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Method Article
이 연구는 Mycobacterium tuberculosis 와 SLAMF1 미생물 센서의 상호 작용을 평가하기 위한 프로토콜을 제공합니다. 이 분석은 유세포 분석 및 형광 현미경을 사용하여 인간 단핵구 유래 대식세포에 대해 수행되었습니다. 설명된 도구는 병원체와 면역수용체 간의 상호 작용을 연구하는 데 관련이 있습니다.
병원체와 면역 수용체 간의 직접적인 상호 작용에 대한 평가에는 일반적으로 정교한 기술이 필요하거나 형질전환 균주 및 유전자 조작 세포의 사용을 암시합니다. 여기에서는 대식세포 미생물 센서 SLAMF1과 Mycobacterium tuberculosis 사이의 생화학적 상호 작용을 감지하는 대안적인 방법이 설명됩니다. 유세포 분석법과 형광 현미경을 사용하는 두 가지 기술적 접근 방식이 개발되었습니다. 인간 대식세포에서 총 세포 단백질 추출물을 생성한 다음 4°C에서 하룻밤 동안 M. tuberculosis (WCMtb) 또는 M. tuberculosis 항원(Mtb Ags)의 전체 세포와 함께 배양한 후 최종적으로 포름알데히드/글리신/에틸렌 글리콜 bis(succinimidyl succinate) 처리를 사용하여 가교결합시켰습니다. 유세포 분석에 의한 WCMtb와의 SLAMF1 상호 작용은 PE 특이적 항-SLAMF1 항체로 검출되었습니다. 형광 현미경 검사에 의한 상호 작용의 존재는 Rhodamine-PE 염색 Mtb Ag를 poly-D-lysine 코팅 슬라이드에 부착하여 수행되었으며, 이는 단핵구 유래 대식세포의 총 단백질 추출물과 함께 배양되었습니다. 가교결합 치료 후 1차(anti-SLAMF1) 및 2차(Alexa Fluor 488) 항체를 사용하여 SLAMF1을 시각화했습니다. 이 분석은 병원체-면역수용체 상호작용을 측정할 수 있는 강력한 생화학적 도구를 제공하여 형질전환 세포주 및 단백질 유전자 발현 조절 실험과 관련된 어려움을 극복했습니다.
결핵을 유발하는 병원체로 142년 전에 확인된 결핵균(Mycobacterium tuberculosis)은 현재 전 세계 인구의 4분의 1 이상을 감염시키고 있으며, 전 세계적인 문제로 남아 있습니다1. 감염된 사람의 공기 중 비말을 통해 전염되는 M. tuberculosis는 폐의 폐포 대식세포에 도달하여 잠복 상태에서 장기간 생존할 수 있습니다 2,3. 국소 대식반응(macrophagic response)이 활성화될 뿐만 아니라, 최근 몇 년 동안 말초 단핵구(peripheral monocyte)가 호흡기로 동원되어 폐포 대식세포(alveolar macrophage)로 분화할 수 있으며, 이는 태아에서 유래한 대식세포보다 결핵균에 대해 훨씬 더 강력한 반응을 일으킬 수 있다고 설명되었습니다 2,4.
대식세포는 선천성 면역의 근본적인 역할을 합니다. 결핵균을 섭취하면 대식세포는 전염증성 사이토카인 분비, 식작용 융합, 결핵균을 죽이기 위한 다른 면역세포의 활성화와 같은 수많은 살균 기능을 나타냅니다 2,3. 그러나 이 병원체의 복잡한 구조적 구조는 대식세포 대사 및 기능을 조절할 수 있는 효과기(예: 단백질 및 지질)를 제공하며, 결과적으로 염증 과정을 조절할 수 있습니다3. 독성 인자의 분비 또는 숙주 인자의 이용을 통한 이러한 대식세포 반응의 조작은 M. tuberculosis 에 의해 가해지는 다양한 탈출 전략으로 이어집니다.주요 회피 기전으로는 항염증성 사이토카인 유도, 식분해체 성숙 및 산성화 억제, 산화 스트레스 변화, 자가포식 중단, 항원 처리 및 발표 중 결핍 등이 있습니다 3,5.
대식세포와 결핵균 사이의 엄격하게 조절된 상호 작용은 적절한 면역 반응의 발달에 매우 중요합니다. 따라서 이러한 시냅스를 연구하는 것은 숙주-병원체 누화에 의해 유도되는 면역 보호 또는 면역 병원성 메커니즘을 식별하고 잠재적인 치료 표적을 식별하는 데 중요합니다. TLR 6,7,8, NLR 7,8, 보체 수용체 6,8, C형 렉틴 수용체 6,8, 넝마 수용체6,8 및 넝마 수용체 6,8을 포함한 많은 수용체가 M. tuberculosis의 인식 및/또는 내재화를 매개합니다 . 누적된 데이터에 따르면 표면 결합 및 세포 내 PRR은 모두 감염 중에 중요한 역할을 하며, 옵소니화된 결핵과 비옵소니화된 M. 결핵을 인식합니다.
Zihad와 Sifat 등은 최근 선천성 세포에 의한 M. 결핵 유발 반응에 PRR의 참여를 검토했다9. 특히, TLR 계열의 대부분의 구성원은 M. tuberculosis ligands 6,7과의 상호 작용에 연루되어 있습니다. 표면 TLR2는 아실화 지단백질, 19-kDa 지단백질, LprA 지단백질, LprG 지단백질, 30-kDa 항원, 38-kDa 항원, MymA, 프롤린-프롤린-글루탐산(PPE)-57, LAM, LM, PIM, 열 충격 단백질 60, 시그니처 단백질 Rv1509 및 분비 단백질 ESAT-67과 같은 마이코박테리아 항원을 인식합니다. 멤브레인 TLR4는 열 충격 단백질, 38-kDa 항원, RpfE, Rv0652, Rv0335c, Rv2659c, Rv1738, Rv2627c, Rv2628, GrpE 및 HBHA와 상호 작용합니다. 한편, 엔도솜 TLR(TLR 3, 7, 8, 9)의 리간드에는 dsRNA, tRNA, ssRNA, 식체 RNA, 다발성 결핵의 dsDNA가 있다. 또한, TLR2는 TLR1 및 TLR6, TLR4 및 TLR9와 함께 작용할 때 면역 반응을 시작하는 데 적극적인 역할을 합니다 6,7. NOD2 및 NLRP3는 결핵에서 가장 잘 특성화된 세포질 NLR입니다. 이들의 특이적 리간드는 아직 연구 중이지만, 이러한 수용체는 각각무라밀 디펩타이드 또는 ESAT-6 7,8에 의해 활성화됩니다. C형 렉틴 수용체는 고전적으로 M. tuberculosis endocytosis에 관여합니다. Dectin-2는 M. tuberculosis 세포벽의 ManLAM에 대한 직접적인 PRR 역할을 하지만, Dectin-1 리간드는 아직 발견되지 않았다8. Mincle과 MCL은 모두 탯줄 인자7이라고도 하는 당지질 트레할로스-6,6'-디마이콜레이트(TDM)를 인식합니다. DCAR은 마이코박테리아 당지질인 포스파티딜-미오-이노시톨 만노사이드(PIM)7와 상호 작용합니다. CR3는 마이코박테리아 LAM과 PIM을 인식하고, DC-SIGN은 ManLAM을 연결하며, MR은 ManLAM, PIM, LM, 38-kDa 당단백질, 19-kDa 항원 및 기타 만노실화 단백질을 포함한 여러 M. 결핵 성분을 인식하지만 DCIR 리간드는 아직 확인되지 않았습니다.
용해성 CLR에는 ManLam, LM, 60-kDa 당단백질 및 당단백질 Apa를 인식하는 SP-A가 포함됩니다. LAM, LM 및 PILAM과 상호 작용하는 SP-D; ManLAM 인식을 전문으로 하는 MBL 6,7. 땀세포(scavenger receptor)는 또한 식세포 PRR입니다. SR-A와 MARCO는 TDM을 리간드로 가지고 있고, SR-B1은 ESAT-6을 인식하며, CD36은 ManLAM과 LM 7,8에 결합합니다. 또한 Dectin-1, Mincle 및 MARCO는 TLR2 또는 TLR4와 결합하여 M. tuberculosis PAMP 6,7을 감지한 후 신호를 트리거할 수도 있습니다. CD14는 비놉소나화 박테리아를 내재화할 수 있는 능력을 가지고 있으며 열충격 단백질인 샤페로닌 60.1도 인식하는 표면 수용체입니다. 특히, CD14는 MARCO 및 TLR2와 함께 보조 수용체로 기능합니다6. AIM2는 결핵균(M. tuberculosis)이 식체(phagosome)8에서 탈출할 때 ssDNA를 감지할 수 있는 세포질 수용체(cytosolic receptor)입니다. 마지막으로, AhR은 M. tuberculosis6의 색소 독성 인자 나프토퀴논 프티오콜과 결합하는 리간드 활성화 전사 인자입니다.
위에서 설명한 많은 상호 작용은 가정되었으며 엄격하게 입증되지 않았습니다. 특정 수용체에 대한 리간드조차도 아직 알려지지 않은 상태로 남아 있으며, 이는 M. tuberculosis 면역 인식 분야를 더 잘 이해할 필요성을 강화합니다. 이러한 맥락에서, 공동자극 분자 SLAMF1(Signaling Lymphocytic Activation Molecule)은 최근 Barbero 등에 의해 M. tuberculosis receptor로 기술되었습니다.10. SLAMF1은 신호 분자뿐만 아니라 결핵 센서로 작용함으로써 결핵에서 특히 흥미로운 역할을 합니다. SLAMF1은 Erk/CREB 인산화 11,12,13, 호중구의 자가포식 14, 대식세포의 세균 제거15를 통해 T 세포에 의한 IFN-γ 생성과 같은 보호 기능을 조절하여 면역 세포의 활성화를 유도할 수 있습니다.
수용체-리간드 상호 작용은 ELISA, 표면 플라즈몬 공명(SPR), 등온 적정 열량측정법(ITC), 형광 편광(FP), X선 결정학, 핵 자기 공명(NMR) 분광법, 마이크로 열영동(MST), 공명 에너지 전달(예: BRET 또는 FRET) 컨포칼 현미경, 전자 현미경, 초저온 전자 현미경(Cryo-EM) 및 원자력 현미경(AFM)16,17, 18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28. 이러한 접근법 중 일부는 리포터 유전자, 표지된 재조합 단백질 또는 키메라 분자, 녹아웃(knockout), 넉다운(knockdown) 또는 과발현 모델의 사용을 의미합니다. 대안적으로, 컴퓨터 도구는 수용체-리간드 상호 작용 및 결합 부위를 예측할 수 있으며 상호 작용에 대한 포괄적인 이해를 얻기 위해 생물학적 접근 방식과 함께 자주 사용됩니다 29,30,31. 여기에서는 생화학적 상호 작용을 감지하기 위한 두 가지 대안과 박테리아를 형광 표지하는 방법에 대한 섹션에 대해 설명합니다. 체외에서 수용체-병원체 상호 작용을 연구할 수 있는 프로토콜이 제시되며, 특히 일반적으로 사용 가능하고 일상적으로 사용되는 두 가지 기술인 유세포 분석 및 형광 현미경을 통한 SLAMF1-M 결핵 참여를 평가합니다.
인간 단핵구 유래 대식세포와 관련된 모든 절차는 헬싱키 선언(2013)과 UNNOBA 윤리위원회(COENOBA)에 따라 수행되었습니다. 검체 채취 전에 서면 동의서를 받았습니다. 남성/여성 그룹 분포는 13/6이었고 평균 연령은 32세였으며 사분위수 범위(IQR)는 18-75세였습니다. 이전의 병리학적 유무, 동반질환 또는 결핵에 대한 양성 진단이 있는 경우를 제외 기준으로 정의하였다. 시약 및 장비에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 단핵구 유래 대식세포 배양 및 자극
2. 총 세포 단백질 추출물 준비
3. M. tuberculosis -유세포 분석에 의한 SLAMF1 상호 작용
4. M. 결핵 항원 라벨링
5. M. 결핵 - 형광 현미경에 의한 SLAMF1 상호 작용
이 연구에서는 인간 대식세포에서 M. tuberculosis와 면역 수용체 SLAMF1의 상호 작용을 평가할 수 있는 프로토콜이 제공됩니다(그림 1). 이를 위해 건강한 기증자로부터 말초 혈액을 채취했습니다. 그런 다음 밀도 구배 배지에서 원심분리를 통해 PBMC를 분리하고 단핵구를 자기 양성 선택(≥95% 순도, 그림 2A,B)으로 ...
이 연구는 결핵 중 숙주 반응에 관여하는 주요 세포 유형인 인간 대식세포에서 발현되는 미생물 센서와 M. tuberculosis 의 생화학적 상호 작용을 연구하는 데 유용한 가이드를 제공합니다. 제공된 프로토콜은 결핵균(M. tuberculosis )이 식세포(phagocyte)로 진입하는 데 중요한 역할을 하는 분자를 해독하는 데 관련이 있습니다.
병원체와 면역수용...
저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
이 작업은 Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires(보조금 번호 SIB 0618/2019, SIB 2582/2012에서 V.P.), Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica(ANPCyT, 보조금 번호 PICT-2012-2459 및 PICT A 2017-1896에서 V.P. 및 PICT-2021-I-INVI-00584에서 A.B.)의 지원을 받았습니다. 플로렌시오 피오리니 재단; 및 Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET, 보조금 번호 PIO 15720150100010CO to V.P.). 기술 지원을 해주신 Natalia Menite와 Gastón Villafañe에게 감사드립니다. 우리는 Paula Barrionuevo 박사와 Luciana Balboa 박사가 이 연구에서 제시된 분석법의 개발을 야기한 출판물 중 과학적 토론에 대해 감사를 표합니다. 마지막으로 가교 프로토콜에 대한 조언을 해주신 Estermann 박사님, Lic. Poly-Lysine 및 Lic 작업에 대한 조언을 해주신 Moroni. Moriconi는 도식도에 도움을 주었습니다.
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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