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Method Article
Questo studio fornisce un protocollo per valutare l'interazione del Mycobacterium tuberculosis con il sensore microbico SLAMF1. I saggi sono stati condotti su macrofagi umani derivati da monociti utilizzando la citometria a flusso e la microscopia a fluorescenza. Gli strumenti descritti sono rilevanti per lo studio delle interazioni tra patogeni e immunorecettori.
La valutazione dell'interazione diretta tra patogeni e recettori immunitari di solito coinvolge tecniche sofisticate o implica l'uso di ceppi transgenici e cellule geneticamente modificate. Qui viene descritto un metodo alternativo per rilevare l'interazione biochimica tra il sensore microbico dei macrofagi SLAMF1 e il Mycobacterium tuberculosis . Sono stati sviluppati due approcci tecnici che impiegano la citometria a flusso e la microscopia a fluorescenza. Sono stati generati estratti di proteine cellulari totali da macrofagi umani, quindi incubati con cellule intere di antigeni di M. tuberculosis (WCMtb) o di M. tuberculosis (Mtb Ags) per una notte a 4 °C e infine reticolati utilizzando il trattamento con formaldeide/glicina/glicole etilenico bis (succinimidil succinato). L'interazione di SLAMF1 con WCMtb mediante citometria a flusso è stata rilevata con un anticorpo anti-SLAMF1 PE-specifico. L'esistenza di interazione mediante microscopia a fluorescenza è stata eseguita attaccando Mtb Ags colorati con rodamina-PE a vetrini rivestiti di poli-D-lisina, che sono stati incubati con l'estratto proteico totale da macrofagi derivati da monociti. Dopo il trattamento di reticolazione, SLAMF1 è stato visualizzato utilizzando anticorpi primari (anti-SLAMF1) e secondari (Alexa Fluor 488). I saggi hanno fornito un potente strumento biochimico per misurare le interazioni patogeno-immunorecettore, superando le difficoltà associate alle linee cellulari transgeniche e agli esperimenti di modulazione dell'espressione genica delle proteine.
Il Mycobacterium tuberculosis, l'agente patogeno causale della tubercolosi identificato 142 anni fa, rimane una sfida globale, che attualmente infetta almeno un quarto della popolazionemondiale1. Trasmesso attraverso goccioline trasportate dall'aria da persone infette, M. tuberculosis raggiunge i macrofagi alveolari nei polmoni dove può sopravvivere per lunghi periodi in uno stato latente 2,3. Non solo viene attivata la risposta macrofagica locale, ma negli ultimi anni è stato descritto che i monociti periferici possono essere reclutati nel tratto respiratorio e differenziarsi in macrofagi alveolari, generando una risposta ancora più robusta contro M. tuberculosis rispetto alla loro controparte di origine fetale 2,4.
I macrofagi sono attori fondamentali dell'immunità innata. Dopo l'ingestione di M. tuberculosis, i macrofagi mostrano numerose funzioni microbicide, come la secrezione di citochine proinfiammatorie, la fusione del fagolisosoma e l'attivazione di altre cellule immunitarie per uccidere M. tuberculosis 2,3. Tuttavia, la complessa struttura architettonica di questo patogeno fornisce effettori (ad esempio, proteine e lipidi) in grado di regolare il metabolismo e le funzioni dei macrofagi e, di conseguenza, il processo infiammatorio3. Questa manipolazione delle risposte dei macrofagi, attraverso la secrezione di fattori di virulenza o lo sfruttamento di fattori dell'ospite, porta a diverse strategie di fuga esercitate da M. tuberculosis. Alcuni meccanismi chiave di evasione includono l'induzione di citochine antinfiammatorie, l'inibizione della maturazione e dell'acidificazione dei fagolisosomi, le alterazioni dello stress ossidativo, l'interruzione dell'autofagia e le carenze durante l'elaborazione e la presentazione dell'antigene 3,5.
Un'interazione strettamente regolata tra macrofagi e M. tuberculosis è fondamentale per lo sviluppo di una corretta risposta immunitaria. Pertanto, lo studio di queste sinapsi è fondamentale per identificare i meccanismi immunoprotettivi o immunopatogeni indotti dal crosstalk ospite-patogeno, nonché per identificare potenziali bersagli terapeutici. Molti recettori mediano il riconoscimento e/o l'internalizzazione di M. tuberculosis, inclusi i TLR 6,7,8, NLRs 7,8, i recettori del complemento 6,8, i recettori della lectina di tipo C 6,8 e i recettori scavenger 6,8. L'accumulo di dati indica che sia i PRR superficiali che quelli intracellulari svolgono un ruolo importante durante l'infezione, riconoscendo la M. tuberculosis opsonizzata e non opsonizzata.
Zihad e Sifat et al. hanno recentemente esaminato la partecipazione dei PRR nelle risposte indotte da M. tuberculosis da parte delle cellule innate9. In particolare, la maggior parte dei membri della famiglia dei TLR sono stati implicati nell'interazione con i ligandi di M. tuberculosis 6,7. Il TLR2 di superficie riconosce antigeni micobatterici come le lipoproteine acilate, le lipoproteine 19-kDa, le lipoproteine LprA, le lipoproteine LprG, l'antigene 30-kDa, l'antigene 38-kDa, MymA, l'acido prolina-prolina-glutammico (PPE)-57, LAM, LM, PIM, proteina da shock termico 60, proteina firma Rv1509 e la proteina secreta ESAT-67. La membrana TLR4 interagisce con le proteine da shock termico, l'antigene 38-kDa, RpfE, Rv0652, Rv0335c, Rv2659c, Rv1738, Rv2627c, Rv2628, GrpE e HBHA. D'altra parte, i ligandi per i TLR endosomiali (TLR 3, 7, 8 e 9) includono dsRNA, tRNA, ssRNA, RNA fagosomiale e dsDNA di M. tuberculosis. Inoltre, TLR2 ha un ruolo attivo nell'avvio delle risposte immunitarie quando agisce in combinazione con TLR1 e TLR6, TLR4 e TLR9 6,7. NOD2 e NLRP3 sono gli NLR citoplasmatici più ben caratterizzati nella tubercolosi. Sebbene i loro ligandi specifici rimangano in fase di studio, questi recettori sono attivati dal dipeptide muramilico o dall'ESAT-6, rispettivamente 7,8. I recettori della lectina di tipo C sono classicamente coinvolti nell'endocitosi di M. tuberculosis. Mentre la dectina-2 agisce come PRR diretto per ManLAM della parete cellulare di M. tuberculosis, il ligando della dectina-1 non è stato ancora scoperto8. Mincle e MCL riconoscono entrambi il glicolipide trealosio-6,6'-dimicolato (TDM), chiamato anche fattore di corda7. Il DCAR interagisce con i glicolipidi micobatterici fosfatidil-mio-inositolo mannosidi (PIM)7. CR3 riconosce i micobatteri LAM e PIM, DC-SIGN liga ManLAM, MR riconosce una serie di componenti di M. tuberculosis, tra cui ManLAM, PIM, LM, glicoproteina 38-kDa, antigene 19-kDa e altre proteine mannosilate mentre il ligando DCIR non è ancora identificato.
I CLR solubili includono SP-A, che riconosce ManLam, LM, glicoproteina 60-kDa e glicoproteina Apa; SP-D che interagisce con LAM, LM e PILAM; e MBL, specializzato nel riconoscimento ManLAM 6,7. I recettori scavenger sono anche PRR fagocitici. SR-A e MARCO hanno TDM come ligando, SR-B1 riconosce ESAT-6 e CD36 si lega a ManLAM e LM 7,8. Inoltre, Dectina-1, Mincle e MARCO possono anche combinarsi con TLR2 o TLR4 per attivare segnali dopo aver rilevato PAMP 6,7 di M. tuberculosis. Il CD14 è un recettore di superficie che ha la capacità di internalizzare i batteri non opsonizzati e riconosce anche la proteina da shock termico Chaperonin 60.1. In particolare, CD14 funziona come co-recettore insieme a MARCO e TLR26. AIM2 è un recettore citosolico in grado di rilevare l'ssDNA quando M. tuberculosis fuoriesce dal fagosoma8. Infine, AhR è un fattore di trascrizione attivato da un ligando che lega il fattore di virulenza pigmentato naphthochinone phthiocol di M. tuberculosis6.
Molte delle interazioni sopra descritte sono state postulate e non strettamente dimostrate. Anche i ligandi per alcuni recettori rimangono sconosciuti, il che rafforza la necessità di comprendere meglio il campo dell'immunoriconoscimento di M. tuberculosis. In questo contesto, la molecola costimolatoria SLAMF1 (Signaling Lymphocytic Activation Molecule) è stata recentemente descritta come recettore di M. tuberculosis da Barbero et al.10. Agendo non solo come molecola di segnalazione ma anche come sensore di M. tuberculosis, SLAMF1 ha un ruolo particolarmente intrigante nella tubercolosi. SLAMF1 può indurre l'attivazione delle cellule immunitarie modulando funzioni protettive come la produzione di IFN-γ da parte delle cellule T attraverso la fosforilazione di Erk/CREB 11,12,13, l'autofagia nei neutrofili 14 e la clearance batterica nei macrofagi15.
Le interazioni recettori-ligando sono state studiate nel corso degli anni utilizzando tecniche quali ELISA, Risonanza Plasmonica di Superficie (SPR), Calorimetria di Titolazione Isotermica (ITC), Polarizzazione a Fluorescenza (FP), Cristallografia a raggi X, Spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare (NMR), Termoforesi su Microscala (MST), Trasferimento di Energia di Risonanza (ad esempio, BRET o FRET) Microscopia Confocale, Microscopia Elettronica, Microscopia Crio-Elettronica (Cryo-EM) e Microscopia a Forza Atomica (AFM)16,17, 18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28. Alcuni di questi approcci implicano l'uso di geni reporter, proteine ricombinanti marcate o molecole chimeriche, modelli di knockout, knockdown o sovraespressione. In alternativa, gli strumenti computazionali possono prevedere le interazioni recettore-ligando e i siti di legame e sono spesso utilizzati in combinazione con approcci biologici per ottenere una comprensione completa delle interazioni 29,30,31. Qui vengono descritte due alternative per rilevare l'interazione biochimica e anche una sezione su come etichettare i batteri in modo fluorescente. Viene presentato un protocollo che consente lo studio delle interazioni recettore-patogeno in vitro, valutando in particolare l'innesco della SLAMF1-M. tuberculosis attraverso la citometria a flusso e la microscopia a fluorescenza, due tecniche solitamente disponibili e utilizzate di routine.
Tutte le procedure che coinvolgono macrofagi derivati da monociti umani sono state eseguite in conformità con la Dichiarazione di Helsinki (2013) e in accordo con il Comitato Etico dell'UNNOBA (COENOBA). Il consenso informato scritto è stato ottenuto prima della raccolta del campione. La distribuzione del gruppo maschi/femmine era di 13/6 anni e l'età mediana era di 32 anni, con un intervallo interquartile (IQR) di 18-75 anni. La presenza di patologie pregresse, comorbilità o una diagnosi positiva per la tubercolosi sono stati definiti come criteri di esclusione. I dettagli dei reagenti e delle attrezzature sono elencati nella Tabella dei Materiali.
1. Coltura e stimolazione di macrofagi derivati da monociti
2. Preparazione dell'estratto proteico cellulare totale
3. Interazione M. tuberculosis -SLAMF1 mediante citometria a flusso
4. Marcatura degli antigeni di M. tuberculosis
5. Interazione M. tuberculosis - SLAMF1 mediante microscopia a fluorescenza
In questo lavoro, viene fornito un protocollo che consente la valutazione dell'interazione di M. tuberculosis con il recettore immunitario SLAMF1 nei macrofagi umani (Figura 1). A tal fine, è stato ottenuto sangue periferico da donatori sani. Quindi, le PBMC sono state separate mediante centrifugazione sul mezzo del gradiente di densità e i monociti sono stati isolati mediante selezione magnetica positiva (purezza ≥95%, Figu...
Questo studio fornisce un'utile guida per studiare l'interazione biochimica tra M. tuberculosis e i sensori microbici espressi nei macrofagi umani, un tipo di cellula chiave coinvolto nella risposta dell'ospite durante la tubercolosi. I protocolli forniti saranno rilevanti per decifrare le molecole che svolgono un ruolo nell'ingresso di M. tuberculosis nei fagociti.
La caratterizzazione delle interazioni bio-molecolari, come quella tra patoge...
Gli autori dichiarano di non avere conflitti di interesse.
Questo lavoro è stato sostenuto dall'Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires (numeri di sovvenzione SIB 0618/2019, SIB 2582/2012 a V.P.), Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCyT, numeri di sovvenzione PICT-2012-2459 e PICT A 2017-1896 a V.P. e PICT-2021-I-INVI-00584 a A.B.); Fondazione Florencio Fiorini; e Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET, numero di sovvenzione PIO 15720150100010CO a V.P.). Ringraziamo Natalia Menite e Gastón Villafañe per il supporto tecnico. Ringraziamo la Dott.ssa Paula Barrionuevo e la Dott.ssa Luciana Balboa per la discussione scientifica durante la pubblicazione che ha dato origine allo sviluppo dei saggi presentati in questo lavoro. Ringraziamo infine il Dr. Estermann per i suoi consigli sui protocolli di cross-linking, Lic. Moroni per i suoi consigli su come lavorare con la Poli-Lisina e il Lic. Moriconi per il suo aiuto con le figure schematiche.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Alexa Fluor 488 secondary antibody | Invitrogen | A21121 | For fluorescence microscopy |
anti-SLAMF1 FITC antibody | eBioscience | 11-1509-42 | For flow cytometry |
anti-SLAMF1 PE antibody | BioLegend | 306308 | For flow cytometry |
anti-SLAMF1 primary antibody | BioLegend | 306302 | For fluorescence microscopy |
Aqua-Poly/Mount | Polysciences | 18606-20 | Mounting media |
CD14 MicroBeads | Miltenyi Biotec | 130-097-052 | For monocytes isolation |
Coverslips 12mm | HDA | - | For interaction assay by microscopy |
EGS | ThermoFisher Scientific | 21565 | For crosslinking treatment |
FACSCanto II | BD Biosciences | 338960 | Flow cytometer with BD FACSDiva software |
Fetal Bovine Serum | Natocor | - | Inactivated and irradiated, for macrophages culture |
Ficoll-Paque PLUS | Cytiva | 17144003 | For PBMCs separation |
Fiji/ImageJ | Open Source software | - | For micrographs analysis |
FlowJo 7.6.2 | Tree Star | - | For flow cytometry analysis |
Formaldehyde | Merck | K47740803613 | For crosslinking treatment |
Glass slides | Glass Klass | - | For interaction assay by microscopy |
Glycine | Sigma | G8898 | For crosslinking treatment |
Imager.A2 | Carl Zeiss | 430005-9901-000 | Fluorescence microscope with Colibri 7 illumination module |
iMark | BIO-RAD | 1681130 | Microplate absorbance reader |
L-glutamine | Sigma Aldrich | 49419 | For macrophages culture |
M. tuberculosis, strain H37Rv, gamma-irradiated whole cells | BEI Resources, NIAID, NIH | NR-14819 | For interaction assay |
M. tuberculosis, strain H37Rv, whole cell lysate | BEI Resources, NIAID, NIH | NR-14822 | For macrophages stimulation and interaction assay |
Neofuge 13R | Heal Force | Neofuge 13R | High Speed Refrigerated Centrifuge for protein extraction |
Penicillin/Streptomycin | Gibco | 15140122 | For macrophages culture |
PMSF | ThermoFisher Scientific | 36978 | For proteins isolation |
Poly-D-Lysine | Sigma Aldrich | A-003-M | For coverslips treatment |
Protease Inhibitor Cocktail | Sigma Aldrich | P8340 | For proteins isolation |
Rhodamine B | Sigma Aldrich | 21955 | For M. tuberculosis staining |
RPMI 1640 | Gibco | 11875093 | For macrophages culture |
Sorvall ST 16/16R centrifuge | ThermoFisher Scientific | 75004240 | For PBMCs and monocytes isolation |
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