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方法文章

NF-κB依赖性荧光素酶激活及基因表达定量 沙门氏菌 感染的组织培养细胞

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DOI:

10.3791/60567

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2020年1月12日

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本文内容

摘要

本文介绍一种快速简便的实验方案,通过检测细胞裂解液中的发光强度,来测定表达NF-κB::荧光素酶报告基因构建体的细胞系中活化B细胞核因子κ轻链增强子(NF-κB)的激活水平。此外,通过RT-qPCR检测鼠伤寒沙门菌(Salmonella Typhimurium)感染细胞后分离得到的基因表达水平。

摘要

二聚体转录因子 NF-κB 调控多种细胞应答通路,包括通过诱导多种细胞因子和趋化因子的表达来调节炎症通路。NF-κB 组成性表达,并由抑制性蛋白 B 细胞κ轻链多肽基因增强子的核因子抑制蛋白α(IκBα)在细胞质中隔离。NF-κB 的激活需要 IκBα 的降解,从而暴露 NF-κB 上的核定位信号,促进其向细胞核的转运。进入细胞核后,NF-κB 结合到其靶基因(如白细胞介素 6(IL-6)和 IL-23)的启动子区域,促进这些基因的表达。

NF-κB 的激活与转录或翻译过程无关。因此,必须通过特异性定量细胞核内的 NF-κB,或定量 NF-κB 靶基因的表达水平来检测其激活状态。在本实验方案中,采用体外组织培养技术,检测稳定转染了 NF-κB::luciferase 报告基因构建体的细胞中 NF-κB 的激活情况。这些细胞被鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella Typhimurium)感染以激活 NF-κB,活化的 NF-κB 进入细胞核并结合到荧光素酶基因启动子区域的 κB 位点,从而诱导其表达。随后裂解细胞,并使用荧光素酶检测系统进行分析。细胞产生的荧光素酶量与发光信号强度成正比,该信号由酶标仪检测。本方法产生的发光信号提供了一种快速且高度敏感的手段,可用于在多种条件下评估 NF-κB 的激活水平。本方案还利用定量反转录 PCR(RT-qPCR)检测反映基因表达水平的相对 mRNA 含量。

引言

核因子-κB(NF-κB)蛋白家族是一类重要的转录激活因子,可调控多种生物通路中的基因表达。NF-κB的激活可诱导靶基因的转录,其中许多基因在免疫和炎症反应、细胞增殖、应激反应以及癌症进展中发挥重要作用1,2。NF-κB在介导病原体清除相关的早期炎症反应中起着关键作用。鉴于NF-κB激活参与调控多种生物学过程,其信号通路的异常可能对健康和疾病产生严重后果。NF-κB信号通路的功能缺失突变与多种免疫缺陷表型相关,而功能获得性突变则与多种癌症相关,包括B细胞淋巴瘤和乳腺癌3。此外,许多病原体已被证实可通过表达毒力因子直接调控NF-κB的活化状态4,5,6,7。

已知NF-κB的活化可由多种不同的刺激引发,包括细菌产物,如脂多糖(LPS)、鞭毛蛋白和肽聚糖,这些分子被称为病原体相关分子模式(PAMPs)。这些PAMPs可被模式识别受体(PRRs)识别,例如Toll样受体(TLRs)和Nod样受体(NLRs),从而导致NF-κB的活化,并继而诱导一系列NF-κB依赖性....

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方案

1. 细胞传代与接种

  1. 在37 °C、5% CO2 培养箱中,将HeLa 57A细胞培养于含10 mL添加5%热灭活胎牛血清(FBS)的Dulbecco改良Eagle培养基(DMEM)的75 cm2培养瓶中。
  2. 吸除细胞培养液,加入1 mL 0.05%胰蛋白酶-EDTA溶液洗涤。吸除胰蛋白酶溶液后,再加入1 mL新鲜胰蛋白酶溶液,将培养瓶置于37 °C培养箱中孵育4–5分钟,使细胞从瓶壁脱落。
  3. 加入9 mL细胞培养液,轻轻吹打培养瓶底部数次,使细胞充分悬浮,形成均一的细胞悬液。
  4. 将HeLa 57A细胞按1:6或1:8比例用新鲜培养基稀释后接种至新的培养瓶中。当细胞融合度达到90%或每隔三天传代一次,并维持细胞融合度不低于25%。
  5. 在细胞刺激前一天,用胰蛋白酶消化HeLa 57A细胞,重悬于10 mL生长培养基中。使用血细胞计数板对细胞悬液进行计数,并用生长培养基将细胞稀释至最终浓度为2.5 × 105 个细胞/mL,置于50 mL锥形管中。
  6. 将250 µL细胞悬液(约6.25 × 104 个细胞)转移至48孔板的每个孔中。定期盖紧并翻转锥形管,确保细胞悬液均匀。轻轻敲击培养板侧面,使细胞在各孔中分布均匀。
  7. 将培养板转移至37 °C、5% CO2 培养箱中,过夜培养,使细胞贴壁并生长。<....

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结果

本文所述的检测方法聚焦于使用稳定转染了NF-κB依赖性荧光素酶报告系统的HeLa细胞系,以检测转录因子NF-κB的激活情况。活化的NF-κB会转位至细胞核,结合靶基因(包括促炎性细胞因子IL6和IL23)的κB结合位点。图1展示了NF-κB激活的总体示意图。本研究中采用革兰氏阴性菌Salmonella enterica血清型Typhimurium作为NF-κB的激活剂,并诱导IL6的表达(图2)。该菌致病所必需的主要毒力因子之一是III型分泌系统-1(T3SS-1),其使S. Typhimurium能够侵入细胞并诱导NF-κB的激活。T3SS-1的功能是将细菌蛋白(称为效应蛋白)递送至宿主细胞内。这些效应蛋白可靶向多种宿主细胞信号通路,介导宿主上皮细胞的侵袭。由S. Typhimurium诱导的NF-κB激活主要依赖于T3SS-1效应蛋白SopE、.......

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讨论

本方案的主要贡献在于提供了一种快速、简便的细胞内NF-κB活化检测方法,可用于高通量分析多种刺激条件或影响NF-κB活化的药物。本文描述了沙门氏菌(Salmonella)感染HeLa细胞中NF-κB活化的实验方案。该细胞体系也可用于其他病原体的感染实验,以研究细菌感染对NF-κB活化的影响。此外,HeLa 57A细胞中NF-κB依赖性的荧光素酶活化可用于筛选诱导或抑制NF-κB活化信号通路的分子。本实验中,我们将HeLa 57A细胞接种于48孔板中,但该实验体系可扩展至96孔板甚至384孔板,以实现单次实验检测更多样本。HeLa 57A细胞组成型表达LacZ,可通过β-半乳糖苷酶(β-gal)检测法测定其活性,作为细胞数量和存活率的内参对照。本文所述方案适用于稳定或瞬时转染了NF-κB::luciferase报告基因构建体的细胞系。RAW264.7巨噬细胞系此前已用于类似研究18。需要强调的是,该方法无法区分五种不同NF-κB亚基所形成的同源或异源二聚体的活化状态。不同的NF-κB同源或异源二聚体复合物对启动子序列具有不同的亲和力,并产生不同的转录调控效应

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披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

Keestra-Gounder 实验室的研究工作获得了美国国立卫生研究院下属的国家过敏与传染病研究所资助,资助编号为 R21AI122092,以及美国糖尿病协会资助,资助编号为 1-18-JDF-035。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
粘附膜VWR International60941-070
氯仿Fisher BioreagentsC298-500
DMEM赛默飞世尔科技11665092
DNA酶处理试剂盒Qiagen79254
dNTPs普洛麦格U1511
乙醇Fisher BioreagentsBP2818100分子级
FBSSigma-AldrichF0926
HeLa 57A 细胞参考编号 15
高容量 cDNA 反转录试剂盒应用生物系统公司4368814
异丙醇Fisher BioreagentsBP26181
卡那霉素Fisher BioreagentsBP906-5
LB 琼脂Fisher BioreagentsBP1425-500
溶菌肉汤Fisher BioreagentsBP1426-500
MgCl₂2Fisher Chemical
NanoDrop ND-1000赛默飞世尔科技分光光度计
Promega 萤光素酶检测系统普洛麦格E1501细胞裂解缓冲液 &和荧光素底物
随机六聚体赛默飞世尔科技SO142
实时GAPDH正向引物5'-CCAGGAAATGAGCTTGAC
AAAGT-3'
实时GAPDH反向引物5-'CCCACTCCTCCACCT
TTGAC-3'
实时 IL-23 正向引物5-'GAGCCTTCTCTGCTCCC
TGAT-3'
实时 IL-23 反向引物5'-AGTTGGCTGAGGCCCAGTAG-3'
实时 IL-6 正向引物5'-GTAGCCGCCCCACACAGA-3'
实时 IL-6 反向引物5'-CATGTCTCCTTTCTCAGG
GCTG-3'
逆转录酶应用生物系统公司4308228
RNase抑制剂赛默飞世尔科技EO0381
RT缓冲液普洛麦格A3561
SL1344参考编号 17
SL1344 ΔsipA sopB::MudJ sopE2::pSB1039参考编号 18
SL1344 ΔsopE ΔsipA sopB::MudJ sopE2::pSB1039参考编号 18
SYBR Green应用生物系统公司43091552x 预混液
三试剂分子研究中心TR 118硫氰酸胍
胰蛋白酶-EDTA赛默飞世尔科技253000540.05% 胰蛋白酶-EDTA
超纯水Fisher BioreagentsBP248450
用于 PCR 的孔板VWR International89218-294384孔板

参考文献

  1. Liu, T., Zhang, L., Joo, D., Sun, S. C. NF-kappaB signaling in inflammation. Signal Transduction and Targeted Therapy. 2, (2017).
  2. Piva, R., Belardo, G., Santoro, M. G. NF-kappaB: a stress-regulated switch for cell survival. Antioxidants & Redox Signaling. 8....

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