يصف هذا البروتوكول في مقايسة في الجسم الحي من البلعوم تستخدم لتقييم وقياس قدرة الشباب والمسنين Drosophila الهيموسيات الميلانوغاستر على البكتيريا البلعمية.
مقالة منهجية
يصف هذا البروتوكول في مقايسة في الجسم الحي من البلعوم تستخدم لتقييم وقياس قدرة الشباب والمسنين Drosophila الهيموسيات الميلانوغاستر على البكتيريا البلعمية.
البلعوم هو وظيفة أساسية من الاستجابة المناعية الفطرية. يتم تنفيذ هذه العملية من قبل الهيموسيات البلعومية التي تتمثل وظيفتها الأساسية في التعرف على مجموعة واسعة من الجسيمات وتدمير مسببات الأمراض الميكروبية. مع تقدم الكائنات الحية في العمر ، تبدأ هذه العملية في الانخفاض ، ومع ذلك لا يعرف سوى القليل عن الآليات الأساسية أو الأساس الوراثي للمناعة. هنا ، يتم استخدام حقنة مقرها في فحص البلعوم الحوي لتقييم التغيرات ذات الصلة بالعمر في جوانب مختلفة من البلعوم ، مثل الربط ، والابتلاع ، وتدهور الجسيمات الداخلية ، من خلال تحديد كمي الأحداث البلعوية في الهيموسيات في Drosophila الكبار Drosophila melanogaster أصبح نموذجًا مثاليًا للتحقيق في التغيرات المرتبطة بالعمر في وظيفة المناعة الفطرية لأسباب عديدة. لأحد، يتم حفظ العديد من المكونات الوراثية ووظائف الاستجابة المناعية الفطرية، بما في ذلك البلعميات، تطوريا بين دروسوفيليا والثدييات. وبسبب ذلك، من المرجح أن تكون النتائج التي يتم الحصول عليها من استخدام هذا البروتوكول ذات صلة على نطاق واسع بفهم التغيرات المرتبطة بالعمر في وظائف المناعة في مجموعة متنوعة من الكائنات الحية. بالإضافة إلى ذلك، نلاحظ أن هذه الطريقة توفر تقديرات كمية من قدرة البلعومات الهيموسية، والتي يمكن أن تكون مفيدة لمجموعة متنوعة من المواضيع البحثية، ويجب أن لا تقتصر على دراسات الشيخوخة.
نظام المناعة الفطرية، الذي يتكون من الحواجز الفيزيائية والكيميائية للعدوى، فضلا عن المكونات الخلوية، هو التطوري المحفوظة عبر الكائنات متعددة الخلايا1،2. كما خط الدفاع الأول، الجهاز المناعي الفطرية تلعب دورا حاسما في مكافحة مسببات الأمراض الغازية في جميع الحيوانات1،2،3. تتضمن مكونات الاستجابة المناعية الفطرية مجموعة واسعة من أنواع الخلايا التي تصنف على أساس أنها تفتقر إلى التحديد والذاكرة المناعية2،3،4. في البشر، وتشمل هذه الأنواع الخلية monocytes البلعوية و الضامة، العدلات، وخلايا القاتل الطبيعي السام للخلايا4،5. في حين أن وجود نظام المناعة الوظيفي أمر ضروري للبقاء على قيد الحياة المضيف، فمن الواضح أن وظيفة الخلايا المناعية تنخفض مع التقدم في السن، وهي ظاهرة تعرف باسم المناعة5،6. يمكن أن تساعد القدرة على تقييم التغيرات المرتبطة بالعمر في الاستجابة المناعية ، بما في ذلك الجوانب المختلفة لعملية البلعمة ، في فهمنا للمناعة. الإجراء الذي يصفه هنا يوفر نهجا فعالا وقابلا للتكرار لتقييم وقياس الأحداث البلعمية بواسطة الهيموسيات في Drosophila الميلانوغاستر.
Drosophila هو نموذج مثالي لدراسة الاستجابة المناعية لأسباب عديدة. فمن ناحية، هناك مجموعة واسعة من الأدوات الجينية المتاحة التي تجعل من الممكن بسهولة التلاعب التعبير الجيني بطريقة تعتمد على الأنسجة7. وتشمل هذه الأدوات مجموعة من المسوخ، ومخزونات تدخل الجيش الملكي النيبالي، ومخزونات GAL4/UAS، ولوحة Drosophila المرجعية الجينية التي تحتوي على 205 خطوط مختلفة من نوعها يتم فهرسة تسلسل الجينوم بأكملها8. دورة الحياة القصيرة للدروصوفيا والعدد الكبير من الأفراد المنتجة تسمح للباحثين لاختبار عدة أفراد في بيئة خاضعة للرقابة، في فترة قصيرة من الزمن. وهذا يحسن إلى حد كبير القدرة على تحديد الاختلافات الدقيقة في الاستجابات المناعية للعدوى بين الأنماط الجينية، بين الجنسين أو عبر الأعمار. الأهم من ذلك، يتم حفظ العديد من المكونات الوراثية ووظائف الاستجابة المناعية الفطرية، بما في ذلك البلعميات، تطوريا بين دروسوفيليا والثدييات1،2.
في Drosophila ، تتم عملية البلعوم الذي يلي العدوى بواسطة الهيموسيات البلعائية تسمى البلازما ، والتي تعادل الضامة الثديية9. Hemocytes ضرورية لل التعرف على مجموعة واسعة من الجسيمات وتطهير مسببات الأمراض الميكروبية9،10،11،12،13. هذه الخلايا تعبر عن مجموعة متنوعة من المستقبلات التي يجب أن تميز النفس عن غير الذات، والشروع في الأحداث إشارة اللازمة لتنفيذ عملية البلعومات10،11،12،13،14،15. مرة واحدة في الجسيمات ملزمة، ويبدأ في أن تكون داخلية من خلال إعادة تنظيم الهيكل الكيسي actin وإعادة عرض غشاء البلازما لتوسيع حول الجسيمات، وتشكيل كوب البلعومات11،12،13،14. خلال هذه العملية، مجموعة أخرى من الإشارات تخبر الخلية إلى استيعاب الجسيمات أكثر عن طريق إغلاق كوب البلعوم، وتشكيل غشاء ملزمة phagosome11،12،13،14،15. ثم يخضع الفطووم لعملية نضوج، مع ربطه ببروتينات مختلفة، وصهره مع الليسومات، وتشكيل الفطوسومات الحمضية11،12،13،14،15. عند هذه النقطة، يمكن أن تكون الجسيمات بكفاءة تحلل والقضاء11،,12،,13،,14،,15. وقد كشفت الدراسات Drosophila أن الذباب الأكبر سنا (4 أسابيع من العمر) لديها انخفاض القدرة على إزالة العدوى مقارنة مع الذباب الأصغر سنا (1-1- العمر) ، على الأرجح يرجع ذلك ، على الأقل جزئيا ، إلى انخفاض في بعض جوانب البلعمة16،17.
تستخدم الطريقة الموصوفة هنا جسيمات إشريكية القولونية المنفصلة التي تحمل علامات الفلورسنت، وتحمل أحدهما الفلوروفور القياسي والأخرى حساسة للغلاف الحراري، لتقييم جانبين مختلفين من البلعمرة: الغمر الأولي للجسيمات، وتدهور الجسيمات في الفوماضات. في هذا الفحص ، يمكن ملاحظة الفلورو-الجسيمات عندما تكون الجسيمات مقيدة ومغمرة بالهيموسيات ، في حين أن الجسيمات الحساسة درجة الحموضة فلورية فقط في ظروف درجة الحموضة المنخفضة للphagosome. ويمكن بعد ذلك أن يلاحظ أحداث الفلورسنت في الهيموسيات التي تُحل على طول السفينة الظهرية. نحن نركز على الهيموسيت المترجمة إلى السفينة الظهرية، والتي توفر معلما التشريحية لتحديد موقع الهيموسيات التي من المعروف أنها تساهم في إزالة البكتيريا، وعزلها باستمرار. ومع ذلك، الهيموسيات في أجزاء أخرى من الجسم والهيموليكف هي أيضا مهمة لإزالة. على الرغم من أننا لم تدرس هذه الخلية السكان, يمكن أن يكون الإجراء العام لدينا تنطبق على المقايسات البلعوية من هذه الخلايا كذلك. ميزة واحدة من نهجنا هو أننا يمكن قياس الأحداث البلعمية داخل هافورسيات الفردية، مما يسمح لنا للكشف عن الاختلاف الدقيق في العمليات البلعوية. دراسات أخرى تصور الأحداث الفلورية من خلالبشرة 18،19 لا تأخذ في الاعتبار الاختلافات في أعداد الهيموسيات الحالية ، والتي من المهم بشكل خاص أن تنظر في حالتنا حيث من المتوقع أن تتغير تعدادات الهيموسيات الكلية مع سن17.
1. جمع وعمر دروسوفيليا
2. إعداد الجزيئات المسمى الفلورسنت
3. حقن الذباب
4. تشريح السفينة الظهرية
5. التثبيت وتلطيخ
6. تركيب البشرة على شرائح المجهر والتصوير
7. تحليل الصور
لتوضيح طرق الحقن الموصوفة ، يظهر الشكل 1A موقع الحقن على Drosophila melanogaster ، وكذلك كيف تسمح صبغة الطعام بتأكيد بصري على أن الذبابة تم حقنها (الشكل 1B). إضافة صبغة الطعام يساعد أيضا في التعرف على إبرة انسداد. يمكن إجراء الحقن في البطن، ولكن الحفاظ على موقع الحقن متسقة عبر التجارب. سيساعد هذا على تقليل الاختلافات المحتملة بين كل تجربة.
لتصور الجسيمات المسمى الفلورسنت داخل hemocytes المقيم على طول السفينة الظهرية، قمنا بتشريح السفينة الظهرية وتعلق بشرة البطن. الرسم 2A-F يحدد طرق التشريح.
لتقييم قدرة الشباب والذان على تنفيذ البلعوم على العمر، يتم تصور الخلايا الدموية على طول الوعاء الظهري باستخدام مجهر فلوري. لضمان أن يتم عد الخلايا فقط على طول السفينة الظهرية، الأجسام المضادة أو الجينات الموسومة GFP لعلامات معينة من خلايا الدم أو الكولاجين محددة القلب، مثل Hemese وهيموليكتين، أو بيريكاردين (الشكل 3)، على التوالي، يمكن استخدامها22،23،24. الفلورسنت المسمى E. الجسيمات القولونية هي 1 ملم في الطول، في حين أن الهيموسيات هي 10 ملم في قطر17. فقط تلك الأحداث الفلورسنت الموجودة داخل قطر 10 مم التي تركز على نواة DAPI إيجابية يتم عدها (الشكل 4). لقياس الأحداث الفلورية ، يتم استخدام برنامج ImageJ (الشكل 5).

الشكل 1: موقع الحقن والتحقق البصري. (أ) الجانب الجانبي من الصدر مثقوب بإبرة من الشعر الشعري المسحوب. (B) يتم التحقق بصريا من الحقن عن طريق إضافة صبغة الغذاء الأخضر إلى حل الجسيمات. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: تشريح السفينة الظهرية. (A) يتم وضع دبابيس في الصدر والبطن الخلفي (السهام السوداء). (B-C) يتم إجراء شقين أفقيين (السهام الخضراء) في الطرف الخلفي من البطن (B) ، والنهاية الأمامية (C). (د)يتم إجراء شق عمودي (السهم الأخضر) أسفل منتصف البطن، وربط التخفيضات الأفقية اثنين. (E) دبابيس اختيارية (*) تستخدم في وضع مفتوح في تجويف البطن ، مما يعرض الأنسجة الداخلية. (F) تتم إزالة الأنسجة الداخلية (المحاصيل والأمعاء والرحم والمبايض والأجسام الدهنية) ، مما يعرض الوعاء الظهري. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: عرض فينترال لوعاء ظهري تشريحي من أنثى عمرها 5 أسابيع حقنت بالجسيمات الحساسة من مادة حُكْرَسَرَسَرَسَسِس، ملطخة بالأجسام المضادة الموجهة ضد بيريكاردين (A). خط أبيض منقط الخطوط العريضة الجانب الجانبي من السفينة الظهرية، مع السهم يشير نحو المنطقة الأمامية. (B) صورة موسعة من (A):مجموعات من الهيموسيات (السهم الأزرق) التي كانت البكتيريا المهينة بنشاط ، داخل الغرفة الأبهري الأولى للسفينة الظهرية. (C) صورة مكبرة من (A) تحدد المصفوفة خارج الخلية (ECM) مثل البروتين الكولاجين ، بيريكاردين (السهم الأخضر) ، الذي يحمل السفينة الظهرية في مكان24. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: تشريح الأوعية الظهرية والهيموسيات المرتبطة بها من ذبابة أنثى حقنها مع الجسيمات الحساسة الرقم الH، أو جزيئات الفلورو. (A) الأوعية الظهرية والهيموسيات المرتبطة بها مع الجسيمات القولونية ذات العلامات الحساسة ذات العلامات الـ (الأحمر) ذات العلامات الهستيرية (E) (أحمر) ، أو (E) جسيمات الإشريكية القولونية (الحمراء) ، معزولة عن ذبابة عمرها أسبوع واحد ، بعد تعافيها لمدة 60 دقيقة (B ، F) مكبرة من (A) و (E)(مربع أبيض ) ، على التوالي ، تظهر اثنين من الهيمواج الفردية مع أحداث يمكن عدها. (C) الأوعية الظهرية والهيموسيات المرتبطة بها مع الجزيئات E. coli ذات العلامات الحساسة ذات العلامات الـHH المُتلعومة (الحمراء)، أو (G)الفلورو المسمى E. جسيمات القولونية (الحمراء)، معزولة عن ذبابة عمرها 5 أسابيع، بعد تعافيها لمدة 60 دقيقة (D،H)مكبرة من (C)و (G) (مربع أبيض)، على التوالي، تظهر اثنين من الهيماتولي الفردية مع أحداث يمكن عدها. خط أبيض منقط الخطوط العريضة الجانب الجانبي من السفينة الظهرية، مع السهم يشير نحو المنطقة الأمامية. نوى ملونة مع DAPI (الأزرق). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5: قياس الأحداث البلعائية في نطاق خلايا الدم 10 مم باستخدام عداد الخلايا في ImageJ. (A) بعد فتح صورة (صور) في ImageJ، يمكن استخدام أداة "إشعار عداد الخلية" لتتبع الأحداث البلعمية في الخلية. (B)ستقوم هذه الأداة بتعيين لون مختلف لكل خلية يتم اختيارها ليتم عدها، مع مطابقة كل نقطة لحدث الفلورسنت داخل تلك الخلية. الضغط على 'alt+y' سيعرض جدولاً يعرض عدد الأحداث التي تم حسابها لكل خلية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
البروتوكول الموصوف هنا هو وسيلة موثوقة لتحديد الجوانب المختلفة للزنابية، في ظل ظروف تجريبية خاضعة للرقابة. نلاحظ أننا قد اختبرت فقط هذا الإجراء مع الغرام الجزيئات البكتيرية السلبية والنتائج قد تختلف إذا تم استخدام الغرام الجزيئات البكتيرية إيجابية. في الواقع، سيكون من المثير للاهتمام مقارنة الاستجابات البلعوية لكل من البكتيريا السلبية والغرام إيجابية غرام في ظروف تجريبية مختلفة. استخدام نانو حاقن يسمح لمراقبة دقيقة على أحجام الحقن، وضمان حقن كل ذبابة مع نفس حجم الجسيمات. أحد القيود على البروتوكول يأتي من عدم الاتساق في تحضيرات الجسيمات. سوف تتراكم الجسيمات بمجرد تجميدها، لذلك يمكن أن تؤثر الاختلافات الصغيرة في أحجام التخفيف، أو عدم وجود دوامة، على تركيز الجسيمات بين التجارب. لتقليل الاختلافات المحتملة في تركيزات الجسيمات بين الأعمار ، من المفيد حقن الذباب القديم لمدة 1 و 5 أسابيع في نفس اليوم ، باستخدام نفس إبرة وحل الجسيمات. عيب آخر محتمل هو أنه أثناء التشريح، يمكن بسهولة أن تتلف السفينة الظهرية و /أو بشرة إذا لم يتم التعامل مع الدبابيس بشكل صحيح. لتجنب تعطيل السفينة الظهرية، تقليل عدد الدبابيس المستخدمة في التشريح. ميزة لهذا الأسلوب تشريح هو أن جميع التثبيت, غسل وتلطيخ الخطوات يمكن أن يؤديها في لوحة تشريح. لأن بشرة يتم تثبيتها إلى أسفل، وهذا يمنع البشرة من فقدان بين الخطوات.
بالمقارنة مع الأساليب القائمة18،19،25،26،27،28،29، البروتوكول الموصوف له مزاياه وحدوده. من خلال تشريح السفينة الظهرية ، ونحن قادرون على تصور وقياس عدد الهيموسيات الفردية في هذا الموقع. وهذا يجعل من الممكن الكشف عن الاختلافات الدقيقة في النشاط البلعمي بين المجموعات التجريبية. طرق أخرى تصور الجزيئات المسمى fluorescently بجمع hemocytes باستخدام النزف / كشط المقايسة19,25,26,27, أو من خلال بشرة بطنية سليمة18,19,28,29; ومع ذلك، لا يمكن تقييم الهيموسيات الفردية عند تصورها من خلال بشرة الظهر. ميزة هذا البروتوكول، بالمقارنة مع طريقة التسييل / كشط هو أن طريقتنا يسمح لنا لتقييم فقط تلك الهيموسيات المرتبطة بالأوعية الظهرية، ولا حساب ل الخلايا المتداولة أو تلك على طول جدار الجسم، والتي قد تكون مختلفة وظيفيا. تشريح السفينة الظهرية يزيل أيضا الحاجة إلى تضمين جولة ثانية من الحقن مع quencher fluorescence، مثل Trypan الأزرق19،26. وذلك لأن أي جزيئات غير ملزمة أو غارقة في خلية سيتم غسلها أثناء خطوات الغسيل. وعلى العكس من ذلك، قد يكون من الأسهل تنفيذ طرق بديلة لأنها لا تتطلب تشريح. في حين أن تشريح السفينة الظهرية من السهل تعلمها ، فإن هذه الخطوة تضيف مستوى من التعقيد قد لا يكون ممكنًا في بعض التصاميم التجريبية.
على الرغم من أن الاستخدام الموصوف لهذا في فحص البلعوم في الجسم الحي هو تقييم وقياس الأحداث البلعومية بين مختلف الأعمار ، فإن هذا البروتوكول قابل للتكيف للغاية ويمكن استخدامه لتحليل جوانب مختلفة من البلعوم بين النمط الجيني أو الجنس أو نوع الأنسجة. مع البلعوم يجري أهمية مركزية بالنسبة لمعظم الحيوانات متعددة الخلايا، فهم كيف تنخفض هذه العملية مع التقدم في السن يمكن أن يؤدي إلى علاجات علاجية أفضل للسكان الشيخوخة. يوفر هذا النهج إمكانات طويلة الأجل لتوضيح جوانب التغيرات المرتبطة بالعمر في الاستجابة المناعية ، مع التركيز بشكل خاص على البلعميات.
ليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.
وقد تم دعم هذا العمل من خلال منح من المعاهد الوطنية للصحة R03 AG061484-02 وكلية UMBC للعلوم الطبيعية والرياضية بيكتون ديكنسون كلية البحوث.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 0.10 مم دبابيس الحشرات | أدوات العلوم الدقيقة | 26002-10 | هنا: يتم قطع المسامير إلى نصفين ، وتستخدم النهاية الحادة |
| 1 مل محاقن معقمة | Becton Dickinson | 309602 | مملوءة بالزيت المعدني لتحميل الإبرة |
| 15٪ مصل الأبقار الجنينية (FBS) | Gibco | 16000-044 | لوسائط التشريح |
| 16٪ علوم المجهر الإلكتروني Paraformaldehyde | 15710 | درجة EM ، 4٪ تعمل ، مخففة في 1X PBS | |
| 1x محلول ملحي مخزن بالفوسفات (PBS) | Sigma | P3813 | |
| 3 مل Trasnfer Pipet | Falcon 357524 | ||
| 3.5 "شعيرات دموية زجاجية | Drummond | 3-000-203-G / X | 1.14mm OD × 3.5 "طول × 0.53" معرف |
| 35x10 مم أطباق بتري | Becton Dickinson | 351008 | تستخدم كلوحة تشريح ، مملوءة في منتصف الطريق Sylgard |
| 6x البنسلين / الستربتومايسين | Life Technologies | 15140-122 | لوسائط التشريح |
| 70٪ Glycerol | Sigma | G9012 | |
| خلاط دوامة تناظرية | VWR | 58816-121 | |
| ملقط بيولوجي ، Dumont No. 5 | أدوات العلوم الدقيقة | 11295-10 | |
| DAPI (4 '، 6-diamidino-2-phenylindole) | Technologies | D1306 | مخفف 1: 1000 في 1x PBST |
| ذبابة الفاكهة سلالة | ث [*] ؛ P{w[+mC]=He-GAL4.Z}85, P{w[+mC]=UAS-GFP.nls} 8 | ||
| الإشريكية القولونية (سلالة K-12) الجسيمات الحيوية™, Alexa Fluor™ 594 Conjugate | Life Technologies | E23370 | |
| الشرائح الزجاجية | Premiere | D17026102 | |
| حل تصوير الخلايا الحية | Life Technologies | A14291DJ | المخزن المؤقت المفضل لتحضير الجسيمات والتخفيفات |
| الزيوت المعدنية | Mpbio | حاقن نانولتر أوتوماتيكي 194836 | |
| Nanoject II | Drummond | 3-000-204 | |
| قوارير بوليسترين ضيقة سوبر السائبة ذبابة الفاكهة | Genesee | 32-116SB | الحجم: 25 × 95 مم |
| خلاط الجوز | فيشر Scientific | 88-861-043 | السرعة المستخدمة: 20 دورة في الدقيقة |
| pHrodo & trade ؛ الإشريكية القولونية الحمراءالجسيمات الحيوية &التجارة; مترافق لتقنيات البلعمة | الحياة | P35361 | |
| زراعة خلايا ذبابة الفاكهة من شنايدر (1x) | Gibco | 21720-024 | وسائط التشريح ، دمج: شنايدر ، FBS ، والقلم / البكتيريا ؛ فلتر تعقيم |
| أزيد الصوديوم | Sigma-Aldrich | S2002 | 2 ملم (أو 20٪) مقص |
| زنبركي | أدوات العلوم | الدقيقة 15000-00 | |
| سيلجارد 184 علوم المجهر الإلكتروني المطاط الصناعي من | السيليكون 24236-10 | التحضير وفقا للبروتوكول المقدم | |
| Tween 20 | Sigma | P1379 | ل PBS + 0.1٪ بين المراهقين |
| مجتذب الماصة العمودي موديل 700C | ديفيد كوبف أدوات | 812368 | سخان: 55؟ الملف اللولبي: 45 |
| Zeiss AxioImager.Z1 مجهر الفلورسنت | Zeiss | هنا: نظام التداخل الهيكلي Apotome مع برنامج التصوير Zeiss Zen |