RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Christian Berens1,2, Stephanie Bisle3, Leonie Klingenbeck3, Anja Lührmann3
1Department Biologie,Friedrich-Alexander-Universität, 2Institut für Molekulare Pathogenese,Friedrich-Loeffler-Institut, 3Mikrobiologisches Institut - Klinische Mikrobiologie, Immunologie und Hygiene,Universitätsklinikum Erlangen
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
تستخدم الطريقة الموضحة هنا للحث على سلسلة إشارات موت الخلايا المبرمج في خطوات محددة من أجل تشريح نشاط بروتين المستجيب البكتيري المضاد لموت الخلايا المبرمج. يمكن أيضا استخدام هذه الطريقة للتعبير المحفز عن البروتينات المؤيدة لموت الخلايا المبرمج أو السامة ، أو لتشريح التداخل مع مسارات الإشارات الأخرى.
تقنية المعروضة هنا يسمح احد لتحليل في الخطوة التي بروتين الهدف، أو بدلا من ذلك جزيء صغير، تتفاعل مع مكونات مسار الإشارات. وتستند هذه الطريقة، من جهة، على التعبير عن محرض من بروتين معين لبدء الحدث الإشارات في خطوة محددة ومقررة مسبقا في شلال يشير المحدد. التعبير يصاحب ذلك، من ناحية أخرى، من الجينات في المصالح ثم يسمح للمحقق لتقييم ما إذا كان النشاط من البروتين المستهدف أعرب يقع المنبع أو المصب لهذا الحدث مما يشير بدأت، اعتمادا على قراءات من مسار الإشارات التي يتم الحصول عليها. هنا، تم اختيار سلسلة أفكارك كمسار إشارات محددة لإثبات وظائف البروتوكول. البكتيريا المسببة للأمراض، مثل الكوكسيلا البورنيتية، نقل من البروتينات المستجيب التي تتداخل مع الحث موت الخلايا المضيفة في الخلية المضيفة لضمان بقاء البكتيريا في الخلية وللترويج لنشر في الكائن الحي. وC. بروتين المستجيب البورنيتية CaeB يمنع بشكل فعال موت الخلايا المضيفة بعد استحثاث موت الخلايا المبرمج مع ضوء الأشعة فوق البنفسجية أو مع staurosporine. لتضييق على الخطوة التي CaeB يتداخل مع انتشار الإشارة أفكارك، وأعرب عن البروتينات المحددة مع جيدا اتسم بالنشاط المساعد على أفكارك عابر بطريقة الدوكسيسيكلين محرض. إذا يعمل CaeB المنبع من هذه البروتينات، وموت الخلايا المبرمج المضي قدما دون عوائق. إذا يعمل CaeB المصب، سيتم تحول دون موت الخلايا. كانت البروتينات الاختبار المختارة باكس، الذي يعمل على مستوى الميتوكوندريا، وكاسباس 3، وهو الأنزيم البروتيني الجلاد كبير. CaeB يتداخل مع موت الخلايا الناجم عن باكس التعبير، ولكن ليس عن طريق كاسباس 3 التعبير. CaeB، وبالتالي يتفاعل مع تتالي أفكارك بين هذه البروتينات اثنين.
الفوعة للعوامل الممرضة سلبية الغرام البكتيرية تعتمد على أنظمة إفراز المتخصصة لخطف الخلايا المضيفة حقيقية النواة. البكتيريا تستخدم هذه النظم إفراز لحقن البروتينات الفوعة البكتيرية (المؤثرات) في الخلية المضيفة لتعديل مجموعة متنوعة من الأنشطة الخلوية والكيمياء الحيوية. قدمت دراسة البروتينات المستجيب ليس فقط نظرة ملحوظة في الجوانب الأساسية للمضيف / التفاعلات الممرض ولكن أيضا في البيولوجيا الأساسية للخلايا حقيقية النواة 1. وقد تبين أن التشكيل من موت الخلايا المبرمج الخلية المضيفة أن تكون آلية الفوعة هامة لكثير من الكائنات الممرضة داخل الخلايا، كما تم تحديد عدد من البروتينات المستجيب تحوير الخلايا 2-9. ومع ذلك، آلياتها الجزيئية دقيقة من النشاط لا تزال بعيدة المنال في كثير من الحالات.
موت الخلايا المبرمج، وهو شكل من موت الخلية المبرمج، يلعب دورا هاما في الاستجابة المناعية للإصابة 10. مسارين الرئيسية المؤدية إلى موت الخلايا المبرمج لهاتم تحديد: استهداف الميتوكوندريا (موت الخلايا المبرمج الجوهرية) أو تنبيغ المباشر للإشارة عن طريق مستقبلات موت الخلايا في الغشاء البلازمي (موت الخلايا المبرمج خارجي). يتم تشغيل مسار موت الخلايا الذاتية أو بوساطة الميتوكوندريا بواسطة إشارات بين الخلايا وتتضمن تفعيل باكس وباك، وهما عضوان الموالية لأفكارك من عائلة بي سي إل 2. وتتكون هذه العائلة من البروتينات منظم المؤيدة والمضادة للأفكارك التي تتحكم في موت الخلايا 11-14. تفعيل الخلايا يؤدي إلى oligomerization من باكس وباك تليها permeabilization لاحق من الغشاء الخارجي الميتوكوندريا، مما أدى إلى الإفراج السيتوكروم C إلى السيتوبلازم. الإفراج السيتوكروم C يبدأ تفعيل caspases المستجيب 3 و 7 من خلال تفعيل كاسباس 9 في apoptosome 15. وهذا يؤدي إلى التحلل البروتيني من ركائز مختارة، من بين أمور أخرى، يؤدي إلى تعرض فسفاتيديل على سطح الخلية 16 و يحرر الدناز مخصص أن شظايا الفصلromatin 17،18.
من أجل تحديد مكان ضمن سلسلة أفكارك بروتين المستجيب الفردية يتدخل، كان يعمل بنظام التعبير محرض 19. وكانت الأجهزة التنظيمية للتعبير مشروط من الجينات المحورة أداة لا تقدر بثمن في تحليل وظيفة البروتين داخل الخلية أو أهميتها بالنسبة للأنسجة، جهاز والتنمية الكائن الحي، وكذلك أثناء بدء والتقدم والحفاظ على المرض 20-23. عادة، ونظم التحكم محرض، مثل نظام تيت 24 يعملون هنا، تشكل وحدة النسخ الاصطناعية (انظر الشكل 1). عنصر واحد هو عامل النسخ هندسيا بشكل مصطنع دعا نقل واكتساب التكنولوجيا (التي تعتمد على التتراسيكلين النسخ المنشط)، التي شكلتها انصهار النسخ كاظمة البكتيرية TetR 25 إلى مجال البروتين الثدييات التي تتوسط تفعيل النسخي أو إسكات 24،26. العنصر الثاني هو هجينالمروج، ووصف TRE (عنصر التتراسيكلين استجابة)، التي تتألف من الحد الأدنى من المروج حقيقية النواة، التي تحتوي على ما لا يقل عن TATA مربع وموقع بدء النسخ، وانضم إلى تكرار متعددة من موقع ملزم DNA وما شابه ذلك لTetR، TETO 24،25. العنصر الثالث هو يجند الطبيعي للTetR، التتراسيكلين أو أحد مشتقاته، مثل anhydrotetracycline أو دوكسي 25. على يجند بالإضافة إلى مستنبت، TetR يفقد تقارب من أجل تيتو وتنأى عن TRE. ونتيجة لذلك، يتم إلغاء نسخ من الجين المستهدف. التعبير التحوير يمكن، بالتالي، أن تسيطر بإحكام بطريقة الزمنية وتعتمد على الجرعة في كل من زراعة الخلايا والحيوانات 20،23،24. مع نقل واكتساب التكنولوجيا، يحدث التحوير التعبير بشكل جوهري، إلا في وجود التتراسيكلين. هذا يمكن أن يكون العيب في دراسة السامة للخلايا أو أنكجنيك البروتينات لأن التتراسيكلين أولا أن يتم إزالتها من النظام، قبل التحوير expressioن يحدث ويمكن رصد آثار البروتين المستهدف على الخلية. هذا يمكن أن يكون مضيعة للوقت وليس دائما كاملة، خصوصا في الحيوانات المعدلة وراثيا 27. لمعالجة هذا القيد، تم استخدام متحولة TetR مع استجابة عكسية لوجود الدوكسيسيكلين لتوليد عامل النسخ الجديدة، rtTA (عكس TTA) 28. فإنه يلزم فقط لتري، وبصورة متزامنة، وينشط النسخ في وجود دوكسي. التسرب المتبقية للنظام، أي، التعبير التحوير في غياب عامل النسخ متجهة الى TRE، منشؤها إما (ط) من آثار الموقف في موقع التكامل الجيني، (ب) من TRE نفسها 29، أو (ج) من غير -specific ملزمة للنقل واكتساب التكنولوجيا / rtTA 28، وقد وجهت عن طريق إدخال كاتم الصوت النسخي إضافية، ووصف تحويل النص إلى كلام (التي تعتمد على التتراسيكلين كاتم الصوت النسخي) 30 إلى النظام. أنها تشكل شبكة تنظيمية مزدوجة مع rtTA (انظر الشكل 1).في غياب الدوكسيسيكلين، تحويل النص إلى كلام بربط TRE والعمل بنشاط على إيقاف أي النسخ المتبقية. في ظل وجود الدوكسيسيكلين، تحويل النص إلى كلام تنأى عن TRE وrtTA بربط حمل في وقت واحد التعبير عن الجينات المستهدفة. هذه طبقة إضافية من الصرامة ضرورية في كثير من الأحيان للتعبير عن البروتينات السامة للخلايا نشطة للغاية 31-34.
باستخدام هذا النظام المزدوج المنظم لرقابة مشددة، ويمكن البدء في سلسلة أفكارك في خطوة محددة تسمح بتحليل ما إذا كان البروتين المستجيب معينة يمكن أن تتداخل مع الخلايا الاستقراء. لا يمكن استخدام هذا الأسلوب فقط لدراسة النشاط المضادة للأفكارك البروتينات المستجيب البكتيرية ولكن أيضا للتعبير عن محرض من البروتينات الموالية لأفكارك أو السامة أو لتشريح التدخل في مسارات إشارات أخرى.
1. جيل من خطوط الخلايا مستقرة التعبير عن بروتين الاهتمام
تحليل 2. من خطوط الخلايا مستقرة خلال تحليل طخة مناعية
3. تحليل الخلايا باستخدام عداد الكريات التدفق.
4. ترنسفكأيشن من مستقر خط الخلية مع محرض نظام ناقلات التعبير
5. استحثاث موت الخلايا المبرمج
تحليل 6. من الخلية المضيفة موت الخلايا المبرمج من قبل تحليل طخة مناعية
أولا، تم إنشاء خطوط الخلايا HEK293 التعبير عن ثابت وبروتين من الفائدة (CaeB) كما بروتين GFP الانصهار. كعنصر تحكم، قد تولدت أيضا خطوط الخلايا HEK293 التعبير عن ثابت GFP. تم التحقق من التعبير عن GFP وGFP-CaeB عن طريق تحليل طخة مناعية. لطخة مناعية ممثل (الشكل 4A) يوضح التعبير مستقر وقابل للكشف بشكل واضح من GFP وGFP-CaeB. ومع ذلك، هذا الاختبار لا يمكن تحديد ما إذا كانت جميع خلايا تعبر عن GFP أو GFP-CaeB. لذلك، تم تحليل ستابلي خطوط الخلايا HEK293 أيضا التدفق الخلوي. كما هو مبين في الشكل 4B، وأعرب أكثر من 90٪ من الخلايا في كل من خطوط الخلايا GFP. وهكذا، هذه خطوط الخلايا مستقرة يمكن استخدامها لإجراء مزيد من التحليل وظيفة CaeB. في الخطوة التالية، ويعاير النشاط المناهض للأفكارك من CaeB عن طريق تحليل طخة مناعية باستخدام الأجسام المضادة ضد PARP المشقوق. انشقاق بروتين من PARP النووي يعطل النشاط إصلاح الحمض النووي وهو علامة نموذجية من termiمراحل نال من موت الخلايا المبرمج. لم يتم الكشف عن انشقاق من PARP في HEK293-GFP أو خلايا HEK293-GFP-CaeB، مما يدل على أن أيا من التعبير عن GFP، ولا من GFP-CaeB غير سامة للخلايا. ومع ذلك، عندما تم علاج الخلايا مع staurosporine، وهو محفز قوي للموت الخلايا المبرمج الجوهرية، تم الكشف عن انشقاق من PARP (الشكل 5). الأهم من ذلك، تظهر خلايا HEK293-GFP-CaeB تخفيض الانقسام من PARP، مما يدل على النشاط المناهض للأفكارك من الكوكسيلا البورنيتية النوع الرابع البروتين نظام إفراز المستجيب CaeB 7.
تحليل في الخطوة التي CaeB يتداخل مع مسار أفكارك، كان يعمل على نظام تيت أون. في التفاصيل، و transfected الخلايا HEK293-GFP أو HEK293-GFP-CaeB مع البلازميد منظم يعبرون بشكل جوهري على كاظمة المزدوج / الإعداد التي تسيطر عليها دوكسي المنشط (الشكل 2) والترميز pTRE استجابة البلازميد إما كامل طول باكس البشري أو شكل تفعيلها لل كاسباس الإنسان 3، ووصف revCasp 3 (الشكل 3). وينظم هذا النظام بإحكام، كما يدل على ذلك عدم وجود PARP الانقسام تحت غير الذي يحفز الظروف (الشكل 6). أدت إضافة دوكسي إلى الخلايا المصابة بالعدوى بالنقل في التعبير عن باكس أو revCasp 3. إذا يتدخل CaeB مع مسار أفكارك المصب باكس، ثم يجب أن يكون قد تم حظره إشارة أفكارك الناتجة عن التعبير وتفعيل لاحق من قبل باكس CaeB التعبير. في الواقع، وخلايا HEK293 يعبرون عن ثابت GFP-CaeB تمنع عميقا موت الخلايا المبرمج من قبل التعريفي التي تسيطر عليها دوكسي باكس التعبير، في حين أن الخلايا HEK293-GFP عرض واضح PARP الانقسام. هذه النتيجة تشير إلى أن CaeB كتل الخلايا تحريض المصب من تفعيل باكس. بعد ذلك، تم تحليل ما إذا CaeB يمكن أن تتداخل مع كاسباس 3 التنشيط - حدث في وقت متأخر من مسار أفكارك. خلايا HEK293-GFP، وكذلك خلايا HEK293-GFP-CaeB، انشقاق المعرض PARP (الشكل 6)، مشيرا إلى أنه بمجرد أن كاسباس المستجيب 3 وأكتيفلا يمكن ATED، CaeB منع موت الخلايا المبرمج من الحدوث. معا المتخذة، وتظهر هذه البيانات التي CaeB يعمل بين باكس وكاسباس 3 التنشيط.

الشكل 1. نظرة عامة تخطيطي للنظام التنظيمي التتراسيكلين. ويتألف نظام تيت-على اثنين من البلازميدات مختلفة، البلازميدات التنظيمية والاستجابة لها. البلازميد التنظيمي بترميز transsilencer تيت-استجابة (تحويل النص إلى كلام، شغل دائرة) وtransactivator عكس تيت متجاوبة (rtTA، دائرة مفتوحة). يتم التعبير عن كل من البروتينات بشكل جوهري تحت سيطرة القوي، التأسيسي استطالة عامل 1 ألفا المروج (P EF-1A). TTS وrtTA هي عوامل النسخ خيالية تتكون من مجال حقيقيات النوى النسخي التنظيمي (كاتم الصوت أو المنشط، على التوالي)، وكاظمة التتراسيكلين البكتيري (TetR). TetR يتوسط DNA ملزمة لسبعة تيت م> مشغل (تيتو) تسلسل على البلازميد استجابة يقع TETO المنبع للمحرض الحد الأدنى من الفيروس المضخم للخلايا المروج (P CMV)، جنبا إلى جنب تشكيل العنصر تيت المراعية لل(TRE). في ظل ظروف غير المحفزة، تحويل النص إلى كلام لا بد أن TRE منع التعبير. بعد إضافة الدوكسيسيكلين (دوكس، شغل الماس)، يتفاعل مع rtTA دوكس مما يؤدي إلى تغيرات متعلق بتكوين والتنشيط. تنشيط rtTA يستبدل تحويل النص إلى كلام على البلازميد ردا على ذلك، يسمح النسخ من الجينات المستهدفة منها باكس وكاسباس 3، مما يؤدي إلى تحريض موت الخلايا المبرمج وموت الخلايا. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2. نظرة تخطيطية للالبلازميد pWHE125 التنظيمية. عناصر أساسية لنشر في البكالورياالبكتيرات، بما في ذلك أصل التكرار (أوري PBR) وكاسيت مقاومة المضادات الحيوية ضد الأمبيسلين (الأمبير R)، وللتعبير عن تيت-transregulators، مثل قوي، التأسيسي الفورية المبكرة المروج / محسن من الفيروس المضخم للخلايا البشرية (P / E hCMV)، وهو موقع الريبوسوم الداخلية ملزم من شلل الأطفال للفيروسات (PV-IRES) والموقع بوليا من فيروس قردي 40 (SV40 بوليا) يتم عرضها. الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3. نظرة تخطيطية للالبلازميد استجابة. عناصر أساسية لانتشار البكتيريا، بما في ذلك أصل التكرار (أوري PBR) والمقاومة للمضادات الحيوية كاسيت (الأمبير R)، وللتعبير محرض في حقيقيات النوى، مثل expressi التحويرعلى شريط كاسيت مع المروج تيت التي تعتمد على الحد الأدنى من TREtight (P TREtight)، الجينات في المصالح البشرية باكس (hBax) وموقع بوليا من فيروس قردي 40 (SV40 بوليا)، ويصور. ويحيط الكاسيت التحوير التعبير يكرر جنبا إلى جنب مباشرة من نسختين من الدجاج HS4 تسلسل عازل الأساسية (HS4 الأساسية). بالإضافة إلى ذلك، كاسيت المقاومة G418 تتألف من الفئران فسفوغليسرات كيناز 1 المروج (P mPGK)، مقاومة الجينات بالنيوميسين (G418 R) وموقع بوليا كيناز ثيميدين الإنسان (TK بوليا) موجود. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 4. HEK293-GFP وHEK293-GFP-CaeB تعبر عن ثابت البروتينات الفلورية الخضراء. (A) لست] خلية كاملة من HEK293-GFP وتم immunoblotted خلايا HEK293-GFP-CaeB لGFP لإظهار التعبير مستقرة. يظهر (B) التدفق الخلوي ممثل (FACS) تحليل HEK293-GFP والخلايا HEK293-GFP-CaeB للتدليل على شدة التعبير GFP. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

وعولج الشكل 5. آثار التعبير عن GFP-CaeB على يسببها staurosporine موت الخلايا المبرمج. HEK293-GFP والخلايا HEK293-GFP-CaeB مع 4 ميكرومتر staurosporine عن 6 ساعات للحث على موت الخلايا المبرمج الجوهرية. تم تحليل الخلايا التي المشقوق تحليل PARP طخة مناعية. تم تخفيض PARP الانقسام في الخلايا HEK293-GFP-CaeB بالمقارنة مع خلايا HEK293-GFP. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبرمن هذا الرقم.

الرقم 6. استخدام النظام تيتون لتضييق نقطة عمل CaeB. وكان المستحث (A) موت الخلايا المبرمج من قبل التعبير عن باكس في HEK293-GFP والخلايا HEK293-GFP-CaeB. تم تحليل الخلايا التي المشقوق تحليل PARP طخة مناعية. تم تخفيض PARP الانقسام في الخلايا HEK293-GFP-CaeB بالمقارنة مع خلايا HEK293-GFP. وكان المستحث (B) موت الخلايا المبرمج من قبل التعبير عن revCasp 3 في HEK293-GFP والخلايا HEK293-GFP-CaeB. تم تحليل الخلايا التي المشقوق تحليل PARP طخة مناعية. كان PARP انشقاق مماثل في خلايا HEK293-GFP-CaeB وHEK293-GFP. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
تستخدم الطريقة الموضحة هنا للحث على سلسلة إشارات موت الخلايا المبرمج في خطوات محددة من أجل تشريح نشاط بروتين المستجيب البكتيري المضاد لموت الخلايا المبرمج. يمكن أيضا استخدام هذه الطريقة للتعبير المحفز عن البروتينات المؤيدة لموت الخلايا المبرمج أو السامة ، أو لتشريح التداخل مع مسارات الإشارات الأخرى.
تم دعم هذا العمل من قبل Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) من خلال مبادرة البحث التعاوني 796 (SFB796) إلى A.L. و CB ، ومن خلال مكالمة ERA-NET PathoGenoMics 3 rd إلى A.L.
| DMEM Life Technologies | 31966-021 | ||
| FCS | Biochrom | S0115 | |
| القلم / البكتيريا العصبية | 15140-122 | ||
| تقنيات الحياة OptiMEM | 51985 | ||
| X-tremeGENE 9 | Roche | 6365752001 | |
| Geneticin | Roth | CP11.3 | |
| Polyethylenimine | Polyscienes | 23966 | |
| Doxycycline | Sigma Aldrich | D9891 | |
| Mini-PROTEAN Tetra Cell | Bio-Rad | 165-8000EDU | |
| Trans-Blot SD خلية نقل شبه جافة | Bio-Rad | 170-3940 | |
| PageRuler سلم البروتين | الملون Thermo Scientific | 26616 | |
| غشاء | PVDFMillipore | IPVH00010 | |
| مكافحة GFP | لايف تكنولوجيز | A6455 | |
| المضاد للشق PARP | BD Bioscience | 611038 | |
| مضاد للأكتين | سيجما ألدريتش | A2066 | |
| ماوس IgG (H + L) -HRPO | Dianova | 111-035-062 | |
| Rabbit IgG (H + L) -HRPO | Dianova | 111-035-045 | |
| ECL Western Blot | Substrate Thermo Scientific | 32106 | |
| Restore Plus Western Blot Stripping Buffer | Thermo Scientific | 46428 |