A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
מוצג כאן פרוטוקול המשתמש בפרומסטיגוטים גדולים של לישמניה כדי לקבוע את הקשירה, הציטוטוקסיות והאיתות המושרים על ידי רעלנים היוצרים נקבוביות. הוכחת היתכנות עם סטרפטוליזין O מסופקת. רעלנים אחרים יכולים לשמש גם כדי למנף את המוטציות הגנטיות הזמינות בל' מז'ור כדי להגדיר מנגנונים חדשים של עמידות לרעלנים.
הבנת התפקוד והמנגנון של רעלנים יוצרי נקבוביות (PFTs) היא מאתגרת מכיוון שהתאים עמידים בפני נזקי הממברנה הנגרמים על-ידי PFTs. בעוד שגישות ביופיזיות עוזרות להבין את היווצרות הנקבוביות, לעתים קרובות הן מסתמכות על גישות רדוקציוניסטיות חסרות את ההשלמה המלאה של שומנים וחלבונים של הממברנה. תאים אנושיים בתרבית מספקים מערכת חלופית, אך המורכבות והיתירות שלהם במנגנוני התיקון מקשות על זיהוי מנגנונים ספציפיים. לעומת זאת, הפתוגן הפרוטוזואני האנושי האחראי ללישמניאזיס עורי, לישמניה מז'ור, מציע איזון אופטימלי בין מורכבות לרלוונטיות פיזיולוגית. L. major ניתנת למתיחה גנטית וניתן לתרבת אותה לצפיפות גבוהה במבחנה, וכל השפעה של הפרעות על זיהום ניתנת למדידה במודלים מבוססים של מורין. בנוסף, L. major מסנתז שומנים שונים ממקביליהם היונקים, מה שיכול לשנות את הדינמיקה של הממברנה. שינויים אלה בדינמיקה של הממברנה ניתנים לבדיקה באמצעות PFTs ממשפחת הרעלנים המאופיינים ביותר, ציטוליזין תלויי כולסטרול (CDC). CDCs נקשרים לארגוסטרול בקרום לישמניה ויכולים להרוג את L. major promastigotes, מה שמצביע על כך ש- L. major היא מערכת מודל מתאימה לקביעת המנגנונים התאיים והמולקולריים של תפקוד PFT. עבודה זו מתארת שיטות לבדיקת תפקוד PFT בפרומסטיגוטים גדולים של L. , כולל תרבית טפילים, כלים גנטיים להערכת רגישות לשומנים, מבחני קשירת ממברנות ומבחני מוות של תאים. מבחנים אלה יאפשרו שימוש מהיר ב- L. major כמערכת מודל רבת עוצמה להבנת תפקוד PFT במגוון אורגניזמים מגוונים אבולוציונית ומשותפים בארגון השומנים.
רעלנים יוצרי נקבוביות (PFTs) הם המשפחה הגדולה ביותר של רעלנים חיידקיים1, אך המנגנונים שבאמצעותם הם מנקבים והורסים תאים אינם מובנים היטב. המשפחה הנחקרת ביותר של רעלנים יוצרי נקבוביות היא זו של ציטוליזין תלויי כולסטרול (CDC). CDCs מסונתזים בעיקר על ידי חיידקים גראם חיוביים, כולל הגורם הסיבתי של דלקת החיתולית הנמקית, סטרפטוקוקוס פיוגנס2. S. pyogenes מפריש את הסטרפטוליזין O (SLO) של CDC, אשר נקשר לסטרולים בקרום הפלזמה של התאים המארחים כמונומרים, אוליגומריז, ומכניס ~ 20-30 ננומטר נקבוביות לתוך הממברנה1. התפקיד כי שומנים לשחק בתהליך זה נשאר נקבע היטב.
גישה אחת לחקר אינטראקציות שומנים-CDC היא שימוש בליפוזומים המוגדרים כימית. בעוד שליפוזומים מוגדרים מספקים מידע על ערכי הסף הדרושים של שומנים כדי לקיים קשירת רעלנים והיווצרות נקבוביות 3,4, הם אינם משחזרים באופן מלא את תפקודי התא. לדוגמה, ליפוזומים משוחזרים חסרים את אסימטריית השומנים של פונדקאים של יונקים ושינויים בשומנים בתגובה לרעלנים5. חלופה אחת לליפוזומים היא שימוש בקווי תאים של יונקים. בעוד שקווי התאים האלה רלוונטיים יותר מבחינה פיזיולוגית, יש מידה רבה של יתירות במנגנוני חישת רעלנים והתנגדות2. כתוצאה מכך, מסלולי התיקון המשמשים להתנגדות ל-CDC נותרים לא מוגדרים היטב. יש לציין כי זרם Ca2+ הוא המפעיל העיקרי של תיקון ממברנה1. במורד הזרם של זרםCa 2+, מסלולים מרובים מעורבים, כולל תיקון תלוי סרמיד 6,7 ומסלול תיקון תלוי MEK6. מסלולים אלה מתקשרים עם אפקטים אחרים של חלבונים, כולל קומפלקס המיון האנדוזומלי הנדרש להובלה (ESCRT)8, ונספחים 6,9,10. ניתוח מסלולים אלה בתאי יונקים הוא מאתגר בשל היתירות, אשר מבלבלת את פענוח הנתונים.
אחת הדרכים לאזן את המורכבות עם פשטות לניתוח מסלולי תיקון היא השימוש באורגניזמים פשוטים יותר, כגון פתוגנים פרוטוזואנים בסוג לישמניה. לישמניה sp. גורמת ללישמניאזיס בבני אדם ובבעלי חיים אחרים. לישמניאזיס נע בין לישמניאזיס עורית (נגעים בעור מוגבלים בעצמם) ללישמניאזיס הקרביים הקטלניים (hepatosplenomegaly), בהתאם למין ולגורמים אחרים11. לישמניה מייג'ור, הגורם הסיבתי של לישמניאזיס עורי, מועברת לבני אדם באמצעות וקטור חול ומשמשת להבנת תפקוד לישמניה וזיהום12. בנוסף, לישמניה sp. הם digenic12. הם קיימים כטפילי מקרופאגים תוך-תאיים המכונים אמסטיגוטים וכפרומסטיגוטים בעלי חיים חופשיים ומסומנים בחול12. L . פרומסטיגוטים עיקריים יכולים להיות מתורבתת במדיה עם תוספת סרום כגון M199 לצפיפות גבוהה13. פרומסטיגוטים ניתנים גם למתיחה גנטית; קיימים נוקאאוטים גנטיים רבים, כולל אלה המכוונים למסלולי ביוסינתזה של שומנים13. ניתן להעריך נוקאאוטים אלה לגדילה ולהבדלים בהדבקה ובהתפתחות הנגעים באמצעות זיהום של עכברי Balb/c13.
בנוסף לקלות היחסית של תרבית לישמניה ומגוון הנוקאאוטים של ביוסינתזה של שומנים, לטפיל יש גנום פשוט יותר מאשר ליונקים. המין המאופיין ביותר של לישמניה הוא L. major, שיש לו כלים גנטיים קיימים רבים, כגון מוטנטים עם מטבוליזם שומנים פגום14. יש לציין כי חלבוני תיקון רבים נעדרים. ל-L. major אין הומולוגים שזוהו עד כה עבור חלבוני תיקון מרכזיים של יונקים כגון נספחים. זה מאפשר אפיון של מסלולי תיקון משומרים אבולוציונית ללא המורכבות של מערכות יונקים. עם זאת, מסלולי תיקון לא אופיינו בלישמניה עד כה. יחד עם זאת, מסלולי איתות מרכזיים המעורבים בתיקון, כגון מסלול MEK6, נשמרים בלישמניה sp.15,16, אם כי יש לאמת הומולוגים. מסלול החלבון קינאז המופעל על ידי מיטוגן (MAPK) נחקר היטב ב-L. mexicana, שם הוא תורם להישרדות תוך-תאית וליציבות תרמו-תאית בתאי יונקים ושולט במטה-ציקלוגנזה16. בליישמניה sp., 10 מתוך 15 MAPKs אופיינו17. LmMAPK9 ו-LmMAPK13 צפויים להיות הדומים ביותר ליונקים ERK1/2 בהתבסס על זהותם ברצף שפתי הזרחון המשומר. רצף שפתי הזרחון הוא TEY הן עבור יונקים ERK1/2 והן עבור LmMAPK9 ו- LmMAPK13. עם זאת, לשמונה מה-MAPKs של לישמניה יש מוטיב זרחון TDY15. לפחות שני הומולוגים של MEK זוהו בלישמניה sp., LmxMKK18 וקינאז הקשור ל-MEKK (MRK1)19. זה מצביע על כך שתובנות שזוהו בלישמניה יכולות להיות מתורגמות למערכות יונקים. כאשר הם אינם מתורגמים למערכות יונקים, הם מייצגים מטרות טיפוליות לטיפול בלישמניאזיס.
על מנת להשתמש ב- L. promastigotes כדי לחקור תיקון ממברנות ואינטראקציות עם רעלים, יש צורך בטכניקות של תפוקה בינונית . בעוד שהדמיית תאים חיים ברזולוציה גבוהה מאפשרת הדמיה של חלבונים וממברנות מסומנים בזמן אמת, התפוקה נמוכה וייתכן שהיא אינה מודדת את הישרדות התאים. מבחני כדאיות בתפוקה בינונית כוללים ספיגת צבע הנמדדת על ידי ציטומטריה של זרימה, מדידת פעילות מיטוכונדריאלית או שחרור חלבונים תאיים כמו לקטט דהידרוגנאז (LDH). בתאי יונקים, מבחני LDH אינם מודדים באופן כמותי מוות תאי20. יתר על כן, מבחנים מבוססי אוכלוסייה כמו שחרור LDH או פעילות מיטוכונדריאלית אינם מאפשרים ניתוח חד-תאי או רב-ממדי חזק20. לעומת זאת, מבחנים מבוססי ציטומטריה של זרימה מאפשרים אנליזה רב-פרמטרית של תא יחיד20. עם זאת, מבחנים אלה לא יושמו להבנת הביולוגיה של רעלנים או לתגובות לרעלנים ב - L . major promastigotes.
במחקר זה, SLO משמש ככלי להבנת ההפרעה של קרום הפלזמה של מוטציית ה-sphingolipid null של L. major בשני חוצצים שונים - המדיה M199 המשמשת באופן שגרתי לתרבות L. promastigotes גדולים והמאגר הפשוט יותר של Tyrode. בדיקת ציטומטריה של זרימה בתפוקה בינונית מתוארת ומשמשת ליצירת עקומות מינון-תגובה של רעלן. נתונים מהמבחן הציטומטרי של הזרימה ממודלים לעקומה לוגיסטית כדי לקבוע את ערכי LC50. בעזרת מידע זה, ניתן לקבוע מינון תת-ליטי של SLO כך שניתן יהיה לאמת נוגדני MAPK באמצעות כתם מערבי.
כל ההנחיות המתאימות והפרקטיקות המיקרוביולוגיות, הבטיחות ותרביות התאים הסטנדרטיות שימשו לשימוש ולטיפול בדנ"א העיקרי והרקומביננטי של הפתוגן RG2 לישמניה . כל הניסויים עם ל. מייג'ור חי בוצעו בארון בטיחות ביולוגית במעבדה מוסמכת BSL-2. העבודה נוהלה על ידי הוועדה המוסדית לבטיחות ביולוגית של אוניברסיטת טקסס טק.
הערה: מנקודת מבט בטיחותית, פרומסטיגוטים חיים של L. הם פתוגנים מקבוצת סיכון 2. טפל תוך שימוש בהכלה, אמצעי זהירות ופיקוח מתאימים של הוועדה המוסדית לבטיחות ביולוגית (IBC). לטפל בחומרים רעילים וכימיקלים בהתאם לנהלים מוסדיים לחומרים רעילים. אם נעשה שימוש ברעלנים רקומביננטיים, ייתכן שיהיה צורך באישור ובפיקוח של IBC לצורך עבודת דנ"א רקומביננטי.
1. טיפוח והכנה של L. promastigotes גדול
2. בדיקת ציטוטוקסיות
3. אנליזת חלבונים של פרומסטיגוטים גדולים L. מאותגרים רעלן
רגישות פרומסטיגוטה מוגברת ל-SLO במאגר של Tyrode בהשוואה ל-M199
רגישות ה- SLO של L. promastigotes גדולים הושוותה בין מאגרי בדיקה שונים. פרומסטיגוטים מסוג Wild, spt2 ו-spt2-/+SPT2 אותגרו עם SLO ב-M199 ללא סרום או במאגר של Tyrode בתוספת 2 mM CaCl2 למשך 30 דקות לפני ניתוח על ציטומטר זרימה. ?...
במחקר זה תוארו שיטות לחקר המנגנונים והתפקודים המולקולריים של PFTs, תוך שימוש בפתוגן האנושי לישמניה מייג'ור כמערכת מודל. פותחה בדיקת ציטוטוקסיות מבוססת ציטוטוקסיות של זרימה בתפוקה בינונית למדידת כדאיות של תא בודד. הכדאיות היא כמותית ברמת האוכלוסייה מכיוון שניתן לחשב ערכי LC50 מעקו...
עבודה זו נתמכה על ידי המכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות של המכונים הלאומיים לבריאות מעניק R21AI156225 ל- PAK ו- KZ (co-I) ו- R01AI139198 ל- KZ (co-I). CH רוצה להודות למחלקה למדעי הביולוגיה על עוזר ההוראה שניתן במהלך המחקר הזה.
לסוכנויות המימון לא היה כל תפקיד בתכנון המחקר; באיסוף, ניתוח או פרשנות של נתונים; בכתיבת כתב היד; וגם לא בהחלטה לפרסם את התוצאות. התוכן הוא באחריותם הבלעדית של המחברים ואינו מייצג בהכרח את העמדות הרשמיות של הגורמים המממנים. המחברים מצהירים שאין להם ניגודי עניינים מתחרים.
המחברים רוצים להודות לחברי מעבדות קייל וג'אנג על הסקירה הביקורתית של כתב היד. המחברים מודים למיקרוסקופיה של המכללה לאמנויות ומדעים על השימוש במתקנים.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.2 mL microtiter (Marsh) tubes | Fisher | 02-681-376 | Cytotoxicity assay |
1.5 mL microcentrifuge tube | Fisher | 05-408-129 | Toxin dilutions |
15 mL centrifuge tube | Avantor VWR (Radnor, PA) | 89039-666 | To hold cells and media |
1x Phosphate buffered saline (PBS) | Fisher | BP399 | For cell processing |
3% H2O2 | Walmart (Fayetteville, AR) | N/A | For ECL |
5x M199 | Cell-gro | 11150067 | Basal growth media for L. major promastigotes |
Biosafety cabinet | Baker | To culture cells in sterile conditions | |
Bovine serum albumin (BSA) | Fisher | BP1605-100 | Fraction V acceptable purity |
CaCl2 | Fisher | BP510-100 | Stock concentration 100 mM |
Centrifuge | Thermo Fisher | Heraeus Megafuge 40R | To pellet the cells from culture |
Cy5 Mono-reactive dye pack | Cytiva (Marlborough, MA) | PA25031 | Fluorophore label for toxins |
Digital dry bath | Benchmark | BSH1002 | To denature protein samples |
EGTA | Amresco | 0732-100G | Stock concentration 0.5 M |
Excel | Microsoft (Redmond, VA) | Data analysis software | |
Flow cytometer (4-laser Attune NxT) | Fisher | Cytometer for data acquisition | |
FlowJo | BD (Ashland, OR) | Software | |
Formaldehyde | Fisher | BP531-500 | Fixative for counting cells |
G418 | Fisher | BP673-1 | Selection agent for cells |
Hellmanex III | Sigma | Z805939 | Dilute 1:4 for cleaning cytometer |
Hemacytometer | Fisher | 0267151B | For counting cells |
Human red blood cells | Zen-bio (Durham, NC) | SER-10MLRBC | To validate toxin activity |
Ice bucket | |||
Light microscope | Nikon | Eclipse 55i | To visualize cells |
Nitrocellulose | Fisher | 88018 | For probing proteins via antibodies |
Pipettors and tips | Avantor VWR | To dispense reagents | |
Power supply | Bio-Rad | To run SDS-PAGE and transfers | |
Propidium iodide | Biotium | 40016 | Stock concentration 2 mg/mL in water |
Protein ladder | Bio-Rad | 161-0373 | To determine molecular weight of proteins |
SDS-PAGE Running Apparatus (Mini Protean III) | Bio-Rad | 165-3302 | To separate proteins based on their size |
Sealing tape | R&D | DY992 | To seal plates with cells |
Streptolysin O C530A plasmid insert | Cloned into pBAD-gIII vector (Reference: 7) | ||
Streptolysin O C530A toxin | Lab purified | Specific activity 4.34 x 105 HU/mg | |
Swinging bucket rotor | Thermo Fisher | 75003607 | To centrifuge cells |
V-bottom plate | Greiner Bio-one | 651206 | For cytotoxicity assay |
Vortex | Benchmark | BV1000 | To mix cells |
Western blot imaging system (Chemi-doc) | Bio-Rad | To visualize proteins by western blot | |
Western Blot Transfer Apparatus (Mini Protean III) | Bio-Rad | 170-3930 | Transfer proteins to nitrocellulose |
Whatman Filter paper | GE Healthcare Life Sciences | 3030-700 | Used in transfer of proteins to nitrocellulose |
Antibody | |||
Anti-ERK antibody | Cell Signaling Technologies | Cat# 9102S | Rabbit (1:1000 dilution) |
Anti-lipophosphoglycan (LPG) antibody | CreativeBioLabs | Cat# WIC79.3 | Mouse (1: 1000) |
Anti-MEK antibody | Cell Signaling Technologies | Cat# 9122L | Rabbit (1:1000) |
Anti-mouse IgG, HRP conjugate | Jackson Immunoresearch | Cat#715-035-151 | Donkey (1:10000) |
Anti-phosphoERK antibody | Cell Signaling Technologies | Cat# 9101S | Rabbit (1:1000) |
Anti-pMEK antibody | Cell Signaling Technologies | Cat# 9121S | Rabbit (1:1000) |
Anti-rabbit IgG, HRP conjugate | Jackson Immunoresearch | Cat#711-035-152 | Donkey (1:10000) |
Anti-tubulin antibody | Sigma | Cat# T5168 | Mouse (1: 2000) |
Leishmania major Genotypes | Reference: 13 | ||
Episomal addback (spt2-/+SPT2) | Δspt2::HYG/Δspt2:PAC/+pXG-SPT2 | ||
Serine palmitoyltransferase subunit 2 knockout (spt2-) | Δspt2::HYG/Δspt2::PAC | ||
Wild type (WT) | LV39 clone 5 (Rho/SU/59/P) |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved