Name: detecting, visualizing and quantitating the generation of reactive oxygen species in an amoeba model system
Uploaded: 2013-11-05T18:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Detecting, Visualizing and Quantitating the Generation of Reactive Oxygen Species in an Amoeba Model System at JoVE.com

Somos gratos aos Drs. Karl-Heinz Krause e Vincent Jaquet para ajuda e conselhos para configurar estes protocolos, e também agradecer Christoph Bauer e Jérôme Bosset da Plataforma Bioimaging do NCCR e Dr. Navin Gopaldass por seu apoio técnico. A pesquisa é apoiada por uma bolsa ProDoc da National Science Foundation suíço.

1. Visualização e medição qualitativa de ROS Produção em Fagossomos As contas OBG revestidos deve ser preparado com antecedência. Os processos de revestimento miçangas e técnica agar são adaptados a partir de referências publicadas 5,14. <ol><li> Adicionar 1 ml de suspensão de 3,0 mM esferas de sílica carboxiladas (cerca de 1,8 x 10 9 esferas) em um tubo de 1,5 ml, lavar as contas 3x com 1 ml de PBS por centrifugação rápida e centrifugação. </li><li>...

<ol>
	<li>Bedard, K., Krause, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+NOX+family+of+ROS-generating+NADPH+oxidases:+physiology+and+pathophysiology.">The NOX family of ROS-generating NADPH oxidases: physiology and pathophysiology.</a> Physiol. Rev. 87, 245-313 (2007).</li><li>West, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=TLR+signalling+augments+macrophage+bactericidal+activity+through+mitochondrial+ROS.">TLR signalling augments macrophage bactericidal activity through mitochondrial ROS.</a> Nature. 472, 476-480 (2011).</li><li>Fey, P., Gaudet, P., Pilcher, K. E., Franke, J., Chisholm, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=dictyBase+and+the+Dicty+Stock+Center.">dictyBase and the Dicty Stock Center.</a> Methods Mol. Biol. 346, 51-74 (2006).</li><li>Basu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=dictyBase+2013:+integrating+multiple+Dictyostelid+species.">dictyBase 2013: integrating multiple Dictyostelid species.</a> Nucleic Acids Res. 41, 676-683 (2013).</li><li>VanderVen, B. C., Yates, R. M., Russell, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intraphagosomal+measurement+of+the+magnitude+and+duration+of+the+oxidative+burst.">Intraphagosomal measurement of the magnitude and duration of the oxidative burst.</a> Traffic. 10, 372-378 (2009).</li><li>Cohn, C. A., Simon, S. R., Schoonen, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+fluorescence-based+techniques+for+the+quantification+of+particle-induced+hydroxyl+radicals.">Comparison of fluorescence-based techniques for the quantification of particle-induced hydroxyl radicals.</a> Part. Fibre Toxicol. 5, 2 (2008).</li><li>Snyrychova, I., Ayaydin, F., Hideg, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+hydrogen+peroxide+in+leaves+in+vivo+-+a+comparison+of+methods.">Detecting hydrogen peroxide in leaves in vivo - a comparison of methods.</a> Physiol. Plant. 135, 1-18 (2009).</li><li>Rodrigues, J. V., Gomes, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+superoxide+and+hydrogen+peroxide+detection+in+biological+assays.">Enhanced superoxide and hydrogen peroxide detection in biological assays.</a> Free Radic. Biol. Med. 49, 61-66 (2010).</li><li>Chen, J., Rogers, S. C., Kavdia, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+Kinetics+of+Dihydroethidium+Fluorescence+with+Superoxide+Using+Xanthine+Oxidase+and+Hypoxanthine+Assay.">Analysis of Kinetics of Dihydroethidium Fluorescence with Superoxide Using Xanthine Oxidase and Hypoxanthine Assay.</a> Ann. Biomed. Eng. , (2012).</li><li>Lee, C. W., Chen, Y. C., Ostafin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+accuracy+of+Amplex+Red+assay+for+hydrogen+peroxide+in+the+presence+of+nanoparticles.">The accuracy of Amplex Red assay for hydrogen peroxide in the presence of nanoparticles.</a> J. Biomed. Nanotechnol. 5, 477-485 (2009).</li><li>Guimaraes-Ferreira, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Short-term+creatine+supplementation+decreases+reactive+oxygen+species+content+with+no+changes+in+expression+and+activity+of+antioxidant+enzymes+in+skeletal+muscle.">Short-term creatine supplementation decreases reactive oxygen species content with no changes in expression and activity of antioxidant enzymes in skeletal muscle.</a> Eur. J. Appl. Physiol. 112, 3905-3911 (2012).</li><li>Peng, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glutathione+peroxidase+7+protects+against+oxidative+DNA+damage+in+oesophageal+cells.">Glutathione peroxidase 7 protects against oxidative DNA damage in oesophageal cells.</a> Gut. 61, 1250-1260 (2012).</li><li>Walk, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lipopolysaccharide+enhances+bactericidal+activity+in+Dictyostelium+discoideum+cells.">Lipopolysaccharide enhances bactericidal activity in Dictyostelium discoideum cells.</a> Dev. Comp. Immunol. 35, 850-856 (2011).</li><li>Fukui, Y., Yumura, S., Yumura, T. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Agar-overlay+immunofluorescence:+high-resolution+studies+of+cytoskeletal+components+and+their+changes+during+chemotaxis.">Agar-overlay immunofluorescence: high-resolution studies of cytoskeletal components and their changes during chemotaxis.</a> Methods Cell Biol. 28, 347-356 (1987).</li><li>Fey, P., Kowal, A. S., Gaudet, P., Pilcher, K. E., Chisholm, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protocols+for+growth+and+development+of+Dictyostelium+discoideum.">Protocols for growth and development of Dictyostelium discoideum.</a> Nat. Protoc. 2, 1307-1316 (2007).</li><li>Bloomfield, G., Pears, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superoxide+signalling+required+for+multicellular+development+of+Dictyostelium.">Superoxide signalling required for multicellular development of Dictyostelium.</a> J. Cell. Sci. 116, 3387-3397 (2003).</li><li>Dieckmann, R., Gopaldass, N., Escalera, C., Soldati, T., Deretic, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Autophagosomes+and+Phagosomes.">Autophagosomes and Phagosomes.</a> Methods in Molecular Biology. 445, 317-328 (2008).</li><li>Amir, Y., Edward, O. -. A., Utpal, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+protocol+for+in+vivo+detection+of+reactive+oxygen+species.">A protocol for in vivo detection of reactive oxygen species.</a> Proto. Exch. , (2008).</li><li>Neuhaus, E. M., Soldati, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+myosin+I+is+involved+in+membrane+recycling+from+early+endosomes.">A myosin I is involved in membrane recycling from early endosomes.</a> J. Cell Biol. 150, 1013-1026 (2000).</li></ol>

Em comparação com os métodos anteriormente descritos, o ensaio de OBG visualiza dinamicamente o processo de geração de ROS phagosomal ao nível da célula individual, em vez de medir o sinal médio ROS a partir de uma população de células. Tais métodos população de amostragem tendem a obscurecer a informação crítica causada por fagocitose não-sincrónico. Nós adaptado com sucesso DHE e AUR ensaios para Dictyostelium e otimizados os protocolos. Mais importante, nós especificados os tipos e local...

Espécies reativas de oxigênio (ROS) estão envolvidos em uma ampla variedade de processos biológicos, tais como a defesa do hospedeiro, a sinalização, o desenvolvimento do tecido e resposta à lesão, bem como hipertensão e câncer. O phagosomal NADPH oxidase máquinas bem estudado é dedicado a geração de ROS rápida, conhecida como a explosão oxidativa, para matar as bactérias ingeridas em phagosomes dos neutrófilos 1. Além disso, o vazamento de elétrons como um subproduto da cadeia respiratória mitocondrial foi previamente pensado para ser responsável apenas por uma fonte não regulamentada de ROS. Mas, recentemente, foi identificado como um mecanismo importante para contribuir para a matança intraphagosomal de bactérias nos macrófagos do rato 2. Nos últimos anos, a ameba social Dictyostelium, tornou-se um modelo poderoso e popular para o estudo de células mecanismos intrínsecos da resposta imune inata. De fato, Dictyostelium e fagócitos humanos partilham uma surpreendentemente alto nível de conservação em molecular máquinas responsáveis ​​por bactérias sentindo, imersão e matando 3,4. Os homólogos de proteínas e enzimas relacionadas com a produção de ROS e toxinas, tais como oxidase de NADPH, catalases, superóxido dismutase, pode ser encontrado em humanos e Dictyostelium. À medida que a ameba melhor estudada, Dictyostelium apresenta várias vantagens únicas sobre sistema modelo de mamíferos. Eles crescer à temperatura ambiente, sem a necessidade de CO 2, com um tempo de duplicação de 8-10 horas. Eles podem ser facilmente mantidas como culturas aderentes ou em suspensão. Além disso, graças ao seu genoma haplóide completamente seqüenciado e anotado, e para a manipulação genética fácil, Dictyostelium tornou-se um modelo muito atraente organismo experimental. Em estudos anteriores, vários derivados clorados e fluorados de fluoresceína (conhecidos coletivamente como OxyBurst verde, OBG) que emitem fluorescência após a oxidação por ROS, têm sido usados ​​como um repórter ROS. Cell-permeante esterified derivados são usados ​​para medir citoplasmática ROS, enquanto dextrano ou derivados acoplados à proteína de células-impermeabilizante são usados ​​para medir ROS extracelular. Em particular, grânulos de OBG-ASB revestidas já tiverem sido usadas para detectar a produção de ROS phagosomal em células de mamíferos 5. No entanto, a abordagem baseada em leitor de microplacas só pode dar uma curva de geração de ROS em média de uma população de células. Com o presente protocolo, usando Dictyostelium, um dos fagócitos profissionais e condições experimentais otimizadas, obtemos fagocitose estável e eficiente, sem conjugar qualquer opsonina sobre as contas. DHE tem sido usada em vários sistemas de modelos, tais como os neutrófilos e macrófagos de mamífero, para detectar a produção de ROS 6-9. Enquanto isso, existem algumas controvérsias sobre a especificidade e sensibilidade do método 8,10. Como uma versão melhorada de Amplex Red, a intensidade de fluorescência de AUR é menos sensível ao pH, o que torna mais adequado para medirROS em ambientes não-neutras ou fracamente ácidas. AUR foi recentemente aplicado em vários sistemas de mamíferos 11,12, mas a sua utilização em modelos não mamíferos, o que muitas vezes necessitam de meios de crescimento ligeiramente ácido, não tem sido relatado ainda. Além disso, não existe um protocolo publicado quantitativamente e dinamicamente medir a produção e localização ROS na ameba Dictyostelium sociais. O objetivo do conjunto de protocolos apresentados é fornecer uma solução fácil e versátil para monitorar vários ROS e sua localização, e ainda dar insights sobre os mecanismos celulares relacionados com o ROS. Para o ensaio de OBG, usamos a microscopia ao vivo para acompanhar todo o processo de geração de ROS phagosomal após a captação de contas OBG revestidos por células Dictyostelium, e forneceu uma nova abordagem para estudar o mecanismo de matar intraphagosomal de bactérias. Nós otimizamos de médio rendimento DHE e AUR ensaios em Dictyostelium, para medir Superox intracelularide e H 2 O 2 extracelular produção, respectivamente, utilizando LPS como um potente estimulador de ROS. Observe que o LPS foi recentemente demonstrado que o aumento da actividade bactericida de Dictyostelium direcção bactérias ingeridas 13. Além disso, o tratamento com DEDTC e catalase confirmado explicitamente que estes dois métodos de medir especificamente diferentes tipos e localizações subcelulares de ROS em Dictyostelium. Finalmente, o ensaio de OBG pode ser adaptado a qualquer célula fagocítica aderente, por opsonizantes ainda mais os grânulos com ligandos para receptores de células fagocíticas animais. Em princípio, os ensaios de DHE e AUR pode ser também para medições em qualquer célula aderente ou não aderente em condições experimentais apropriadas aperfeiçoá-lo.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>REAGENTS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OxyBURST Green H2HFF BSA</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>O-13291</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 594</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A-20004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carboxylated silica beads</td>
			<td>Kisker Biotech</td>
			<td>PSi-3.0COOH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HL5C medium</td>
			<td>ForMedium</td>
			<td>HLC0102</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LoFlo medium</td>
			<td>ForMedium</td>
			<td>LF1001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bacto agar</td>
			<td>BD</td>
			<td>204010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dihydroethidium</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>37291-25MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amplex UltraRed</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A36006</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Horseradish peroxidase</td>
			<td>Roche</td>
			<td>10108090001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethyldithiocarbamate (DEDTC)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>D3506-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Catalase</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>C9322-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyanamide</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>187364-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lipopolysaccharides</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>L2630-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>EQUIPMENT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ibidi &#956;-Dish 35 mm, high</td>
			<td>ibidi</td>
			<td>81156</td>
			<td>Bottom made of optically clear plastic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MatTek dish 35 mm</td>
			<td>MatTek corporation</td>
			<td>P35G-1.5-14-C</td>
			<td>Bottom made of a glass coverslip</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scepter Cell Counter</td>
			<td>Merck Millipore</td>
			<td>PHCC00000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>White 96 well plate</td>
			<td>Nunc</td>
			<td>236108</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>SORVALL</td>
			<td>Legend RT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microplate reader</td>
			<td>BioTek</td>
			<td>Synergy Mx</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

detecting, visualizing and quantitating the generation of reactive oxygen species in an amoeba model system

Espécies reativas de oxigênio (ROS) compreendem uma gama de moléculas reativas e de curta duração contendo oxigênio, que são dinamicamente interconvertidos ou eliminados ou cataliticamente ou espontaneamente. Devido aos curtos períodos de vida da maioria ROS ea diversidade de suas fontes e localizações subcelulares, um quadro completo só pode ser obtida por meio de medições cuidadosas usando uma combinação de protocolos. Aqui, apresentamos um conjunto de três protocolos diferentes usando OxyBurst Green (OBG) revestida de contas, ou dihydroethidium (DHE) e Amplex Ultrared (AUR), para monitorar qualitativa e quantitativamente vários ROS em fagócitos profissionais, como Dictyostelium. Nós otimizamos os processos de revestimento contas e miçangas OBG revestidos usados ​​e microscopia ao vivo para visualizar dinamicamente intraphagosomal geração ROS no nível de uma única célula. Foram identificados lipopolissacarídeo (LPS) de E. coli como um potente estimulador para a geração de ROS em Dictyostelium. Além disso, nós dtempo real eveloped, ensaios de médio rendimento, utilizando DHE e AUR para medir quantitativamente superóxido intracelular e extracelular H 2 O 2 a produção, respectivamente.

A geração de ROS em phagosomes pode ser visualizada qualitativamente e dinamicamente por microscopia (S1 do ficheiro). A fluorescência vermelha emitida pela Alexa fluor 594 é insensível pH e mantém-se constante no ambiente phagosomal, enquanto que a oxidação de OBG aumenta a fluorescência no canal verde. O espectro de emissão de ensaios in vitro e oxidado OBG grânulos revestidos não oxidados são comparados na Figura 1B, que mostra um aumento significativo ...

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Detecting, Visualizing and Quantitating the Generation of Reactive Oxygen Species in an Amoeba Model System

Nós adaptamos um conjunto de protocolos para a medição de espécies reativas de oxigênio (ROS) que podem ser aplicados em vários modelos celulares ameba e mamíferos para estudos qualitativos e quantitativos.

Detectando, visualizar e quantificar a geração de espécies reativas de oxigênio em um modelo de sistema Amoeba

Reactive oxygen species (ROS) comprise a range of reactive and short-lived, oxygen-containing molecules, which are dynamically interconverted or ...

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