Burada, pLEXSY sistemini kullanarak eGFP genini stabil bir entegre transgen olarak eksprese eden L. panamensis ve L . donovani suşlarını oluşturmak için kullanılan metodolojiyi açıklıyoruz. Transfekte edilen parazitler, seyreltme sınırlandırılarak klonlandı ve her iki türde de en yüksek floresan yoğunluğuna sahip klonlar, ilaç tarama testlerinde daha fazla kullanılmak üzere seçildi.
Leishmania cinsinin protozoan parazitleri, dünya çapında milyonlarca insanı etkileyen değişken klinik belirtilere sahip bir hastalık olan leishmaniasis’e neden olur. L. donovani enfeksiyonu ölümcül iç organ hastalığına neden olabilir. Panama, Kolombiya ve Kosta Rika’da, L. panamensis bildirilen kutanöz ve mukokutanöz leishmaniasis vakalarının çoğundan sorumludur. Bugüne kadar mevcut olan metodolojilerle çok sayıda ilaç adayını incelemek, bileşiklerin parazitin hücre içi formlarına karşı aktivitesini değerlendirmek veya in vivo tahliller yapmak için çok zahmetli oldukları göz önüne alındığında oldukça zordur. Bu çalışmada, 18S rRNA’yı (ssu) kodlayan lokusa entegre edilmiş gelişmiş bir yeşil floresan proteini (eGFP) kodlayan genin yapısal ekspresyonu ile L. panamensis ve L. donovani suşlarının oluşumunu açıklıyoruz. eGFP’yi kodlayan gen, ticari bir vektörden elde edildi ve onu zenginleştirmek ve BglII ve KpnI enzimleri için kısıtlama bölgeleri eklemek için polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) ile amplifiye edildi. eGFP amplisonu, agaroz jel saflaştırması ile izole edildi, BglII ve KpnI enzimleri ile sindirildi ve daha önce aynı enzim seti ile sindirilmiş Leishmania ekspresyon vektörü pLEXSY-sat2.1’e bağlandı. Klonlanmış gen ile ekspresyon vektörü E. coli’de çoğaltıldı, saflaştırıldı ve ekin varlığı koloni PCR ile doğrulandı. Saflaştırılmış plazmit doğrusallaştırıldı ve L. donovani ve L. panamensis parazitlerini transfekte etmek için kullanıldı. Genin entegrasyonu PCR ile doğrulandı. eGFP geninin ekspresyonu akım sitometrisi ile değerlendirildi. Floresan parazitler seyreltme sınırlandırılarak klonlandı ve en yüksek floresan yoğunluğuna sahip klonlar akış sitometrisi kullanılarak seçildi.
Leishmania cinsinin protozoan parazitleri, çok çeşitli klinik belirtileri olan bir hastalık olan leishmaniasis’e neden olur. Bu hastalık 98 ülkede yaygındır ve yıllık insidansının 0,9 ila 1,6 milyon vaka olduğu tahmin edilmektedir1. İnsanlar için patojenik olan Leishmania türleri, L olmak üzere iki alt türe ayrılır. (Leishmania) ve L. (Viyana). L’ye ait bazı türlerle enfeksiyon. L. donovani ve L. infantum gibi (Leishmania) alt cinsi, tedavi edilmezse ölümcül olan visseral leishmaniasis (VL) ile sonuçlanabilir2. L’ye ait türler. (Viannia) alt cinsi, Orta ve Güney Amerika’da, özellikle Panama, Kolombiya ve Kosta Rika’da çoğu kutanöz leishmaniasis (CL) ve mukokutanöz leishmaniasis (MCL) vakası ile ilişkilidir ve L. panamensis bu klinik sunumların ana etiyolojik ajanıdır 3,4.
Beş değerlikli antimonyaller, miltefosin ve amfoterisin B gibi ilaçları içeren mevcut anti-leishmania kemoterapisi oldukça toksik ve pahalıdır. Ayrıca, son yıllarda artan ilaç direnci, dünya çapında hastaların etkili tedavisine müdahale eden faktörlere eklenmiştir5. Leishmania cinsinin türleri arasında, özellikle Yeni ve Eski Dünya türleri arasında, uyuşturucuya duyarlılık ile ilgili olarak önemli farklılıklar gösterilmiştir 6,7. Bu nedenlerden dolayı, türe özgü yaklaşımlara özel önem vererek, yeni anti-leishmania ilaçlarının tanımlanması ve geliştirilmesine yönelik çabaların yönlendirilmesi gerekmektedir. Geleneksel metodolojilere sahip büyük ilaç adayı kütüphanelerini incelemek oldukça zordur, çünkü bu metodolojiler, bileşiklerin hücre içi amastigotlara karşı aktivitesini değerlendirmek veya in vivo deneyler yapmak için çok zahmetlidir8; Bu nedenle, raportör genlerin uygulanması ve yüksek içerikli fenotipik tarama testlerinin geliştirilmesi de dahil olmak üzere bu dezavantajları azaltan yeni tekniklerin geliştirilmesi gerekli olmuştur9.
Raportör genlerin kullanımı, yüksek verimli ve in vivo tahlillerin geliştirilmesini kolaylaştırdığı için ilaç tarama sürecinin etkinliğini artırma potansiyelini göstermiştir. Çeşitli araştırma grupları tarafından çeşitli raportör genleri eksprese eden rekombinant Leishmania parazitleri üretilmiştir. β-galaktosidaz, β-laktamaz ve lusiferaz gibi raportör genler, epizomal vektörler kullanılarak birkaç Leishmania türüne dahil edilmiştir ve parazitin hücre dışı ve hücre içi formlarında ilaç taraması için sınırlı fayda göstermiştir 10,11,12,13,14,15. Bu yaklaşımlar, epizomal yapının ortadan kaldırılmasını önlemek için kültürde güçlü bir seçici baskı gerektirmenin yanı sıra raportör genin aktivitesini ortaya çıkarmak için ek reaktiflerin kullanılması sınırlamasına sahiptir. Tersine, yeşil floresan proteini (GFP) ve varyantı, geliştirilmiş yeşil floresan proteini (eGFP), esneklikleri ve duyarlılıkları nedeniyle in vitro ilaç tarama deneyleri için çok sayıda transgenik Leishmania suşunun üretilmesinde kullanılmıştır, ayrıca akış sitometrisi veya florometri15 kullanarak tarama sürecini otomatikleştirme olasılığı, 16,17,18,19. Umut verici sonuçlara rağmen, bu transgenik suşların kültürleri, GFP geninin kopya sayısı tüm parazitlerde aynı olmadığından, floresan seviyelerinde oldukça heterojendi. Ayrıca, floresansın korunması, GFP geni epizomal bir yapıda sokulduğundan, kültürdeki parazitler üzerinde sürekli seçici baskı gerektiriyordu.
Daha önce belirtilen nedenlerden dolayı, birçok çaba, kararlı rekombinant suşlar üretmek için yeni metodolojiler geliştirmeye odaklanmıştır. Bu çabalar çoğunlukla, ribozomal genlerin20 daha yüksek transkripsiyon oranlarından yararlanarak, raportör genlerin ribozomal lokuslara entegrasyonuna dayanmıştır. L. infantum ve L. amazonensis suşları, β-galaktosidaz21, IFP 1.4, iRFP22 ve tdTomato23’ü kodlayan genleri entegre ederek üretilmiş ve ilaç tarama testlerinde yararlılıkları açısından değerlendirilmiştir. Çeşitli gruplar, kodlama genini homolog rekombinasyon yoluyla 18S ribozomal RNA lokusuna (ssu lokusu) entegre ederek GFP’yi yapısal olarak eksprese eden L. donovani suşları geliştirmiştir24,25; hücre içi amastigotlar 24,25 dahil olmak üzere transfekte edilmiş popülasyonda stabil ve homojen GFP ekspresyonu gösterdiler ve ilaç tarama testlerinde24,25,26 başarıyla uygulandılar. Bolhassani ve ark.27, GFP’yi entegre bir transgen olarak eksprese eden L. major ve L. infantum suşları geliştirdi. Başlangıçta konakçı28 olarak L. tarentolae kullanan bir sistemde proteinlerin transgenik ekspresyonu için tasarlanmış entegrasyon vektörü pLEXSY’yi kullandılar. pLEXSY-GFP vektörünün, GFP24,25,27,29,30’u yapısal olarak eksprese eden farklı Leishmania suşlarının üretilmesi için çok etkili olduğu gösterilmiştir. Bu parazitlerde, floresan homojendir ve hücre içi formlarda korunur, enfekte farelerin ayak tabanı lezyonlarında tespit edilebilir27.
Bu çalışmada, pLEXSY sistemini kullanarak entegre bir transgen olarak eGFP’yi kodlayan geni ifade eden L. panamensis ve L . donovani suşlarını oluşturmak için kullanılan metodolojiyi açıklıyoruz. Bu işlemle üretilen suşlar, laboratuvarımızda, doğal ve sentetik kökenli moleküllerin potansiyel anti-leishmania aktivitesini değerlendiren ilaç tarama testleri yapmak için kullanılır.
Çeşitli raportör genlerin avantajları ve dezavantajları çeşitli protozoan parazitlerde incelenmiştir. Bunlar arasında, GFP ve eGFP doğası gereği floresandır ve kolay miktar belirleme ve görüntülemeye izin verir. Bu proteinlerin floresan aktivitesi, floresan mikroskobu, florimetri veya akış sitometrisi kullanılarak minimum manipülasyon ile tespit edilebilir. GFP eksprese eden L üretmek için çok az çalışma yapılmıştır. (Viannia) suşları, GFP ve türevlerinin Eski Dünya <em…
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma, Secretaría Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación (SENACYT), Panama, NI-177-2016 hibe numarası ve Sistema Nacional de Investigación (SNI), Panama, hibe numaraları SNI-169-2018, SNI-008-2022 ve SNI-060-2022 tarafından finanse edilmiştir.
96 Well Microplates | Corning | CLS3340 | Flat bottom clear, black polystyrene, sterile, lid |
Agarose | Sigma-Aldrich | A4718 | |
Ampicillin sodium salt | Sigma-Aldrich | A8351 | BioXtra, suitable for cell culture |
BglII restriction enzyme | New England BioLabs | R0144S | 2,000 units. 10,000 units/mL |
Cell Culture Flasks | Corning | CLS430168 | Surface area 25 cm2, canted neck, cap (plug seal) |
ChemiDoc Imaging System | Bio-Rad | 17001401 | |
CyFlow Space | Sysmex | Not available | |
D-(+)-Glucose | Sigma-Aldrich | G7021 | powder, BioReagent, suitable for cell culture, suitable for insect cell culture, suitable for plant cell culture, ≥99.5% |
Fetal Bovine Serum | Sigma-Aldrich | F7524 | |
Gel Loading Buffer | Sigma-Aldrich | G2526 | The rate of migration varies with gel composition. Dilute 1:3 to 1:6 with sample before loading. |
Gene Pulser Xcell Electroporation System | Bio-Rad | 1652660 | The system is composed of a main unit, two accessory modules, the capacitance extender (CE module) and the pulse controller (PC module), and a ShockPod cuvette chamber. |
Gene Pulser/MicroPulser Electroporation Cuvettes | Bio-Rad | 1652086 | Pkg of 50, 0.2 cm–gap sterile electroporation cuvette, for use with the Gene Pulser and MicroPulser Systems, for mammalian and other eukaryotic cells |
Gentamicin solution | Sigma-Aldrich | G1397 | 50 mg/mL in deionized water, liquid, 0.1 μm filtered, BioReagent, suitable for cell culture |
GoTaq Long PCR Master Mix | Promega | M4021 | |
HEPES solution | Sigma-Aldrich | H0887 | 1 M, pH 7.0-7.6, sterile-filtered, BioReagent, suitable for cell culture |
Inverted microscope | Olympus | IXplore Standard | |
KpnI-HF restriction enzyme | New England BioLabs | R3142S | 4,000 units. 20,000 units/mL |
LB Broth with agar | Sigma-Aldrich | L3147 | Highly-referenced nutrient-rich microbial growth powder medium with Agar, suitable for regular E.coli culture. |
LB Broth | Sigma-Aldrich | L2542 | Liquid microbial growth medium |
Mini-Sub Cell GT Horizontal Electrophoresis System | Bio-Rad | 1640300 | Mini horizontal electrophoresis system, includes 8- and 15-well combs, 7 cm x 10 cm UV-transparent tray |
pEGFP-N1-1x | Addgene | 172281 | Expressing eGFP mRNA fused with 1 tandem repeat of a 50-base sequence |
pLEXSYcon2.1 expression kit | Jena Bioscience | EGE-1310sat | Contains integrative constitutive expression vector pLEXSY-sat2.1. Antibiotic selection of transfectants with Nourseothricin (NTC, clonNAT). Contains all primers for diagnostic PCRs and sequencing. |
Potassium Chloride | Millipore | 529552 | Molecular Biology Grade – CAS 7447-40-7 – Calbiochem |
PureYield Plasmid Miniprep System | Promega | A1222 | Up to 15 μg of Transfection-Ready Plasmid from 3 mL cultures. |
Schneider′s Insect Medium | Sigma-Aldrich | S0146 | Medium used in our laboratory for culturing Leishmania. |
SOC Medium | Sigma-Aldrich | S1797 | |
Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S3014 | for molecular biology, DNase, RNase, and protease, none detected, ≥99% (titration) |
Sodium phosphate dibasic | Sigma-Aldrich | RDD038 | BioReagent, suitable for cell culture, suitable for insect cell culture, ≥99.0%, free-flowing, Redi-Dri |
SwaI restriction enzyme | New England BioLabs | R0604S | 2,000 units. 10,000 units/mL |
Syringe filters | Corning | CLS431212 | regenerated cellulose membrane, diam. 4 mm, pore size 0.2 μm |
T100 Thermal Cycler | Bio-Rad | 1861096 | Thermal cycler system, includes 96-well thermal cycler, power cord, tube support ring |
T4 DNA Ligase | Promega | M1801 | Joins two DNA strands with cohesive or blunt ends |
Tris-Borate-EDTA buffer | Sigma-Aldrich | T4415 | BioReagent, suitable for electrophoresis, 10× concentrate |
Wizard Genomic DNA Purification Kit | Promega | A1120 | |
Wizard SV Gel and PCR Clean-Up System | Promega | A9285 | |
XL10-Gold Ultracompetent Cells | Agilent | 200317 | XL10-Gold Kanr Ultracompetent Cells, 10 x 0.1 mL. Features the kanamycin-resistance gene on the F' episome, for extremely demanding cloning in chloramphenicol-resistant vectors. Efficiency: > 5 x 10 9 transformants/µg pUC18 DNA. |