Name: label-free quantitative proteomics workflow for discovery-driven host-pathogen interactions
Uploaded: 2020-10-20T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Label-Free Quantitative Proteomics Workflow for Discovery-Driven Host-Pathogen Interactions at JoVE.com

המחברים מודים לד"ר ג'ונתן קריגר מ-Bioinformatics Solutions Inc. על הפעלת ספקטרומטר המסה לניסויים ייצוגיים, כמו גם לחברי קבוצת גדס-מקליסטר על עזרתם בהקמה ניסיונית ובמשוב לכתבי יד. המחברים מכירים בתמיכה במימון, בין השאר, מקרן המחקר בנטינג – פרס גילוי מלגת ג'ירסלובסקי, הקרן החדשה למחקר גבולות – חקר (NFRFE-2019-00425), והקרן הקנדית לחדשנות (JELF 38798) עבור J.G.M., כמו גם NSERC קנדה בוגר מלגת – מאסטרס אונטריו בוגר מלגת B.B., ואת המלכה אליזבת השנייה בוגר מלגת מדע וטכנולוגיה עבור A.S..

שורה מונצחת של מקרופאגים הנגזרים מעכברי BALB/c שימשו לפרוטוקול הבא שאושר על ידי פרוטוקול ניצול בעלי חיים 4193 של אוניברסיטת גואלף. יש לציין, זנים אחרים של עכברים או מקורות אחרים של תאים מונצחים ניתן להחיל על הפרוטוקול המתואר עם בדיקות מספיקות כדי לייעל את הפרמטרים המפורטים. הפרוטוקול הבא ינוו?...

<ol>
	<li>Bongomin, F., Gago, S., Oladele, R., Denning, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+and+Multi-National+Prevalence+of+Fungal+Diseases-Estimate+Precision.">Global and Multi-National Prevalence of Fungal Diseases-Estimate Precision.</a> Journal of Fungi. , (2017).</li><li>Tugume, 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=HIV-Associated+cryptococcal+meningitis+occurring+at+relatively+higher+CD4+counts.">HIV-Associated cryptococcal meningitis occurring at relatively higher CD4 counts.</a> Journal of Infectious Diseases. 219 (6), 877-883 (2019).</li><li>Rajasingham, 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=Global+burden+of+disease+of+HIV-associated+cryptococcal+meningitis:+an+updated+analysis.">Global burden of disease of HIV-associated cryptococcal meningitis: an updated analysis.</a> The Lancet Infectious Diseases. , (2017).</li><li>Perfect, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+antifungal+pipeline:+A+reality+check.">The antifungal pipeline: A reality check.</a> Nature Reviews Drug Discovery. , (2017).</li><li>Bermas, A., Geddes-McAlister, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combatting+the+evolution+of+anti-fungal+resistance+in+Cryptococcus+neoformans.">Combatting the evolution of anti-fungal resistance in Cryptococcus neoformans.</a> Molecular Microbiology. , 1-14 (2020).</li><li>Geddes-McAlister, J., Shapiro, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+pathogens,+new+tricks:+Emerging,+drug-resistant+fungal+pathogens+and+future+prospects+for+antifungal+therapeutics.">New pathogens, new tricks: Emerging, drug-resistant fungal pathogens and future prospects for antifungal therapeutics.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. , (2018).</li><li>Ball, B., Bermas, A., Carruthers-Lay, D., Geddes-McAlister, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+Spectrometry-Based+Proteomics+of+Fungal+Pathogenesis,+Host-Fungal+Interactions,+and+Antifungal+Development.">Mass Spectrometry-Based Proteomics of Fungal Pathogenesis, Host-Fungal Interactions, and Antifungal Development.</a> Journal of Fungi. , (2019).</li><li>Sukumaran, 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=Decoding+communication+patterns+of+the+innate+immune+system+by+quantitative+proteomics.">Decoding communication patterns of the innate immune system by quantitative proteomics.</a> J Leukocyte Biol. , (2019).</li><li>Salas, D., Stacey, R. G., Akinlaja, M., Foster, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Next-generation+interactomics:+Considerations+for+the+use+of+co-elution+to+measure+protein+interaction+networks.">Next-generation interactomics: Considerations for the use of co-elution to measure protein interaction networks.</a> Molecular and Cellular Proteomics. , (2020).</li><li>Aebersold, R., Mann, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass-spectrometric+exploration+of+proteome+structure+and+function.">Mass-spectrometric exploration of proteome structure and function.</a> Nature. 537 (7620), 347-355 (2016).</li><li>Mann, M., Kulak, N. A., Nagaraj, N., Cox, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Coming+Age+of+Complete,+Accurate,+and+Ubiquitous+Proteomes.">The Coming Age of Complete, Accurate, and Ubiquitous Proteomes.</a> Molecular Cell. 49 (4), 583-590 (2013).</li><li>Cox, J., 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=Accurate+Proteome-wide+Label-free+Quantification+by+Delayed+Normalization+and+Maximal+Peptide+Ratio+Extraction,+Termed+MaxLFQ.">Accurate Proteome-wide Label-free Quantification by Delayed Normalization and Maximal Peptide Ratio Extraction, Termed MaxLFQ.</a> Molecular &amp; Cellular Proteomics. 13 (9), 2513-2526 (2014).</li><li>Ankney, J. A., Muneer, A., Chen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relative+and+Absolute+Quantitation+in+Mass+Spectrometry-Based+Proteomics.">Relative and Absolute Quantitation in Mass Spectrometry-Based Proteomics.</a> Annual Review of Analytical Chemistry. , (2018).</li><li>Cox, J., Mann, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MaxQuant+enables+high+peptide+identification+rates,+individualized+p.p.b.-range+mass+accuracies+and+proteome-wide+protein+quantification.">MaxQuant enables high peptide identification rates, individualized p.p.b.-range mass accuracies and proteome-wide protein quantification.</a> Nature Biotechnology. 26 (12), 1367-1372 (2008).</li><li>Tyanova, 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=The+Perseus+computational+platform+for+comprehensive+analysis+of+(prote)omics+data.">The Perseus computational platform for comprehensive analysis of (prote)omics data.</a> Nature Methods. 13 (9), 731-740 (2016).</li><li>Cox, J., 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=Andromeda:+A+peptide+search+engine+integrated+into+the+MaxQuant+environment.">Andromeda: A peptide search engine integrated into the MaxQuant environment.</a> Journal of Proteome Research. , (2011).</li><li>Zhong, Z., Pirofski, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Opsonization+of+Cryptococcus+neoformans+by+human+anticryptococcal+glucuronoxylomannan+antibodies.">Opsonization of Cryptococcus neoformans by human anticryptococcal glucuronoxylomannan antibodies.</a> Infection and Immunity. , (1996).</li><li>Nicola, A. M., 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=Macrophage+autophagy+in+immunity+to+Cryptococcus+neoformans+and+Candida+albicans.">Macrophage autophagy in immunity to Cryptococcus neoformans and Candida albicans.</a> Infection and Immunity. , (2012).</li><li>Ball, B., Geddes-McAlister, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Proteomic+Profiling+of+Cryptococcus+neoformans.">Quantitative Proteomic Profiling of Cryptococcus neoformans.</a> Current Protocols in Microbiology. , (2019).</li><li>Geddes-McAlister, J., Gadjeva, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+spectromerty-based+quantitative+proteomics+of+murine-derived+polymorphonuclear+neutrophils.">Mass spectromerty-based quantitative proteomics of murine-derived polymorphonuclear neutrophils.</a> Current Protocols in Immunology. , (2019).</li><li>Geddes, J. M. H., 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=Secretome+profiling+of+Cryptococcus+neoformans+reveals+regulation+of+a+subset+of+virulence-associated+proteins+and+potential+biomarkers+by+protein+kinase+A.">Secretome profiling of Cryptococcus neoformans reveals regulation of a subset of virulence-associated proteins and potential biomarkers by protein kinase A.</a> BMC Microbiology. , (2015).</li><li>Geddes, J. M. H., 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=Analysis+of+the+protein+kinase+a-regulated+proteome+of+Cryptococcus+neoformans+identifies+a+role+for+the+ubiquitin-proteasome+pathway+in+capsule+formation.">Analysis of the protein kinase a-regulated proteome of Cryptococcus neoformans identifies a role for the ubiquitin-proteasome pathway in capsule formation.</a> mBio. 7 (1), 1-15 (2016).</li><li>Al Shweiki, M. H. D. 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=Assessment+of+Label-Free+Quantification+in+Discovery+Proteomics+and+Impact+of+Technological+Factors+and+Natural+Variability+of+Protein+Abundance.">Assessment of Label-Free Quantification in Discovery Proteomics and Impact of Technological Factors and Natural Variability of Protein Abundance.</a> Journal of Proteome Research. , (2017).</li><li>Ong, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stable+Isotope+Labeling+by+Amino+Acids+in+Cell+Culture,+SILAC,+as+a+Simple+and+Accurate+Approach+to+Expression+Proteomics.">Stable Isotope Labeling by Amino Acids in Cell Culture, SILAC, as a Simple and Accurate Approach to Expression Proteomics.</a> Molecular &amp; Cellular Proteomics. 1 (5), 376-386 (2002).</li><li>Thompson, 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=Tandem+mass+tags:+A+novel+quantification+strategy+for+comparative+analysis+of+complex+protein+mixtures+by+MS/MS.">Tandem mass tags: A novel quantification strategy for comparative analysis of complex protein mixtures by MS/MS.</a> Analytical Chemistry. 75 (8), 1895-1904 (2003).</li><li>Borner, G. H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organellar+Maps+Through+Proteomic+Profiling+-+A+Conceptual+Guide.">Organellar Maps Through Proteomic Profiling - A Conceptual Guide.</a> Molecular &amp; Cellular Proteomics. , (2020).</li><li>Gingras, A. C., Abe, K. T., Raught, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Getting+to+know+the+neighborhood:+using+proximity-dependent+biotinylation+to+characterize+protein+complexes+and+map+organelles.">Getting to know the neighborhood: using proximity-dependent biotinylation to characterize protein complexes and map organelles.</a> Current Opinion in Chemical Biology. , (2019).</li><li>Kugadas, 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=Frontline+Science:+Employing+enzymatic+treatment+options+for+management+of+ocular+biofilm-based+infections.">Frontline Science: Employing enzymatic treatment options for management of ocular biofilm-based infections.</a> Journal of Leukocyte Biology. , (2019).</li><li>Yeung, J., Gadjeva, M., Geddes-McAlister, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-Free+Quantitative+Proteomics+Distinguishes+General+and+Site-Specific+Host+Responses+to+Pseudomonas+aeruginosa+Infection+at+the+Ocular+Surface.">Label-Free Quantitative Proteomics Distinguishes General and Site-Specific Host Responses to Pseudomonas aeruginosa Infection at the Ocular Surface.</a> Proteomics. , (2020).</li><li>Yeung, J., Lamb, J., Krieger, J. R., Gadjeva, M., Geddes-McAlister, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Proteomic+Profiling+ofMurine+Ocular+Tissue+and+theExtracellular+Environment.">Quantitative Proteomic Profiling ofMurine Ocular Tissue and theExtracellular Environment.</a> Current Protocols in Mouse Biology. 10 (83), (2020).</li></ol>

השלבים הקריטיים בפרוטוקול כוללים הכנת תאי מקרופאג ואיסוף דגימות תרבות משותפת לעיבוד חלבונים עם הפרעה מינימלית לתאים. חשוב לבצע שלבים של כביסה, מחוסן והסרה של תאי מקרופאגים חסידים בעדינות ובזהירות כדי למנוע תמוגה מיותרת של תאים לפני האיסוף. הקמת MOI הנכון עבור הניסוי הוא גם קריטי כמו מחוסן ...

השכיחות של זיהומים פטרייתיים פולשניים גדלה במידה ניכרת והיא מתואמת עם שיעורי תמותה גבוהים באופן בלתי מתקבל על הדעת, המדווחים בדרך כלל אצל אנשים עם נטייה אימונודפטית1. Cryptococcus neoformans הוא פתוגן פטרייתי אופורטוניסטי ידוע לשמצה המסוגל לשרוד תאיים בתוך תאי מקרופאג מארחים. התערבות פטרייתית לקויה גורמת להפצה פטרייתית וביטויים מסכני חיים של דלקת קרום המוח cryptococcal ודלקת קרום המוח2,3. העלייה העולמית במעמד immunocompromised דרשה עלייה מקבילה בשימוש בחומרים נגד פטריות, שבו מינים פטרייתיים רבים, כולל C. neoformans, פיתחו יותר ויותר התנגדות כלפי4,5,6. לכן, חובה ליישם טכנולוגיות חזקות ויעילות כדי לענות על שאלות ביולוגיות חיוניות לגבי תגובת ההגנה המארחת ופתוגנזה מיקרוביאלית.
העידן החדש של התקדמות טכנולוגית בספקטרומטריית מסה (MS), כולל יצירת צינורות חישוביים וביואינפורמטיים רבי עוצמה, מספק את הבסיס לחזון אינטגרטיבי לניתוח בקנה מידה גדול של מחקרמארח-פתוגן 7,8. ניתוח פרוטאומי קונבנציונלי מונחה פתוגנזה בדרך כלל פרופילים ההשקפה של זיהום מנקודת המבט המארח או פתוגן, כולל מתודולוגיות מקיפות כגון פרופיל מתאם חלבון, כרומטוגרפיה זיקה בשילוב עם פרוטאומיקה, ו אינטראקציה9. חקירות על ארסיות של פתוגנים מסוכנים במערכת מארחת הן בעלות חשיבות קלינית עצומה; עם זאת, היישום של ניתוח פרספקטיבה כפולה בניסוי יחיד נחשב בעבר לבלתי ניתן להשגה. לדוגמה, נקודת המבט של הפתוגן כלפי זיהום הוא המום לעתים קרובות על ידי חלבונים מארחים בשפע מאוד וכתוצאה מכך רגישות מופחתת לגילוי של חלבונים פטרייתיים בשפע נמוך7. יתר על כן, מורכבות המדגם הגבוהה מזמינה מטרות רבות לחקור במערכת ניסיונית אחת ומוכיחה מאתגרת להבהיר מנגנוני פעולה לחלבון פתוגן ספציפי.
פרוטאומיקה מלמטה למעלה היא טכניקת MS פופולרית המאפשרת הכנת מדגם לניהול, שבה פפטידים נוצרים על ידי עיכול אנזימטי ספציפי לרצף ואחריו הפרדת כרומטוגרפיה נוזלית, זיהוי וכימות על ידי MS10,11. כאן, אנו מציגים שיטה המדגימה אסטרטגיית רכישה תלוית נתונים שמטרתה להשיג כיסוי לא משוחד של פרוטאום מבוסס זיהום או 'זיהום'. באופן ספציפי, כימות ללא תווית (LFQ) שופך את התלות בתוויות כימיות או מטבוליות לזיהוי חזק ומדויק של שינויים ברמת החלבון על פני פרוטאומים מרובים, הפחתת טיפול במדגם ועיבוד שלבים12,13. יישום אוניברסלי זה חוקר חלבונים המיוצרים ברגע נתון בתוך תא ללא תלות בכל ייצור חלבון צפוי; לכן, תובנות חדשניות עשויות להתגלות כי הם קריטיים לזיהום.
זרימת העבודה המתוארת בזאת מותאמת במיוחד כדי לחקור שינויים ברמת החלבון של C. neoformans במהלך תנאי חיקוי זיהום עם תאים חיסוניים מארחים (איור 1). במקום להסתמך על בידוד והפרדה של סוגי תאים, גישה זו מחלצת את פרוטאום המארח והפתוגן יחד, ומשתמשת בהפרדה ביואינפורמטית באמצעות שני מסדי נתונים ספציפיים לאורגניזם כדי להבחין בין ייצור חלבונים ספציפי למינים. שיטה זו מציעה יתרונות עבור מספר בלתי מוגבל של דגימות להיות מעובד ללא שלבי הכנה יקרים במיוחד הדרושים במחקרי תיוג מבוססי איזוטופ או שבר. יתר על כן, זרימת עבודה זו תומכת בפרוטוקולי מיצוי חלבונים ממוטבים הניתנים להעברה למגוון רחב של פתוגנים פטרייתיים ובקטריאליים המסוגלים למקד ולהדביק תאים חיסוניים מארחים. בסך הכל, פרוטוקול זה מתאר את השלבים להשלמת מיצוי חלבון לא משוחד ועיבוד מדגם לטרשת נפוצה ברזולוציה גבוהה, ואחריו נתונים וניתוח סטטיסטי, המסוגלים לספק שפע של ידע בחלבונים פטרייתיים משמעותיים לזיהום בשילוב עם פרופיל מקיף של תגובת ההגנה המארחת.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>100 mM Tris-HCl, pH 8.5</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP152-1</td>
			<td>Maintain at 4&#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60 x 15 mm Dish, Nunclon Delta</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>174888</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-well cell culture plate</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>140675</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetonitrile, MS grade</td>
			<td>Pierce</td>
			<td>TS-51101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic Acid</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>1099510001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>34850-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium bicarbonate (ABC)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>A643-500</td>
			<td>Prepare a stock 50 mM ABC solution, stable at room temperature for up to one month.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bel-Art&#8482; HiFlow Vacuum Aspirator Collection System</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>13-717-300</td>
			<td>Not essential, serological pipettes can be used to remove media.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C18 resin</td>
			<td>3M Empore</td>
			<td>3M2215</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell Scrapers</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10062-906</td>
			<td>Not essential, other methods to release macrophage cells can be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifugal vaccuum concentrator</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>07-748-15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Complete Filtration Unit</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10040-436</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conical falcon tubes (15 mL)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>05-539-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Countess II Automated Cell Counter</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>AMQAX1000</td>
			<td>Not essential, haemocytometer can be used as an alternative.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CytoTox 96 Non-Radioactive Cytotoxicity Assay</td>
			<td>Promega</td>
			<td>G1780</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dithiothreitol (DTT)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>R0861</td>
			<td>Prepare bulk stock solution of 1 M DTT, flash frozen and stored at -20 &#176;C until use. Discard after each use (do not freeze-thaw repeatedly).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM, high glucose, GlutaMAX Supplement</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>10566016</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum (FBS)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>12483020</td>
			<td>Heat inactivate by incubating at 60&#176;C for 30 minutes. Prepare 50 ml aliquots and flash freeze. Thaw prior to media preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Haemocytometer</td>
			<td>VWR</td>
			<td>15170-208</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>H3375</td>
			<td>Prepare 40 mM HEPES/8 M Urea in bulk stock solution, flash frozen, store at -20&#176;C until use. Discard after each use (do not freeze-thaw repeatedly).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-performance liquid chromatography system</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>LC140</td>
			<td>Gradient length is based on sample complexity, recommended 120 min gradient for infectome samples.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-resolution mass spectrometer</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>726042</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iodoacetamide (IAA)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>I6125</td>
			<td>Prepare 0.55 M bulk stock solution, flash frozen, store at -20&#176;C until use. Discard after each use (do not freeze-thaw repeatedly).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-glutamine</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>25030081</td>
			<td>Can be aliquot and frozen for storage. Thaw prior to media preparation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LoBind Microcentrifuge tubes</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>13-698-794</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MaxQuant</td>
			<td>https://maxquant.org/</td>
			<td></td>
			<td>MaxQuant is a public platform that offers tutorials, such as the MaxQuant Summer School, outlining the computational analysis steps of large MS data sets</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>13864457</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin : Streptomycin 10k/10k</td>
			<td>VWR</td>
			<td>CA12001-692</td>
			<td>Can be aliquot and frozen for storage. Thaw prior to media preparation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peptide separation columns</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>ES803</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Perseus Software</td>
			<td>http://maxquant.net/perseus/</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffered Saline</td>
			<td>VWR</td>
			<td>CA12001-676</td>
			<td>Puchase not required. PBS can also be prepared but sterile filteration must be performed before use.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pierce BCA Protein Assay</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>&#160;23225</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette, Disposable Serological (10 mL)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>13-678-11E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette, Disposable Serological (25 mL) Basix</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14955235</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Probe sonciator</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>100-132-894</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Protease inhibitor cocktail tablet</td>
			<td>Roche</td>
			<td>4693159001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium dodecyl sulfate</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>28364</td>
			<td>20% (w/v)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrophotometer (Nanodrop)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>ND-2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>STAGE tipping centrifuge</td>
			<td>Sonation</td>
			<td>STC-V2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermal Shaker</td>
			<td>VWR</td>
			<td>NO89232-908</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trifluoroacetic acid</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>85183</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin/Lys-C protease mix, MS grade</td>
			<td>Pierce</td>
			<td>A40007</td>
			<td>Maintain at -20 &#176;C.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic bath</td>
			<td>Bransonic</td>
			<td>A89375-450</td>
			<td>Stored in cold room (4C)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Urea</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>U1250-1KG</td>
			<td>Prepare 40 mM HEPES/8 M Urea in bulk stock solution, flash frozen, store at -20 &#176;C until use. Discard after each use (do not freeze-thaw repeatedly).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeast-extract peptone dextrose broth</td>
			<td>BD Difco</td>
			<td>BM20</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

label-free quantitative proteomics workflow for discovery-driven host-pathogen interactions

ההישגים הטכנולוגיים של ספקטרומטריית מסה (MS) מבוססי פרוטאומיקה כמותית פותחים אפיקים רבים שטרם התגלו לניתוח הפרוטאום העולמי של האורגניזם בתנאים משתנים. אסטרטגיה רבת עוצמה זו המיושמת על האינטראקציות של פתוגנים מיקרוביאליים עם המארח הרצוי מאפיינת באופן מקיף את שתי נקודות המבט כלפי זיהום. בזאת, זרימת העבודה מתארת כימות ללא תווית (LFQ) של ההדבקה של Cryptococcus neoformans, פתוגן תאי פטרייתי פטרייתי שהוא הסוכן הסיבתי של המחלה הקטלנית cryptococcosis, בנוכחות תאי מקרופאגים מונצחים. הפרוטוקול מפרט את טכניקות הכנת החלבון המתאימות הן לתאי פתוגן והן לתאי יונקים בניסוי אחד, וכתוצאה מכך הגשת פפטיד מתאימה לניתוח כרומטוגרפיה נוזלית (LC)-MS/MS. האופי הגנרי בעל התפוקה הגבוהה של LFQ מאפשר מגוון דינמי רחב של זיהוי וכימות חלבונים, כמו גם יכולת העברה לכל הגדרת זיהום מארח-פתוגן, תוך שמירה על רגישות קיצונית. השיטה מותאמת לקטלוג פרופילי שפע חלבון נרחבים ובלתי משוחדים של פתוגן בתנאים של חיקוי זיהום. באופן ספציפי, השיטה המודגמת כאן מספקת מידע חיוני על C. neoformans pathogenesis, כגון ייצור חלבונים הדרושים לארסיות ומזהה חלבונים מארחים קריטיים המגיבים לפלישה מיקרוביאלית.

הפרוטוקול המתואר לעיל מאפשר זיהוי וכימות של חלבונים הנגזרים הן מהפתוגן הפטריוני, C. neoformansוהן מהמארח, תאי מקרופאג', בניסוי אחד. בעקבות תרבות משותפת, תאים נאספים ומעובדים יחד ומופרדים ביו-אינפורמטית בהתבסס על פרופילי פפטיד ספציפיים לכל מין. זוהי גישה רבת עוצמה להגדרת יחסי הגומלין של יחס...

Watch this Scientific Journal Video about Label-Free Quantitative Proteomics Workflow for Discovery-Driven Host-Pathogen Interactions at JoVE.com

Label-Free Quantitative Proteomics Workflow for Discovery-Driven Host-Pathogen Interactions

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לפרופיל יחסי הגומלין בין מארח לפתוגן במהלך זיהום על ידי פרוטאומיקה מבוססת ספקטרומטריה המונית. פרוטוקול זה משתמש כימות ללא תווית כדי למדוד שינויים בשפע החלבון של המארח (למשל, מקרופאגים) ופתוגן (למשל, Cryptococcus neoformans) בניסוי אחד.

זרימת עבודה פרוטאומית כמותית ללא תוויות עבור אינטראקציות מארח-פתוגן מונחות גילוי

The technological achievements of mass spectrometry (MS)-based quantitative proteomics opens many undiscovered avenues for analyzing an organism&#8217;s ...

Our protocol investigates fungal infection from both the host and pathogen perspectives to identify interactions between the biological systems that are critical for a disease. We can detect both fungal and host proteins in a single experiment and identify fungal proteins only produced during infection, representing novel infection-associated proteins. Although we focus on treating fungal infections by uncovering novel anti-virulent strategies for treatment, our proteomics and bioinformatics pipeline is universal and could be applied to many biological systems.Our approach lays the foundation for studies of different pathogens and numerous immune responses and can be used to provide new insights into the relationship between cryptococcus and the innate immune system. The macrophage response to pathogens and detecting enough fungal proteins are important. Therefore testing and optimizing MOIs and time points for each species are recommended.As macrophage and fungal cell culture can be challenging, knowing what to expect after coculture is important. Visualization provides the researcher with confidence in implementing the procedure. To prepare fungal cells for a macrophage infection, collect and centrifuge C neoformans cells from a mid long phase culture, followed by three gentle washes with one milliliter of room temperature PBS under the same centrifuge conditions.After the last wash, resuspend the fungal cells at a 1.2 times 10 to the eighth cells per milliliter of antibiotic free cell culture, medium concentration and add one milliliter of fungal cell suspension to each of four wells of a 70%to 80%confluent six well macrophage culture plate. Then, place the plate in the cell culture incubator for three hours. Carefully tilt the plate to allow each well to be gently washed three times with one milliliter of PBS per well per wash.To measure the infection proficiency after the last wash, add one milliliter of antibiotic free medium to each well of the six well plate, and place the plate in the cell culture incubator. At the appropriate experimental time points, collect the supernatant from each well and measure the amount of LDH in each well according to standard protocols. At the same time points, lyse the uninfected macrophage cells to determine the value for maximum cytotoxicity.The cytotoxicity can then be calculated using the formula as indicated. For uninfected macrophage collection and co-culture, add one milliliter of cold PBS to each well of uninfected macrophages. After one minute, gently tap the plate to detach the cells from the bottoms of the wells and pool the cell suspensions into a single 15 milliliter tube.Collect the cells by centrifugation and completely remove the supernatant to allow immediate flash freezing of the pellet in liquid nitrogen for minus 80 degree storage. Principal component analysis of the process to datasets reveals that, as expected, the largest component of separation among the data is infected versus non-infected samples. The second distinguishing feature of the samples is their biological variability.Combining a Pearson correlation with hierarchical clustering by Euclidean distance shows a distinct clustering of infected versus non-infected samples with a replicate reproducibility ranging from 95%to 96%Students'T test corrected for multiple hypothesis testing using a Benjamini-Hochberg False Discovery Rate can be performed to identify proteins with significant differences in abundance during infection compared to non-infected controls. In this analysis, 117 host proteins demonstrating a significant change in expression upon infection were identified. Notably, significant increases in the abundance of fungal proteins, as expected during infection, were also observed.It is important to handle the macrophages gently during coculturing, washing, and sample collection. By defining how the pathogen adapts to the host and how the host defends itself from infection, new insights are acquired into the fields of microbiology and immunology.

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Use of an Optical Trap for Study of Host-Pathogen Interactions for Dynamic Live Cell Imaging

השימוש מלכודת אופטית לחקר מארח הפתוגן אינטראקציות עבור הדמיה דינמי תא חי

Dynamic live cell imaging allows direct visualization of real-time interactions between cells of the immune system1, 2; however, the lack of spatial and ...

Use of the EpiAirway Model for Characterizing Long-term Host-pathogen Interactions

שימוש במודל EpiAirway לאפיון לטווח ארוך מארח הפתוגן אינטראקציות

Nontypeable Haemophilus influenzae  (NTHi) are human-adapted Gram-negative bacteria that can cause recurrent and chronic infections of the respiratory ...

A Comparative Approach to Characterize the Landscape of Host-Pathogen Protein-Protein Interactions

גישה השוואתית כדי לאפיין את הנוף של אינטראקציות בין חלבונים מאכסן לפתוגן

Significant efforts were gathered to generate  large-scale comprehensive protein-protein interaction network maps. This is  instrumental to understand the ...

Detection of Human Leukocyte Antigen Biomarkers in Breast Cancer Utilizing Label-free Biosensor Technology

איתור של יקוציט האדם Antigen Biomarkers בסרטן שד ניצול הטכנולוגיה biosensor ללא תווית

According to the American Cancer Society, more than 200,000 women will be diagnosed with invasive breast cancer each year and approximately 40,000 will ...

Electroporation of Functional Bacterial Effectors into Mammalian Cells

Electroporation של effectors בקטריאלי פונקציונלי לתאי יונקים

The study of protein interactions in the context of living cells can generate critical information about localization, dynamics, and interacting partners. ...

Evaluation of the Efficacy And Toxicity of RNAs Targeting HIV-1 Production for Use in Gene or Drug Therapy

הערכת היעילות והרעילות של RNAs מיקוד ייצור HIV-1 לשימוש ב ג&#39;ין או טיפול תרופתי

Small RNA therapies targeting post-integration steps in the HIV-1 replication cycle are among the top candidates for gene therapy and have the potential ...

A New Method for Qualitative Multi-scale Analysis of Bacterial Biofilms on Filamentous Fungal Colonies Using Confocal and Electron Microscopy

שיטה חדשה לניתוח איכותי רב היקף של Biofilms חיידקית על פילמנטיות פטרייתיים המושבות Confocal שימוש במיקרוסקופ אלקטרונים

Bacterial biofilms frequently form on fungal surfaces and can be involved in numerous bacterial-fungal interaction processes, such as metabolic ...

Ex Vivo Infection of Human Lymphoid Tissue and Female Genital Mucosa with Human Immunodeficiency Virus 1 and Histoculture

Ex Vivo Infection of Human Lymphoid Tissue and Female Genital Mucosa with Human Immunodeficiency Virus 1 and Histoculture

לשעבר Vivo דלקת של רירית איברי המין האנושי רקמת הלימפה ונקבה עם וירוס הכשל החיסוני האנושי 1, Histoculture

Histocultures allow studying intercellular interactions within human tissues, and they can be employed to model host-pathogen interactions under ...

Label-free Neutrophil Enrichment from Patient-derived Airway Secretion Using Closed-loop Inertial Microfluidics

העשרה ללא תווית נויטרופילים של הפרשת נגזר המטופל דרכי הנשימה באמצעות לולאה סגורה אינרציאלית מיקרופלואידיקה

Airway secretions contain a large number of immune-related cells, e.g., neutrophils, macrophages, and lymphocytes, which can be used as a major resource ...

Label-Free Identification of Lymphocyte Subtypes Using Three-Dimensional Quantitative Phase Imaging and Machine Learning

ללא תווית זיהוי של לימפוציטים יחוברו באמצעות הדמיה תלת פאזה כמותית, מכונת למידה

We describe here a protocol for the label-free identification of lymphocyte subtypes using quantitative phase imaging and machine learning. Identification ...