كل ذبابة مع نفس حجم الجسيمات. أحد القيود على البروتوكول يأتي من عدم الاتساق في تحضيرات الجسيمات. سوف تتراكم الجسيمات بمجرد تجميدها، لذلك يمكن أن تؤثر الاختلافات الصغيرة في أحجام التخفيف، أو عدم وجود دوامة، على تركيز الجسيمات بين التجارب. لتقليل الاختلافات المحتملة في تركيزات الجسيمات بين الأعمار ، من المفيد حقن الذباب القديم لمدة 1 و 5 أسابيع في نفس اليوم ، باستخدام نفس إبرة وحل الجسيمات. عيب آخر محتمل هو أنه أثناء التشريح، يمكن بسهولة أن تتلف السفينة الظهرية و /أو بشرة إذا لم يتم التعامل مع الدبابيس بشكل صحيح. لتجنب تعطيل السفينة الظهرية، تقليل عدد الدبابيس المستخدمة في التشريح. ميزة لهذا الأسلوب تشريح هو أن جميع التثبيت, غسل وتلطيخ الخطوات يمكن أن يؤديها في لوحة تشريح. لأن بشرة يتم تثبيتها إلى أسفل، وهذا يمنع البشرة من فقدان بين الخطوات.
بالمقارنة مع الأساليب القائمة18،19،25،26،27،28،29، البروتوكول الموصوف له مزاياه وحدوده. من خلال تشريح السفينة الظهرية ، ونحن قادرون على تصور وقياس عدد الهيموسيات الفردية في هذا الموقع. وهذا يجعل من الممكن الكشف عن الاختلافات الدقيقة في النشاط البلعمي بين المجموعات التجريبية. طرق أخرى تصور الجزيئات المسمى fluorescently بجمع hemocytes باستخدام النزف / كشط المقايسة19,25,26,27, أو من خلال بشرة بطنية سليمة18,19,28,29; ومع ذلك، لا يمكن تقييم الهيموسيات الفردية عند تصورها من خلال بشرة الظهر. ميزة هذا البروتوكول، بالمقارنة مع طريقة التسييل / كشط هو أن طريقتنا يسمح لنا لتقييم فقط تلك الهيموسيات المرتبطة بالأوعية الظهرية، ولا حساب ل الخلايا المتداولة أو تلك على طول جدار الجسم، والتي قد تكون مختلفة وظيفيا. تشريح السفينة الظهرية يزيل أيضا الحاجة إلى تضمين جولة ثانية من الحقن مع quencher fluorescence، مثل Trypan الأزرق19،26. وذلك لأن أي جزيئات غير ملزمة أو غارقة في خلية سيتم غسلها أثناء خطوات الغسيل. وعلى العكس من ذلك، قد يكون من الأسهل تنفيذ طرق بديلة لأنها لا تتطلب تشريح. في حين أن تشريح السفينة الظهرية من السهل تعلمها ، فإن هذه الخطوة تضيف مستوى من التعقيد قد لا يكون ممكنًا في بعض التصاميم التجريبية.
على الرغم من أن الاستخدام الموصوف لهذا في فحص البلعوم في الجسم الحي هو تقييم وقياس الأحداث البلعومية بين مختلف الأعمار ، فإن هذا البروتوكول قابل للتكيف للغاية ويمكن استخدامه لتحليل جوانب مختلفة من البلعوم بين النمط الجيني أو الجنس أو نوع الأنسجة. مع البلعوم يجري أهمية مركزية بالنسبة لمعظم الحيوانات متعددة الخلايا، فهم كيف تنخفض هذه العملية مع التقدم في السن يمكن أن يؤدي إلى علاجات علاجية أفضل للسكان الشيخوخة. يوفر هذا النهج إمكانات طويلة الأجل لتوضيح جوانب التغيرات المرتبطة بالعمر في الاستجابة المناعية ، مع التركيز بشكل خاص على البلعميات.
The authors have nothing to disclose.
وقد تم دعم هذا العمل من خلال منح من المعاهد الوطنية للصحة R03 AG061484-02 وكلية UMBC للعلوم الطبيعية والرياضية بيكتون ديكنسون كلية البحوث.
0.10 mm Insect pins | Fine Science Tools | 26002-10 | Here: pins are cut in half, and the sharp end is used |
1 mL sterile syringes | Becton Dickinson | 309602 | Filled with mineral oil to load needle |
15% Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | 16000-044 | for dissection media |
16 % Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 15710 | EM-grade, 4% working, diluted in 1X PBS |
1x Phosphate buffered saline (PBS) | Sigma | P3813 | |
3 mL Trasnfer Pipet | Falcon | 357524 | |
3.5" Glass Capillaries | Drummond | 3-000-203-G/X | 1.14mm O.D X 3.5" length X 0.53" I.D |
35×10 mm Petri dishes | Becton Dickinson | 351008 | Used as dissection plate, filled half way with Sylgard |
6x penicillin/streptomycin | Life Technologies | 15140-122 | for dissection media |
70% Glycerol | Sigma | G9012 | |
Analog Vortex mixer | VWR | 58816-121 | |
Biological point forceps, Dumont No. 5 | Fine Science Tools | 11295-10 | |
DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole) | Life Technologies | D1306 | Diluted 1:1000 in 1x PBST |
Drosophila strain | w[*]; P{w[+mC]=He-GAL4.Z}85, P{w[+mC]=UAS-GFP.nls}8 | ||
E. coli (K-12 strain) BioParticles™, Alexa Fluor™ 594 conjugate | Life Technologies | E23370 | |
Glass slides | Premiere | D17026102 | |
Live cell imaging solution | Life Technologies | A14291DJ | preferred buffer for particle preparation and dilutions |
Mineral oil | Mpbio | 194836 | |
Nanoject II automatic nanoliter injector | Drummond | 3-000-204 | |
Narrow Polystyrene Super Bulk Drosophila Vials | Genesee | 32-116SB | Size: 25 X 95 mm |
Nutating Mixer | Fisher Scientific | 88-861-043 | Speed used: 20 rpm |
pHrodo™ Red E. coli BioParticles™ Conjugate for Phagocytosis | Life Technologies | P35361 | |
Schneider's Drosophila cell culture media (1x) | Gibco | 21720-024 | Dissection media, combine: Schneiders, FBS, and pen/strep; filter sterilize |
Sodium azide | Sigma-Aldrich | S2002 | 2mM (or 20%) working |
Spring scissors | Fine Science Tools | 15000-00 | |
Sylgard 184 Silicone elastomer | Electron Microscopy Sciences | 24236-10 | Prepare according to provided protocol |
Tween 20 | Sigma | P1379 | For PBS + 0.1% tween |
Vertical Pipette Puller Model 700C | David Kopf Instruments | 812368 | Heater: 55℃ Solenoid: 45 |
Zeiss AxioImager.Z1 fluorescent microscope | Zeiss | Here: Apotome structural interference system with Zeiss Zen imaging software |