Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Этот протокол описывает проточные цитометрические анализы, которые могут оценить влияние воздействия токсина на эндоцитарные функции различных субпопуляций лейкоцитов рыбок данио. Использование специфических функциональных ингибиторов в анализе позволяет дифференцировать измененные эндоцитарные механизмы.
Различные биологические токсины могут присутствовать в вредных количествах в водной среде. Цианобактерии — это разнообразная группа прокариотических микроорганизмов, которые производят цианотоксины в водной среде. Эти биотоксины могут быть гепатотоксинами, дерматоксинами или нейротоксинами и могут поражать рыб и млекопитающих. При высоких концентрациях эти соединения приводят к летальному исходу. На нелетальных уровнях они действуют коварно и влияют на функции иммунных клеток. Биотоксины, вырабатываемые водорослями, включают микроцистин и анатоксин А. Водные животные также могут проглатывать вещество, загрязненное ботулиническим нейротоксином Е (BoNT/E), вырабатываемым Clostridium botulinum, что также приводит к смерти или снижению иммунных функций. Рыбок данио можно использовать для изучения того, как токсины влияют на функции иммунных клеток. В этих исследованиях воздействие токсинов может быть выполнено in vivo или in vitro. Исследования in vivo подвергают рыбок данио воздействию токсина, а затем клетки изолируют. Этот метод демонстрирует, как тканевая среда может влиять на функцию лейкоцитов. В исследованиях in vitro клетки сначала изолируют, а затем подвергают их воздействию токсина в культуральных лунках. Лейкоциты получают путем экстракции почечного мозга с последующим центрифугированием с градиентом плотности. То, как лейкоциты интернализуют патогены, определяется эндоцитарными механизмами. Анализ фагоцитоза проточной цитометрии показывает, были ли эндоцитарные механизмы изменены воздействием токсина. Исследования с использованием изолированных лейкоцитов для определения того, как токсины вызывают иммунную дисфункцию, отсутствуют. Процедуры, описанные в этой статье, позволят лабораториям использовать рыбок данио для изучения механизмов, которые воздействуют, когда токсин окружающей среды снижает эндоцитарные функции иммунных клеток.
Существует множество видов биотоксинов окружающей среды и иммуносупрессивных агентов. Цветение водорослей, содержащих бактериальные токсины, происходит во внутренних водах, а также может происходить в виде биопленок1. Цианобактерии (сине-зеленые водоросли) в природе встречаются во всех пресноводных экосистемах. Цветение цианобактерий в пресноводных системах значительно возросло2. В определенные моменты времени цианобактерии могут вырабатывать токсины, которые вредны для водных и наземных животных. Эти токсины могут поражать печень, кожу, слизистые оболочки и/или нервную систему. Два соединения, продуцируемые цианобактериями, являются микроцистином и анатоксином А. Микроцистин представляет собой циклический гептапептид3. Анатоксин А является алкалоидом4. Ботулинический нейротоксин Е (BoNT/E) является еще одним токсином, который встречается в водных системах. Он вырабатывается Clostridium botulinum и может употребляться в пищу водными животными5.
Воздействие токсинов окружающей среды влияет на рыб, а также может влиять на здоровье животных и увеличивать заболеваемость6. Понимание того, как эти токсины влияют на иммунные клетки, имеет основополагающее значение для определения рисков, связанных с воздействием этих веществ. Рыбки данио являются отличной моделью для изучения влияния токсинов окружающей среды на иммунные клетки7. Разработка метода, использующего проточную цитометрию и лейкоциты рыбок данио, очень полезна. Рыбки данио имеют физиологическое значение для человека, и этот метод может быть применен в широком спектре областей исследований, от фундаментальной токсикологии и иммунологии до разработки лекарств и биологии развития. Поскольку рыбки данио относятся к водным организмам, они особенно подходят для изучения воздействия токсинов окружающей среды, переносимых через воду7. Использование рыбок данио дешевле, чем других моделей позвоночных, и их использование вызывает меньше этических проблем.
Белые кровяные тельца, или лейкоциты, являются первой линией клеточной защиты от болезнетворных организмов. Эндоцитоз — это процесс, при котором клетка поглощает или усваивает жидкость или частицу, которая находится вне клетки. Это достигается за счет того, что клетка заключает соединение в везикулу8. Лейкоциты используют этот процесс в качестве первого шага в уничтожении патогенов и подготовке защиты от болезней. Фагоцитоз является разновидностью эндоцитоза и был одним из первых методов, использованных для исследования влияния загрязнителей окружающей среды на здоровье рыб9. Лаборатория Петри-Хансона разработала методы с использованием лейкоцитов рыбок данио для скрининга биотоксинов на предмет их потенциальной способности вмешиваться в эндоцитарные и фагоцитарные функции лейкоцитов и влиять на иммунную защиту. К типам эндоцитоза, включенным в эти методы, относятся пиноцитоз, фагоцитоз, кальцийзависимый рецептор-опосредованный фагоцитоз и маннозно-рецепторный фагоцитоз. Методы проточной цитометрии на рыбках данио были впервые описаныв лаборатории Петри-Хансона9 и регулярно используются для исследования водных токсинов и патогенов. Rag1-/- мутантные данио-рерио не имеют Т- и В-клеток10 и могут быть использованы для специфического исследования механизмов врожденных иммунных клеток.
Проточная цитометрия основана на лазере и может быть использована для определения физических свойств клеток. Прямое рассеивание, или значение FSC, отображается на оси X и представляет собой размер ячейки. Боковое рассеяние, или SSC, отображается на оси Y и представляет собой цитоплазматическую зернистость клетки. Полученный график демонстрирует популяции клеток со схожими физическими характеристиками, сгруппированных вместе, при этом различные типы клеток появляются в разных местах на точечной диаграмме. Эти популяции могут менять свое местоположение на диаграмме рассеяния по мере изменения физических характеристик клеток9. Использование этой методики с лейкоцитами рыбок данио позволяет исследователям оценить изменения в клеточных популяциях в ответ на различные стимулы, включая токсины окружающей среды.
Проточный цитометр является многомерным, и для дальнейшей характеристики клеток и их активности можно использовать несколько типов флуорофоров. В анализах, описанных в этом протоколе, эндоцитоз характеризуется измерением количества флуоресцентного материала, усвоенного клеткой. Влияет ли воздействие токсина на эндоцитарные механизмы и как это можно определить, сравнив способность клеток, подвергшихся воздействию токсина, поглощать материал по сравнению со способностью клеток, не подвергшихся воздействию токсина, с помощью проточной цитометрии. Эндоцитарные процессы, которые могут быть оценены таким образом, включают пиноцитоз, рецептор-опосредованный эндоцитоз и фагоцитоз.
Пиноцитоз – это поглощение растворимых компонентов, при этом не используются клеточные рецепторы. Поглощение включает в себя цитоплазматическую перестройку микрофиламентами и микротрубочками с образованием небольших вакуолей. Люцифераза желтая (LY) — флуоресцентный краситель, используемый для измерения поглощения жидкости неселективным пиноцитозом11. Рецепторно-опосредованный эндоцитоз включает в себя избирательное поглощение крупных молекул. Для оценки этого процесса можно использовать флуоресцеин (FITC), меченный декстраном (DX) 40. Фагоцитоз — это форма эндоцитоза, при которой частицы размером более 0,5 микрометра поглощаются. Этот процесс исследуется с помощью процедур с использованием FITC-DX70 и FITC-Eschericia coli. DX40 и DX70 имеют молекулярные массы 40 000 и 70 000 соответственно. FITC-E. coli является стандартным лабораторным штаммом E. coli , связанным с фтором, который можно измерить с помощью проточного цитометра. Многие формы рецептор-опосредованного эндоцитоза требуют кальция в качестве сигнальной молекулы и для перестройки цитоскелета9. Другим типом рецептор-опосредованного эндоцитоза является эндоцитоз, опосредованный маннозным рецептором (МР). Маннозные рецепторы представляют собой трансмембранные белки, которые распознают формы маннана на поверхности микробных клеток9. Для оптимизации этих процедур для каждого токсина должна быть создана кривая реакции на дозу, чтобы определить дозы, которые будут использоваться. Для оценки правильной концентрации следует провести кривую насыщения для LY, FITC-DX40, FITC-DX70 и FITC-E. coli .
Механизмы, используемые лейкоцитами для интернализации различных частиц, могут различаться. Чтобы предположить, на какой компонент процесса может влиять воздействие токсина, можно добавить ингибиторы для блокирования фагоцитарных механизмов. Цитохалазин D (CCD) подавляет движение микротрубочек и, следовательно, пиноцитоз. CCD не влияет на рецептор-опосредованный эндоцитоз11. ЭДТА блокирует кальций-зависимый рецептор-опосредованный эндоцитоз. Маннан является природным лигандом для МРТ. Маннан используется в качестве ингибитора рецептора маннозы для оценки того, является ли фагоцитоз или пиноцитоз опосредованным рецептором маннозы9.
Целью данного протокола является демонстрация процедур определения того, повлияло ли воздействие токсина на способность фагоцитарных лейкоцитов поглощать патогены. Эти протоколы также могут определить, поражен ли конкретный эндоцитарный механизм. Выполнение этих анализов на проточном цитометре позволяет проводить дальнейшую дискриминацию путем отбора популяций лейкоцитов на основе размера и зернистости цитоплазмы, чтобы определить, были ли субпопуляции лейкоцитов поражены дифференциально. Этот метод основан на электронном стробировании клеточных популяций.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Этот протокол был одобрен Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию Университета штата Миссисипи (MSU-IACUC). Все рыбки данио, использованные в этом исследовании, были выведены из гомозиготной колонии мутантных рыбок данио-рерио, ранее созданной в специальном инкубатории, свободном от патогенов, в Колледже ветеринарной медицины Университета штата Миссисипи (MSU)10. В этом инкубаторе также размножались дикие данио-рерио. В этих исследованиях воздействие токсинов может быть выполнено in vivo или in vitro. Исследования in vivo подвергают рыбок данио воздействию токсина, после чего лейкоциты изолируются, что указывает на то, как токсин и микроокружение тканей могут взаимодействовать и влиять на функцию лейкоцитов. В исследованиях in vitro изолируют лейкоциты, а затем подвергают клетки воздействию токсина в культуральных лунках.
1. Приготовление реагентов и растворов
2. Уход за данио рерио
3. Выделение клеток
4. Анализ жизнеспособности клеток
5. Инкубация токсинов
6. Анализ на эндоцитоз
7. Проточная цитометрия
8. Влияние токсина на эндоцитарные механизмы и эффекты ингибиторов CCD, ЭДТА и маннана на эндоцитарные механизмы
ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы всасывать жидкости или частицы, цитоплазма клетки активно движется. Это движение требует множества структурных элементов и сигнальных путей. Биотоксины могут влиять на любой из этих элементов или путей. Сравнение эффектов специфических характерных ингибиторов может быть использовано для того, чтобы помочь понять, как биотоксин может действовать11.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
В анализах эндоцитоза используются смешанные лейкоциты, выделенные из градиентов и заторбированные для фагоцитов и лимфоцитов, чтобы определить, были ли изменены конкретные клеточные механизмы под воздействием токсинов. Во-первых, клетки стробируются на основе раз?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Использование проточной цитометрии с лейкоцитами рыбок данио предлагает мощный и универсальный подход к детальному изучению иммунной системы, оценке воздействия токсинов окружающей среды и содействию токсикологическим исследованиям. Он дает возможность быстро и ?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
У авторов нет конфликта интересов, который можно было бы раскрыть.
Авторы благодарят Изака Хэнсона за ежедневное обслуживание использованной рыбки данио, а также Треву Билльярда и Стерлинга Бейли за помощь в корректуре и оформлении этой рукописи.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10% fetal bovine serum | Gibco | A3160501 | |
14 mL round bottom centrifuge tubes | BD Biosciences | 352059 | |
40 µm cell straininer | Corning | 07-201-430 | |
5 mL flow cytometry tubes | BD Biosciences | 352235 | |
50 mL conical centrifuge tube | Corning | 14-959-49A | |
Absolute ethanol | Fisher | BP2818-500 | |
Automated cell counter | Life Technologies Countess II FL | for studying cell viability | |
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma | A3059 | |
cytochalasin D (CCD) | Sigma | C8273-5MG | |
Dextran 40 | Sigma | FD40-100MG | |
Dextran 70 | Sigma | 46945-100MG-F | |
Escherichia coli DH5α (or other lab bacterial strain) | New England Biolabs | C29871 | |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma | ED4SS | |
Flow analysis software | Novoacea software | ||
Flow cytometer | Novocyte 3000 | ||
Fluorescein | Fluka BioChemica | 46950 | |
hanks balanced salt solution without calcium or magnesium | Sigma | H4891 | |
Histopaque 1077 | Sigma | 10771-100ML | |
Lucifer Yellow | Sigma | L0259-25MG | |
Mannan | Sigma | M7504-250MG | |
Phosphate buffered saline | Sigma | P3813 | |
RPMI-1640 with GlutaMax | Gibco | 61870036 | |
Statistical software | SPSS | ||
Toxin | |||
Tricaine | Western Chemical Inc | NC0342409 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены