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Method Article
* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Qui descriviamo un saggio fenotipico applicabile agli schermi ad alta produttività /alto contenuto di RNA sintetico (siRNA), composto chimico e librerie mutanti Mycobacterium tuberculosis. Questo metodo si basa sul rilevamento di Mycobacterium tuberculosis con etichetta fluorescente all'interno di una cellula ospite etichettata fluorescentmente utilizzando la microscopia confocale automatizzata.
Nonostante la disponibilità di terapia e vaccino, la tubercolosi (TB) rimane una delle infezioni batteriche più mortali e diffuse al mondo. Da diversi decenni, l'improvvisa esplosione di ceppi multi- ed estesamente resistenti ai farmaci è una seria minaccia per il controllo della tubercolosi. Pertanto, è essenziale identificare nuovi obiettivi e percorsi critici per l'agente causale della tubercolosi, Mycobacterium tuberculosis (Mtb)e cercare nuove sostanze chimiche che potrebbero diventare farmaci per la tubercolosi. Un approccio è quello di mettere a punto metodi adatti agli schermi genetici e chimici delle biblioteche su larga scala che consentano la ricerca di un ago in un pagliaio. A tal fine, abbiamo sviluppato un saggio fenotipico basato sul rilevamento di Mtb etichettate fluorescentmente all'interno di cellule ospiti etichettate fluorescentmente utilizzando la microscopia confocale automatizzata. Questo saggio in vitro consente una quantificazione basata sull'immagine del processo di colonizzazione della Mtb nell'ospite ed è stato ottimizzato per il formato micropiatta 384-well, che è corretto per schermi di siRNA-, composto chimico- o mtb mutante-librerie. Le immagini vengono quindi elaborate per l'analisi multiparametrica, che fornisce l'inferenza di lettura sulla patogenesi della Mtb all'interno delle cellule ospiti.
Tra gli agenti patogeni infettivi emergenti e riemergendo segnalati negli ultimi anni, Mycobacterium tuberculosis (Mtb) occupa un posto di primo piano essendo responsabile di 1,4 milioni di morti e 8,7 milioni di nuove infezioni nel 2011 (Global tuberculosis report 2012, www.who.int/topics/tuberculosis/en/). Nonostante la disponibilità di terapie multifarmaco, il numero di persone infette è ancora in aumento e la mtb multifarmaco resistente (MDR) e ampiamente resistente ai farmaci (XDR) si sta rapidamente diffondendo in tutto ilmondo 1. Inoltre, quando si prende in considerazione la presenza di antigeni mtb, è evidente che un terzo della popolazione globale è considerato latentemente infettato dalla Mtb. Statisticamente, in un caso su dieci, vi è evoluzione verso la forma attiva della malattia con successivi sintomi clinici2. Pertanto, sono urgentemente necessari nuovi mezzi per combattere la Mtb. In questo contesto, abbiamo sviluppato un saggio fenotipico visivo in vitro basato sul monitoraggio dell'invasione e della moltiplicazione delle Mtb nelle cellule ospiti mediante microscopia a fluorescenza confocale automatizzata3. L'adattamento del saggio in piastre microtiter a 384 pozzi in combinazione con l'acquisizione e l'analisi automatizzate delle immagini, ha permesso lo screening ad alto contenuto / alta produttività (HC / HTS) di librerie su scala media di composti, siRNA e mutanti batterici. Lo screening di una libreria RNAi a livello genomico su questo saggio fenotipico ha quindi permesso l'identificazione dei principali fattori ospiti coinvolti nel traffico di Mtb e nella replicazione intracellulare, ma anche la spiegazione delle vie ospiti sfruttate dal bacillo tubercolare. Un altro adattamento di questo particolare saggio fenotipico è stato per l'identificazione di fattori batterici essenziali per la persistenza intrafagosomale della Mtb. Ad esempio, l'arresto della maturazione fagoma è considerato uno dei principali meccanismi che facilita la sopravvivenza e la replicazione della Mtb nel macrofago. Il monitoraggio della localizzazione subcellulare dei mutanti knock-out mtb in compartimenti acido-etichettati fluorescentmente ha permesso l'identificazione di geni batterici coinvolti nel processo di sopravvivenza4. Infine, l'imaging ad alto contenuto di Mtb offre anche un metodo eccellente per quantificare l'efficienza del farmaco per inibire vari fenomeni come la crescita batterica intracellulare3. Complessivamente, questo tipo di saggio fenotipico ad alta produttività consente di accelerare la scoperta di farmaci contro la TBC e i dati raccolti da questi diversi approcci contribuiscono a una migliore comprensione della manipolazione dell'ospite esercitata da Mtb.
1. Screening del siRNA a livello genomico ad alta produttività
Screening eseguito in una linea cellulare umana di pneumociti di tipo II modello A549 in caso di infezione da Mtb H37Rv che esprime proteine fluorescenti verdi (GFP). Questa procedura è descritta nella figura 1A.
Nota: Questo protocollo è ottimizzato per studiare l'effetto del silenziamento genico sulla crescita intracellulare della Mtb. Mtb è un batterio a crescita lenta che si divide ogni 20 ore in condizioni ottimali. Dopo 5 giorni dopo l'infezione la quantità di Mtb extracellulare è ancora bassa in assenza di lisi cellulare e non ha influito sulla qualità dell'analisi. Questo protocollo deve essere ottimizzato in termini di durata del trattamento antibiotico e tempo di incubazione da adattare per gli schermi siRNA utilizzando batteri a crescita rapida come Mycobacteria smegmatis ed Escherichia coli che vengono ampiamente rilasciati e possono infettare nuove cellule.
2. Screening composto ad alta produttività
Screening eseguito su cellule ospiti infette mtb H37Rv. Questa procedura è descritta nella figura 1B.
Nota: Questo protocollo può essere adattato per lo screening della libreria mutante mtb sostituendo i composti con mutanti che esprimono una proteina fluorescente (un mutante bene/uno) (Figura 1C, vedi anche Brodin et al. 4). I mutanti fluorescenti vengono seminati per la prima volta in pozzi (20 μl di sospensione batterica per pozzo). I batteri vengono quindi recuperati di 30 μl di sospensione cellulare. Dopo la centrifugazione a 350 x g per 1 min, la piastra viene incubata a 37 °C in un'atmosfera contenente il 5% di CO2. Il tempo di incubazione e il MOI dipendono dal saggio. Ad esempio, per la visualizzazione dei primi eventi cellulari come l'acidificazione fagosoma, le cellule possono essere infettate per 2 ore con MOI che vanno da 1 a 20. I lisosomi sono macchiati usando colorante Lysotracker a 2 μM per 1,5 ore a 37 °C in un'atmosfera contenente il 5% di CO2 e quindi fissati con formalina al 10% o paraformaldeide al 4% (PFA). Le immagini confocali vengono acquisite e infine analizzate utilizzando script di analisi delle immagini con algoritmi appropriati per il rilevamento dei lisosomi e la localizzazione subcellulare4.
3. Proteina fluorescente verde che esprime mycobacterium tuberculosis H37Rv (GFP-H37Rv) Condizioni di coltura
Per la conservazione a lungo termine, GFP-H37Rv è stato congelato in D-PBS (circa 1 x 108 micobatteri per flaconcino).
4. Purificazione umana delle cellule monocite del sangue periferico dall'intero sangue o dalla preparazione del mantello di buffy
Screening del siRNA a livello genomico ad alta produttività
Mtb è in grado di colonizzare le cellule immunitarie in vitro così come molte altre cellule epiteliali polmonari. Ad esempio, Mtb èin grado di infettare e danneggiare le cellule epiteliali A549 che sono comunemente utilizzate come modello per gli pneumociti di tipo IIumano 5-7. La dectina-1 è stata segnalata come recettore delle cellule ospiti coinvolto nell'assorbimento della mtb, nell...
Descriviamo qui i metodi necessari per un saggio fenotipico utilizzando un ceppo Mtb H37Rv che esprime GFP per infettare le cellule ospiti etichettate fluorescentmente, il che lo rende appropriato per schermi ad alto contenuto / ad alta produttività. Questo protocollo potrebbe essere applicato a una vasta gamma di composti, sonde fluorescenti e mutanti Mtb. Per ogni protocollo sopra descritto, è possibile eseguire passaggi di fissazione e immunoetichettatura prima dell'acquisizione dell'immagine. Util...
Nessun conflitto di interessi dichiarato.
Il sostegno finanziario a questo lavoro è stato fornito dalla Comunità europea (sovvenzione ERC-STG INTRACELLTB n° 260901, sovvenzione MM4TB n° 260872), dall'Agence Nationale de Recherche, dalla Feder (12001407 (D-AL) Equipex Imaginex BioMed) e dalla regione Nord Pas de Calais. Riconosciamo con gratitudine l'assistenza tecnica di Gaspard Deloison, Elizabeth Werkmeister, Antonino Bongiovanni e Frank Lafont dalla piattaforma BICeL.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
µclear-plate black, 384-well | Greiner Bio-One | 781091 | 127.8/86/15 MM with Lid, TC treated |
CellCarrier 384-well plate | PerkinElmer | 6007550 | Black, Clear Bottom, with Lid, TC treated |
V-bottom white, 384-well plate | Greiner Bio-One | 781280 | |
sealing tape, breathable, sterile | Corning | 3345 | |
Lipofectamine RNAiMax | Life Technologies | 13778150 | Transfection reagent |
Dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | 34943 | |
RPMI 1640 + GlutaMAX-I | Life Technologies | 61870-010 | Cell culture medium |
D-PBS 1x [-]MgCl2/[-]CaCl2 | Life Technologies | 14190-094 | Dulbecco's Phosphate Salin Buffer |
D-PBS 1x [+]MgCl2/[+]CaCl2 | Life Technologies | 14190-091 | Dulbecco's Phosphate Salin Buffer |
Fetal bovine serum | Life Technologies | 2610040-79 | |
Ficoll Paque PLUS | Dutscher | 17-1440-03 | Ficoll for Peripherical Blood Monocyte Cells purification |
CD14 MicroBeads, human | Miltenyi | 130-050-201 | Purification of CD14+ Monocytes |
Human M-CSF, premium gr. (1000 μg) | Miltenyi | 130-096-493 | Macrophage Colony Stimulating Factor |
LS Columns | Miltenyi | 130-042-401 | Columns for CD14+ Monocytes isolation |
Tween 80 | Euromedex | 2002-A | Mycobacteria culture |
Glycerol high purity | Euromedex | 50405-EX | Mycobacteria culture |
Middlebrook OADC enrichment | Becton-Dickinson | 211886 | Mycobacteria culture |
7H9 | Becton-Dickinson | W1701P | Mycobacteria culture |
Versene 1x | Life Technologies | 15040033 | Nonenzymatic cell dissociation solution |
DAPI | Life Technologies | D1306 | Nuclei dye |
Hoechst 33342 | Life Technologies | H3570 | Nuclei dye |
Syto60 | Life Technologies | S11342 | Nuclei/cytoplasm dye |
Formalin | Sigma-Aldrich | HT5014 | Cell fixation solution |
siRNA targeting Dectin-1 | Santa-Cruz | sc-63276 | |
*siGenome* Nontargeted siRNA pool | Dharmacon | D-001206-14 | |
Rifampicin | Sigma-Aldrich | R3501 | antibiotic |
Isoniazid (INH) | Sigma-Aldrich | I3377-50G | antibiotic |
Hygromycin B | Life Technologies | 10687-010 | antibiotic |
Amikacin | Sigma-Aldrich | A1774 | antibiotic |
Automated Confocal Microscope OPERA | PerkinElmer | Image acquisition | |
Columbus 2.3.1 Server Database | PerkinElmer | Data transfer, storage, and analysis | |
Acapella 2.6 software | PerkinElmer | Image-based analysis | |
GraphPad Prism5 software | GraphPad | Statistical analysis | |
Excel 2010 | Microsoft | Statistical analysis |
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