Name: a microscopic phenotypic assay for the quantification of intracellular mycobacteria adapted for high-throughput/high-content screening
Uploaded: 2014-01-17T13:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Microscopic Phenotypic Assay for the Quantification of Intracellular Mycobacteria Adapted for High-throughput/High-content Screening at JoVE.com

Ce travail a été soutenu financièrement par la Communauté européenne (ERC-STG INTRACELLTB Grant n° 260901, MM4TB Grant n° 260872), l’Agence Nationale de Recherche, le Feder (12001407 (D-AL) Equipex Imaginex BioMed), et la Région Nord Pas de Calais. Nous remercions Gaspard Deloison, Elizabeth Werkmeister, Antonino Bongiovanni et Frank Lafont de la plateforme BICeL pour leur assistance technique.

1. Criblage à haut débit de l’ARNsi à l’échelle du génome
Criblage effectué dans une lignée cellulaire humaine de pneumocytes de type II modèle A549 lors de l’infection par Mtb H37Rv exprimant la protéine fluorescente verte (GFP). Cette procédure est décrite à la figure 1A.
<ol><li>Remettre en suspension la bibliothèque d’ARNsi séchés qui est stockée dans des plaques mères (plaques de 96 puits) avec 1x tampon d’ARNsi pour atteindre une concentratio...

<ol>
	<li>Gandhi, N. R., 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=Multidrug-resistant+and+extensively+drug-resistant+tuberculosis:+a+threat+to+global+control+of+tuberculosis.">Multidrug-resistant and extensively drug-resistant tuberculosis: a threat to global control of tuberculosis.</a> Lancet. 375, 1830-1843 (2010).</li><li>Barry, C. E., 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=The+spectrum+of+latent+tuberculosis:+rethinking+the+biology+and+intervention+strategies.">The spectrum of latent tuberculosis: rethinking the biology and intervention strategies.</a> Nat. Rev. Microbiol. 7, 845-855 (2009).</li><li>Christophe, T., Ewann, F., Jeon, H. K., Cechetto, J., Brodin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-content+imaging+of+Mycobacterium+tuberculosis-infected+macrophages:+an+in+vitro+model+for+tuberculosis+drug+discovery.">High-content imaging of Mycobacterium tuberculosis-infected macrophages: an in vitro model for tuberculosis drug discovery.</a> Future Med. Chem. 2, 1283-1293 (2010).</li><li>Brodin, 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=High+content+phenotypic+cell-based+visual+screen+identifies+Mycobacterium+tuberculosis+acyltrehalose-containing+glycolipids+involved+in+phagosome+remodeling.">High content phenotypic cell-based visual screen identifies Mycobacterium tuberculosis acyltrehalose-containing glycolipids involved in phagosome remodeling.</a> PLoS Pathog. 6, (2010).</li><li>Bermudez, L. E., Goodman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mycobacterium+tuberculosis+invades+and+replicates+within+type+II+alveolar+cells.">Mycobacterium tuberculosis invades and replicates within type II alveolar cells.</a> Infect. Immun. 64, 1400-1406 (1996).</li><li>Dobos, K. M., Spotts, E. A., Quinn, F. D., King, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Necrosis+of+lung+epithelial+cells+during+infection+with+Mycobacterium+tuberculosis+is+preceded+by+cell+permeation.">Necrosis of lung epithelial cells during infection with Mycobacterium tuberculosis is preceded by cell permeation.</a> Infect. Immun. 68, 6300-6310 (2000).</li><li>McDonough, K. A., Kress, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytotoxicity+for+lung+epithelial+cells+is+a+virulence-associated+phenotype+of+Mycobacterium+tuberculosis.">Cytotoxicity for lung epithelial cells is a virulence-associated phenotype of Mycobacterium tuberculosis.</a> Infect. Immun. 63, 4802-4811 (1995).</li><li>Lee, H. M., Yuk, J. M., Shin, D. M., Jo, E. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dectin-1+is+inducible+and+plays+an+essential+role+for+mycobacteria-induced+innate+immune+responses+in+airway+epithelial+cells.">Dectin-1 is inducible and plays an essential role for mycobacteria-induced innate immune responses in airway epithelial cells.</a> J. Clin. Immunol. 29, 795-805 (2009).</li><li>Zhang, J. H., Chung, T. D., Oldenburg, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Simple+Statistical+Parameter+for+Use+in+Evaluation+and+Validation+of+High+Throughput+Screening+Assays.">A Simple Statistical Parameter for Use in Evaluation and Validation of High Throughput Screening Assays.</a> J. Biomol. Screen. 4, 67-73 (1999).</li><li>Birmingham, 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=Statistical+methods+for+analysis+of+high-throughput+RNA+interference+screens.">Statistical methods for analysis of high-throughput RNA interference screens.</a> Nat. Methods. 6, 569-575 (2009).</li><li>Carralot, J. 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=Automated+high-throughput+siRNA+transfection+in+raw+264.7+macrophages:+a+case+study+for+optimization+procedure.">Automated high-throughput siRNA transfection in raw 264.7 macrophages: a case study for optimization procedure.</a> J. Biomol. Screen. 14, 151-160 (2009).</li><li>Zhang, X. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Illustration+of+SSMD,+z+score,+SSMD*,+z*+score,+and+t+statistic+for+hit+selection+in+RNAi+high-throughput+screens.">Illustration of SSMD, z score, SSMD*, z* score, and t statistic for hit selection in RNAi high-throughput screens.</a> J. Biomol. Screen. 16, 775-785 (2011).</li><li>Song, O. R., 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=Confocal-based+method+for+quantification+of+diffusion+kinetics+in+microwell+plates+and+its+application+for+identifying+a+rapid+mixing+method+for+high-content/throughput+screening.">Confocal-based method for quantification of diffusion kinetics in microwell plates and its application for identifying a rapid mixing method for high-content/throughput screening.</a> J. Biomol. Screen. 15, 138-147 (2010).</li></ol>

Nous décrivons ici les méthodes requises pour un essai phénotypique utilisant une contrainte de Mtb H37Rv exprimant GFP pour infecter les cellules hôtes fluorescentement étiquetées, ce qui le rend approprié pour des écrans à haute teneur/à haut débit. Ce protocole pourrait être appliqué à un large éventail de composés, de sondes fluorescentes et de mutants Mtb. Pour chaque protocole décrit ci-dessus, des étapes de fixation et d’immunomarquage pourraient être effectuées avant l’ac...

Parmi les agents pathogènes infectieux émergents et réémergents signalés au cours des dernières années, Mycobacterium tuberculosis (Mtb)occupe une place de choix en étant responsable de 1,4 million de décès et de 8,7 millions de nouvelles infections en 2011 (Global tuberculosis report 2012, www.who.int/topics/tuberculosis/en/). Malgré la disponibilité de thérapies multidrogues, le nombre de personnes infectées est toujours en hausse et multirésistante (MDR) ainsi que le Mtb très résistant aux médicaments (XDR) se propagent rapidement dans le monde entier1. De plus, si l’on tient compte de la présence d’antigènes Mtb, il est évident qu’un tiers de la population mondiale est considéré comme étant infecté de manière latente par Mtb. Statistiquement, dans un cas sur dix, il y a évolution vers la forme active de la maladie avec les symptômes cliniques suivants2. Par conséquent, de nouveaux moyens de lutter contre le VTT sont nécessaires de toute urgence. Dans ce contexte, nous avons développé un test phénotypique visuel in vitro s’appuyant sur la surveillance de l’invasion et de la multiplication du Mtb dans les cellules hôtes par microscopie confocale automatisée à fluorescence3. L’adaptation du test dans des plaques de microtitration de 384 puits en combinaison avec l’acquisition et l’analyse automatisées d’images, a permis un criblage à haute teneur / haut débit (HC / HTS) de bibliothèques à moyenne échelle de composés, de siARN et de mutants bactériens. Le criblage d’une bibliothèque d’ARNi à l’échelle du génome sur ce dosage phénotypique a ainsi permis d’identifier les principaux facteurs hôtes impliqués dans le trafic de Mtb et la réplication intracellulaire mais aussi l’élucidation des voies de l’hôte exploitées par le bacille tuberculeux. Une autre adaptation de ce test phénotypique particulier était pour l’identification des facteurs bactériens essentiels à la persistance intra-phosomique de Mtb. Par exemple, l’arrêt de la maturation du phagosome est considéré comme l’un des principaux mécanismes qui facilitent la survie et la réplication du Mtb dans les macrophages. La surveillance de la localisation subcellulaire des mutants knock-out Mtb dans les compartiments acides marqués par fluorescence a permis d’identifier les gènes bactériens impliqués dans le processus de survie4. Enfin, l’imagerie à haute teneur de Mtb offre également une excellente méthode pour quantifier l’efficacité des médicaments pour inhiber divers phénomènes tels que la croissance bactérienne intracellulaire3. Au total, ce type de dosage phénotypique à haut débit permet d’accélérer la découverte de médicaments contre la tuberculose et les données collectées par ces différentes approches contribuent à une meilleure compréhension de la manipulation de l’hôte exercée par Mtb.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1010">
	<colgroup>
		<col />
		<col /> 
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">&#181;clear-plate black, 384 well</td>
			<td style="width:160px;">Greiner bio-one</td>
			<td style="width:175px;">781091</td>
			<td style="width:388px;">127.8/86/15 MM with Lid, TC treated</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">CellCarrier 384 well plate</td>
			<td style="width:160px;">PerkinElmer</td>
			<td style="width:175px;">6007550</td>
			<td>Black, Clear Bottom, with Lid, TC treated</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">V-bottom white , 384 well-plate</td>
			<td style="width:160px;">Greiner bio-one</td>
			<td style="width:175px;">781280</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">sealing tape, breathable, sterile</td>
			<td style="width:160px;">Corning</td>
			<td style="width:175px;">3345</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Lipofectamine RNAiMax</td>
			<td style="width:160px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:175px;">13778150</td>
			<td>Transfection reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Dimethyl sulfoxide</td>
			<td style="width:160px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">34943</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">RPMI 1640 + GlutaMAX-I</td>
			<td style="width:160px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:175px;">61870-010</td>
			<td>Cell culture medium</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">D-PBS 1X [-]MgCl2/[-]CaCl2</td>
			<td style="width:160px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:175px;">14190-094</td>
			<td>Dulbecco&#39;s Phosphate Salin Buffer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">D-PBS 1X [+]MgCl2/[+]CaCl2</td>
			<td style="width:160px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:175px;">14190-091</td>
			<td>Dulbecco&#39;s Phosphate Salin Buffer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Fetal bovine serum</td>
			<td style="width:160px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:175px;">2610040-79</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">FICOLL PAQUE PLUS</td>
			<td style="width:160px;">DUTSCHER</td>
			<td style="width:175px;">17-1440-03</td>
			<td>Ficoll for Peripherical Blood Monocyte Cells purification</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">CD14 MicroBeads, human</td>
			<td style="width:160px;">Miltenyi</td>
			<td style="width:175px;">130-050-201</td>
			<td>Purification of CD14+ Monocytes</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Human M-CSF, premium gr. (1000 &#956;g)</td>
			<td style="width:160px;">Miltenyi</td>
			<td style="width:175px;">130-096-493</td>
			<td>Macrophage Colony Stimulating Factor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">LS Columns</td>
			<td style="width:160px;">Miltenyi</td>
			<td style="width:175px;">130-042-401</td>
			<td>Columns for CD14+ Monocytes isolation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Tween 80</td>
			<td style="width:160px;">Euromedex</td>
			<td style="width:175px;">2002-A</td>
			<td>Mycobacteria culture</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Glycerol high purity </td>
			<td style="width:160px;">Euromedex</td>
			<td style="width:175px;">50405-EX</td>
			<td>Mycobacteria culture</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;"> Middlebrook OADC enrichment</td>
			<td style="width:160px;">Becton-Dickinson</td>
			<td style="width:175px;">211886</td>
			<td>Mycobacteria culture</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">7H9</td>
			<td style="width:160px;">Becton-Dickinson</td>
			<td style="width:175px;">W1701P</td>
			<td>Mycobacteria culture</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Versene 1X</td>
			<td style="width:160px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:175px;">15040033</td>
			<td>Non enzymatic cell dissociation solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">DAPI</td>
			<td style="width:160px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:175px;">D1306</td>
			<td>Nuclei dye</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Hoechst 33342</td>
			<td style="width:160px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:175px;">H3570</td>
			<td>Nuclei dye</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Syto60</td>
			<td style="width:160px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:175px;">S11342</td>
			<td>Nuclei/cytoplasm dye</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Formalin</td>
			<td style="width:160px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">HT5014</td>
			<td>Cell fixation solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">siRNA targeting Dectin-1</td>
			<td style="width:160px;">Santa-Cruz</td>
			<td style="width:175px;">sc-63276</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">*siGenome* Non targeted siRNA pool </td>
			<td style="width:160px;">Dharmacon</td>
			<td style="width:175px;">D-001206-14</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Rifampicin</td>
			<td style="width:160px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">R3501</td>
			<td>antibiotic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Isoniazid (INH)</td>
			<td style="width:160px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">I3377-50G</td>
			<td>antibiotic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Hygromycin B</td>
			<td style="width:160px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:175px;">10687-010</td>
			<td>antibiotic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Amikacin</td>
			<td style="width:160px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">A1774</td>
			<td>antibiotic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Automated Confocal Microscope OPERA</td>
			<td style="width:160px;">PerkinElmer</td>
			<td style="width:175px;"> </td>
			<td>Image acquisition</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Columbus 2.3.1 Server Database</td>
			<td style="width:160px;">PerkinElmer</td>
			<td style="width:175px;"> </td>
			<td>Data transfert, storage and analysis</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Acapella 2.6 software</td>
			<td style="width:160px;">PerkinElmer</td>
			<td style="width:175px;"> </td>
			<td>Image-based analysis</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">GraphPad Prism5 software</td>
			<td style="width:160px;">GraphPad </td>
			<td style="width:175px;"> </td>
			<td>Statistical analysis</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:287px;">Excel 2010</td>
			<td style="width:160px;">Microsoft</td>
			<td style="width:175px;"> </td>
			<td>Statistical analysis</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a microscopic phenotypic assay for the quantification of intracellular mycobacteria adapted for high-throughput/high-content screening

Malgré la disponibilité du traitement et du vaccin, la tuberculose (TB) reste l’une des infections bactériennes les plus mortelles et les plus répandues dans le monde. Depuis plusieurs décennies, l’explosion soudaine de souches multirésistantes et largement résistantes aux médicaments constitue une menace sérieuse pour le contrôle de la tuberculose. Par conséquent, il est essentiel d’identifier de nouvelles cibles et voies critiques pour l’agent causal de la tuberculose, Mycobacterium tuberculosis (Mtb)et de rechercher de nouveaux produits chimiques qui pourraient devenir des médicaments antituberculeux. Une approche consiste à mettre en place des méthodes adaptées aux écrans génétiques et chimiques des bibliothèques à grande échelle permettant la recherche d’une aiguille dans une botte de foin. À cette fin, nous avons développé un test phénotypique en nous appuyant sur la détection de Mtb marqué par fluorescence dans les cellules hôtes marqués par fluorescence à l’aide de la microscopie confocale automatisée. Ce test in vitro permet une quantification basée sur l’image du processus de colonisation de Mtb dans l’hôte et a été optimisé pour le format de microplaque de 384 puits, qui convient aux cribles de siRNA, de composé chimique ou de Mtb mutant-bibliothèques. Les images sont ensuite traitées pour l’analyse multiparamétrique, qui fournit la lecture inférer sur la pathogénie de Mtb dans les cellules hôtes.

Criblage à haut débit de l’ARNsi à l’échelle du génome
Mtb est capable de coloniser les cellules immunitaires in vitro ainsi que plusieurs autres cellules épithéliales pulmonaires. Par exemple, Mtbest capable d’infecter et d’endommager les cellules épithéliales A549 qui sont couramment utilisées comme modèle pour les pneumocytes humains de type II5-7. Dectin-1 a été rapporté comme un récepteur de la cellule hôte impliqué dans l’abso...

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A Microscopic Phenotypic Assay for the Quantification of Intracellular Mycobacteria Adapted for High-throughput/High-content Screening

Ici, nous décrivons une analyse phénotypique applicable aux écrans à haut débit/à haute teneur de l’ARN synthétique de petit-interférent (siRNA), du composé chimique, et des bibliothèques mutantes de tuberculose de mycobactérie. Cette méthode repose sur la détection de Mycobacterium tuberculosis marqué par fluorescence dans une cellule hôte marqué par fluorescence à l’aide d’une microscopie confocale automatisée.

Un test phénotypique microscopique pour la quantification des mycobactéries intracellulaires adaptées au criblage à haut débit /haute teneur

Despite the availability of therapy and vaccine, tuberculosis (TB) remains one of the most deadly and widespread bacterial infections in the world. Since ...

Research

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Immunology and Infection

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Un dosage sanguin fonctionnelle entier pour mesurer la viabilité des mycobactéries, en utilisant Reporter-Gene Tagged BCG ou M. Tb (BCG Lux / M. Tb Lux)

Functional assays have long played a key role in measuring of immunogenicity of a given vaccine. This is conventionally expressed as serum bactericidal ...

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