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Method Article
* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Il meccanismo associato alla fagocitosi nell'infezione da Leishmania rimane poco conosciuto. Qui, descriviamo i metodi per valutare gli eventi precoci che si verificano durante l'interazione di Leishmania con le cellule ospiti.
La fagocitosi è un processo orchestrato che coinvolge fasi distinte: riconoscimento, legame e internalizzazione. I fagociti professionali assorbono i parassiti della Leishmania mediante fagocitosi, consistente nel riconoscere i ligandi sulle superfici dei parassiti da più recettori delle cellule ospiti. Il legame della Leishmania alle membrane dei macrofagi avviene attraverso il recettore del complemento di tipo 1 (CR1) e il recettore del complemento di tipo 3 (CR3) e i recettori di riconoscimento dei pattern. Il lipofosfoglicano (LPG) e la glicoproteina 63 kDa (gp63) sono i principali ligandi coinvolti nelle interazioni macrofago-Leishmania . Dopo il riconoscimento iniziale dei ligandi del parassita da parte dei recettori delle cellule ospiti, i parassiti si internalizzano, sopravvivono e si moltiplicano all'interno dei vacuoli parassitoforici. Il processo di maturazione dei vacuoli indotti da Leishmania comporta l'acquisizione di molecole da vescicole intracellulari, tra cui la proteina G monomerica Rab 5 e Rab 7, la proteina di membrana associata lisosomiale 1 (LAMP-1), la proteina di membrana associata lisosomiale 2 (LAMP-2) e la proteina 1A/1B-catena leggera 3 associata ai microtubuli (LC3).
Qui, descriviamo i metodi per valutare i primi eventi che si verificano durante l'interazione della Leishmania con le cellule ospiti usando la microscopia confocale, incluso (i) legame (ii) internalizzazione e (iii) maturazione dei fagosomi. Aggiungendo al corpo di conoscenze che circondano questi determinanti dell'esito dell'infezione, speriamo di migliorare la comprensione della patogenesi dell'infezione da Leishmania e sostenere l'eventuale ricerca di nuovi bersagli chemioterapici.
La leishmaniosi è una malattia tropicale trascurata causata da protozoi parassiti del genere Leishmania, che provoca un ampio spettro di manifestazioni cliniche nell'ospite vertebrato, tra cui la leishmaniosi cutanea, la leishmaniosi mucocutanea e la leishmaniosi viscerale1. L'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) stima che oltre un miliardo di persone siano a rischio, con oltre un milione di nuovi casi segnalati ogni anno2.
Leishmania spp. sono protozoi intracellulari obbligati che sopravvivono all'interno delle cellule ospiti, inclusi monociti, macrofagi e cellule dendritiche3. L'interazione Leishmania-macrofagi è un processo complesso che coinvolge più recettori delle cellule ospiti e ligandi parassiti sia attraverso l'interazione diretta che per opsonizzazione che coinvolge i recettori del complemento 4,5. I recettori di superficie classici, come CR1, CR3, mannosio-fucosio, fibronectina, recettori toll-like e scavenger, mediano l'attaccamento del parassita ai macrofagi 6,7,8. Questi recettori riconoscono le molecole sulla superficie della Leishmania, tra cui la glicoproteina 63 kDa (gp63) e il glicolipide lipofosfoglicano (LPG)9. Queste sono le molecole più abbondanti sulla superficie dei promastigoti e svolgono un ruolo essenziale nella sovversione della risposta immunitaria dell'ospite, favorendo l'instaurarsi dell'infezione parassitaria nelle cellule di mammifero10. Dopo che i ligandi superficiali del parassita si legano ai recettori dei macrofagi, la F-actina si accumula sulle superfici cellulari dei mammiferi, circondando i parassiti mentre sono fagocitati. Successivamente, questo porta alla formazione di un compartimento indotto dal parassita chiamato vacuolo parassitoforo (PV), che presenta caratteristiche fagolisosomiali11. Una volta all'interno di questi fagolisosomi, i parassiti subiscono diverse alterazioni essenziali per la sopravvivenza e la moltiplicazione3.
La biogenesi dei PV è un processo di traffico di membrana altamente regolato critico per la sopravvivenza intracellulare di questo patogeno12. La formazione di questo compartimento deriva da eventi di fusione sequenziale tra fagosomi e compartimenti della via endocitica dell'ospite. Studi classici di biologia cellulare hanno rivelato che la maturazione dei PV comporta l'acquisizione delle proteine monomeriche G Rab 5 e Rab 7, che sono principalmente associate alla maturazione precoce e tardiva dell'endosoma, rispettivamente13. Inoltre, questi compartimenti acquisiscono le proteine di membrana associate ai lisosomi 1 e 2 (LAMP 1, LAMP 2), i principali costituenti proteici della membrana lisosomiale e la proteina 1A/1B-catena leggera associata ai microtubuli (LC3), un marcatore autofagosomico14. Nonostante apparenti somiglianze, la cinetica della formazione PV15,16 e la morfologia di questi compartimenti variano a seconda delle specie di Leishmania. Ad esempio, l'infezione causata da L. mexicana o L. amazonensis induce la formazione di grandi compartimenti contenenti un gran numero di parassiti17. Al contrario, altre specie, come L. braziliensis e L. infantum, formano vacuoli più piccoli che normalmente contengono solo uno o due parassiti in ogni vacuolo18.
Nonostante questa conoscenza che circonda l'interazione cellula ospite-Leishmania, gli eventi iniziali innescati dal contatto tra i recettori dell'ospite e i ligandi dei parassiti non sono stati completamente chiariti. Questi eventi sono noti per essere determinanti dell'esito dell'infezione parassitaria e dipendono dalle specie di parassiti, dal tipo di recettori delle cellule ospiti reclutati per riconoscere i parassiti e dall'attivazione delle vie di segnalazione dei macrofagi19,20. Pertanto, è essenziale identificare le molecole coinvolte nella biogenesi dei PV indotti da Leishmania e determinare il ruolo svolto da queste molecole nell'instaurazione e nell'esito dell'infezione. Qui, descriviamo un metodo di monitoraggio degli eventi precoci che si verificano durante la fagocitosi della Leishmania, tra cui il legame, l'internalizzazione, la formazione e la maturazione dei fagosomi. Questo lavoro potrebbe aiutare a chiarire la partecipazione di PLC, Akt, Rab5, Rab7 e LC3 nella formazione di PV indotti da diverse specie di Leishmania. È importante sottolineare che questo protocollo può essere utilizzato per studiare la partecipazione di altre proteine coinvolte nella maturazione del PV. Studi futuri amplieranno le conoscenze sui meccanismi coinvolti nell'interazione Leishmania-cellula ospite e contribuiranno alla progettazione di nuove strategie chemioterapiche.
Le cellule sono state ottenute da donatori sani a seguito dell'approvazione delle procedure da parte dei comitati etici nazionali di ricerca (ID: 94648218.8.0000.0040).
1. Colture cellulari
2. Colture parassitarie e colorazione rossa CellTracker
NOTA: Per visualizzare i parassiti attraverso la microscopia a fluorescenza, eseguire la colorazione utilizzando il colorante fluorescente rosso CellTracker (CMTPX). In alternativa, altri marcatori, tra cui la carbossifluoresceina, possono essere utilizzati in conformità con le istruzioni del produttore o promastigoti che esprimono costitutivamente GFP, RFP o altri geni reporter fluorescenti. I parassiti utilizzati per infettare le cellule sono quelli in fase stazionaria di crescita ottenuti da una coltura axenica promastigote di non più di 7 passaggi.
3. Valutazione del legame della Leishmania ai macrofagi
4. Valutazione della fagocitosi della Leishmania mediante macrofagi
5. Valutazione della maturazione vacuola indotta da Leishmania
NOTA: La trasfezione cellulare THP-1 deve essere eseguita come descritto da M. B. Maess, B. Wittig e S. Lorkowski 23. Qui riassumiamo questo protocollo, con modifiche minime. La nucleofezione è un metodo di trasfezione specifico che richiede un nucleofector. Come metodo alternativo, le cellule possono essere trasfettate usando lipofectamine24 e lentivirus transduction25.
6. Valutazione del reclutamento di LC3 in Leishmania spp.
NOTA: Il marcatore di membrana autofagica LC3 può essere utilizzato per indagare se i fagosomi presentano caratteristiche autofagiche. Il reclutamento di CL3 nei PV indotti da Leishmania può essere valutato durante l'infezione mediante immunomarcatura delle cellule con l'anticorpo anti-LC3, come precedentemente descritto da C. Matte32 e B. R. S. Dias33.
7. Acquisizione di microscopia confocale e quantificazione delle Fiji
NOTA: L'acquisizione di immagini di immunofluorescenza deve essere eseguita utilizzando un microscopio a scansione laser confocale. Per ottenere una risoluzione migliore, utilizzare un obiettivo 63x ad immersione d'olio.
8. Analisi statistica
NOTA: per l'analisi dei dati e la grafica, utilizzare un programma di analisi statistica.
Questo rapporto si propone di valutare gli eventi precoci che si verificano durante la fagocitosi di L. braziliensis isolati da pazienti che presentano forma di CL L. braziliensis-LCL o L. braziliensis-DL. Utilizzando la microscopia confocale, abbiamo studiato i principali eventi associati alla fagocitosi dei parassiti: legame, internalizzazione e maturazione dei fagosomi. Per prima cosa abbiamo valutato il legame e la fagocitosi di L. braziliensis-LCL o L. braziliensis-DL mediante ma...
L'interazione Leishmania-macrofagi è un processo complesso e comporta diversi passaggi che possono influenzare lo sviluppo della malattia5. Per comprendere meglio i meccanismi coinvolti nell'interazione tra Leishmania non opisonizzata e cellule ospiti, abbiamo descritto un protocollo che impiega la microscopia a fluorescenza confocale per valutare la fagocitosi dalle fasi iniziali a quelle tardive dell'infezione da Leishmania. L'uso di tecniche di fluorescenza che coinv...
I finanziatori non hanno avuto alcun ruolo nella progettazione dello studio, nella raccolta o analisi dei dati, nella decisione di pubblicare o nella preparazione del manoscritto. Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di relazioni commerciali o finanziarie che potrebbero essere interpretate come un potenziale conflitto di interessi.
Ringraziamo l'Istituto Gonçalo Moniz, Fiocruz Bahia, Brasile e il dipartimento di microscopia per l'assistenza. Questo lavoro è stato supportato dal numero 79700287000 di INOVA-FIOCRUZ, P.S.T.V. detiene una sovvenzione per la produttività nella ricerca da CNPq (305235 / 2019-2). I plasmidi sono stati gentilmente forniti da Mauricio Terebiznik, Università di Toronto, CA. Gli autori desiderano ringraziare Andris K. Walter per la revisione in lingua inglese e l'assistenza per il copyediting del manoscritto.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2-mercaptoethanol | Thermo Fisher Scientific | 21985023 | |
AlexaFluor 488-conjugated goat anti-rabbit IgG | Thermo Fisher Scientific | Tem varios no site | |
anti-LC3 antibody | Novus Biologicals | NB600-1384 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Thermo Fisher Scientific | X | |
CellStripper | Corning | 25-056-CI | |
CellTracker Red (CMTPX) Dye | Thermo Fisher Scientific | C34552 | |
Centrífuga | Thermo Fisher Scientific | ||
Ciprofloxacin | Isofarma | X | |
CO2 incubator | Thermo Fisher Scientific | X | |
Confocal fluorescence microscope (Leica SP8) | Leica | Leica SP8 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | 10270106 | |
Fluorescence microscope (Olympus Lx73) | Olympus | Olympus Lx73 | |
Gentamicin | Gibco | 15750045 | |
Glutamine | Thermo Fisher Scientific | 35050-061 | |
HEPES (N- 2-hydroxyethyl piperazine-N’-2-ethane-sulfonic acid) | Gibco | X | |
Histopaque | Sigma | 10771 | |
M-CSF | Peprotech | 300-25 | |
NH4Cl | Sigma | A9434 | |
Normal goat serum | Sigma | NS02L | |
Nucleofector 2b Device | Lonza | AAB-1001 | |
Nucleofector solution | Lonza | VPA-1007 | |
Paraformaldehyde | Sigma | 158127 | |
Phalloidin | Invitrogen | A12379 | |
Phorbol myristate acetate (PMA) | Sigma | P1585 | |
Phosphate buffer solution (PBS) | Thermo Fisher Scientific | 10010023 | |
ProLong Gold Antifade kit | Life Technologies | P36931 | |
Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 medium | Gibco | 11875-093 | |
Saponin | Thermo Fisher Scientific | X | |
Schneider's Insect medium | Sigma | S0146 | |
Sodium bicarbonate | Sigma | S5761 | |
Sodium pyruvate | Sigma | S8636 | |
Triton X-100 | Sigma | X |
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