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Artículo de método

Imágenes de superresolución de proteínas secretadas por bacterias mediante la expansión del código genético

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DOI:

10.3791/64382

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10 de febrero de 2023

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En este artículo

Resumen

Este artículo proporciona un protocolo sencillo y claro para etiquetar los efectores secretados por Salmonella utilizando el sitio específico de expansión del código genético (GCE) e imágenes de la localización subcelular de proteínas secretadas en células HeLa utilizando microscopía de reconstrucción óptica estocástica directa (dSTORM)

Resumen

Los sistemas de secreción de tipo tres (T3SS) permiten a las bacterias gramnegativas inyectar una batería de proteínas efectoras directamente en el citosol de las células huésped eucariotas. Al ingresar, las proteínas efectoras inyectadas modulan cooperativamente las vías de señalización eucariotas y reprograman las funciones celulares, lo que permite la entrada y supervivencia bacteriana. El monitoreo y la localización de estas proteínas efectoras secretadas en el contexto de las infecciones proporciona una huella para definir la interfaz dinámica de las interacciones huésped-patógeno. Sin embargo, etiquetar e imaginar proteínas bacterianas en células huésped sin interrumpir su estructura / función es técnicamente desafiante.

La construcción de proteínas de fusión fluorescentes no resuelve este problema, porque las proteínas de fusión atascan el aparato secretor y, por lo tanto, no se secretan. Para superar estos obstáculos, recientemente empleamos un método para el marcado fluorescente específico del sitio de efectores secretados por bacterias, así como otras proteínas difíciles de etiquetar, utilizando la expansión del código genético (GCE). Este documento proporciona un protocolo completo paso a paso para etiquetar efectores secretados por Salmonella utilizando el sitio GCE específicamente, seguido de instrucciones para obtener imágenes de la localización subcelular de proteínas secretadas en células HeLa utilizando microscopía de reconstrucción óptica estocástica directa (dSTORM)

Hallazgos recientes sugieren que la incorporación de aminoácidos no canónicos (ncAAs) a través de GCE, seguida de un marcado bio-ortogonal con colorantes que contienen tetrazina, es una técnica viable para el marcado selectivo y la visualización de proteínas secretadas bacterianas y el posterior análisis de imágenes en el huésped. El objetivo de este artículo es proporcionar un protocolo sencillo y claro que pueda ser empleado por investigadores interesados en realizar imágenes de súper resolución utilizando GCE para estudiar diversos procesos biológicos en bacterias y virus, así como las interacciones huésped-patógeno.

Introducción

Las infecciones bacterianas se han considerado durante mucho tiempo como un grave peligro para la salud humana. Los patógenos utilizan sistemas de defensa altamente evolucionados, extremadamente poderosos e intrincados, así como una variedad de factores de virulencia bacteriana (denominados proteínas efectoras) para evadir las respuestas inmunes del huésped y establecer infecciones 1,2. Sin embargo, los mecanismos moleculares subyacentes a estos sistemas y el papel de las proteínas efectoras individuales aún se desconocen en gran medida debido a la escasez de enfoques adecuados para seguir directamente los com....

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Protocolo

1. Construcción de plásmidos

  1. Clone el gen que expresa el POI en un plásmido de expresión (por ejemplo, pET28a-sseJ 10TAG) que expresa el POI en E. coli BL21 (DE3). Este paso facilita la determinación de que los mutantes son funcionales.
  2. Para la visualización de efectores secretados por Salmonella en células huésped, construir un plásmido de expresión (pWSK29-sseJ-HA) que exprese el objetivo POI SseJ bajo el control de su promotor nativo, como se describe en informes anteriores 7,12,24. Usando mutagénesis....

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Resultados

Este documento de protocolo describe un método basado en GCE para el etiquetado fluorescente específico del sitio y la visualización de efectores secretados por Salmonella , como se muestra en la Figura 1. La estructura química del grupo bioortogonal transcicloocteno (TCO) que contiene ncAA y el colorante fluorescente se muestran en la Figura 1A. El marcado de SseJ se logró mediante la incorporación genética de ncAA bioo.......

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Discusión

El enfoque descrito en este documento se utilizó para rastrear la ubicación precisa de las proteínas efectoras inyectadas en la célula huésped por el T3SS bacteriano después de la infección. Los T3SS son empleados por patógenos intracelulares como Salmonella, Shigella y Yersinia para transportar componentes de virulencia al huésped. El desarrollo de tecnologías de imagen de superresolución ha permitido visualizar factores de virulencia a una resolución antes inimaginable12,13,.......

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Divulgaciones

Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.

Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado por fondos iniciales de la rama médica de la Universidad de Texas, Galveston, TX, y un premio Texas STAR a L.J.K. Agradecemos al Prof. Edward Lemke (Laboratorio Europeo de Biología Molecular, Heidelberg, Alemania) por el plásmido pEVOL-PylRS-AF. Las imágenes de la Figura 1 se crearon con BioRender.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
10x Tampón de funcionamiento Tris/Glycine SDSBIO-RAD1610732
Cloruro de amonioFischer ScientificA661-500
Sulfato de amonioFischer ScientificBP212R-1
Ampicilina SódicaSigma-AldrichA01665 g
Antibiótico-Antimicótico (100x)ThermiFischer Scientific 15240096
ArabinosaSigma-AldrichA3256500 g
Avanti J-26XP (Centrífuga de alto rendimiento)Beckman Coulter
Bacto-AgarBD Diagnostics, Franklin Lakes, EE. UU.214010
BDP-FL-tetrazinaLumiprobe (EE. UU.)2.14E+02
β-mercaptoetanolMillipore444203250 mL
Azul de bromofenolSigma-AldrichB8026
BSASigma-AldrichA4503500 g
CaseínaSigma-AldrichC8654
CatalasaSigma-AldrichC9322
CloranfenicolSigma-AldrichC1919
Click Aminoácido / trans-Cyclooct-2-es – L - Lisina (TCO*A)SiChem GmbHSC-8008Tamaño: 500 mg
DAPI (Hoechst33342)InvitrogenH3570
DeNovix DS-11+ EspectrofotómetroDeNovix
DMEM*Corning10-013-CV* Utilizado para el mantenimiento de HeLa Cell
DMEM**Gibco11965-092**Utilizado para la infección bacteriana en presencia de ncAA, ver sección 5.4.
DMSOSigma-AldrichD8418250 g
Burro anti-conejo Alexa fluoro555 anticuerpo secundarioInvitrogenA-31572
DPBS, 1xCorning21-031-CV
Cepa de E. coli BL21 (DE3)Novagen (Madison, WI)
Cámara EMCCDAndoriXon Ultra 897-BV
Eppendorf Safe-Lock Tube 1,5 mL (PCR clean)Eppendorf, Hamburgo, Alemania30123.328
Suero Fetal Bovino (FBS)Fischer10082147
Fisherbrand Filtros de jeringa - Estériles (PVDF 0.22 y micro; m)Fischer Scientific97203Paquete de 100
Gene Pulser Xcell ElectroporatorBIO-RAD 1652660
GentamicinaSigma-AldrichG127210 mL
Gibco L-Glutamina (200 mM), 100xFischer Scientific25-030-081
Glucosa oxidasaSigma-AldrichG7141-50KU
GlicerolFischer ScientificBF229-4
Células HeLaATTCCCL-2
Tampón HEPES Corning25-060-C1100 mL
Ácido clorhóricoFischer ScientificA144-212
ImageJProcesamiento y análisis de imágenes:  http://rsbweb.nih.gov/ij
IntantBlueExpedeonISB1LTinción a base de Coomassie
Isopropil β-D-1-tiogalactopiranósido (IPTG)Sigma-AldrichI5502
Janelia Fluoro 646-tetrazinaTocris Bioscience7279
KanamicinaSigma-Aldrich606155 g
LB CaldoBD Difco244620500 g
LisozimaSigma-AldrichL6876
μ Gerente (v. 1.4.2)https://micro-manager.org/Download_Micro-Manager_Latest_Release
MESSigma-AldrichM3671250 g
Cubeta de micro pulsosBIO-RAD165-20860,2 cm espacio entre electrodos, paquete de 50
Nikon N-STORMNikon Instruments Inc.https://www.microscope.healthcare.nikon.com/products/super-resolution-microscopes/n-storm-super-resolution
Nunc EasYFlask Matraces de cultivo celularThermiFischer Scientific156499
Omnipur Casamino AcidCalbiochem2240500 g
Paraformaldehhyde (PFA)Ciencias de Microscopía Electrónica 15710
PBS (10x)Roche11666789001
Solución de penicilina-estreptomicina (100x)GenDEPOT CA005-010100 mL
pEVOL-PylRS-AFPara la construcción de plásmidos y el mapa, consulte las siguientes referencias
1. 2011, 50(17), 3878-81.
2. Angew Chem Int Ed Engl., 2012, 51, 4166-70.
Kit de minipreparación de plásmidosQiagen27106
plásmido pWSK29-sseJ10TAG-HARef.: elife. 2021, 10, e67789.
plásmido pWSK29-sseJ-HARef.: elife. 2021, 10, e67789.                                                                                                                                    Mapa vectorial de PWSK29: https://www.addgene.org/172972/
Pluronic F-127Millipore540025 grado de proteína, solución al 10%
fosfato de potasio monobásicoFischer ScientificP285-500
Sulfato de potasioAcros Organic 424220250
Proteasa Inhibidor Set I - CalbiochemSigma-Aldrich539131100x Solución
Anticuerpo primario anti-HA de conejoSigma-AldrichH6908
S. enterica. serovar Typhimurium 14028sRef.: PLoS Biol. 2015, 13, e1002116.
SaponinaSigma-Aldrich47036-50G-F
Dodecil sulfato de sodio (SDS)Sigma-AldrichL3771
Hidróxido de sodioFischer ScientificSS255-1
Piruvato de sodio (100 mM), 100xCorning25-060-C1100 mL
Desmembrador sónico modelo 100Fischer Scientific24932
STED microsocpe (sistema Leica TCS SP8 STED 3X)Leica Microsystems, Wetzlar, Alemaniahttps://www.leica-microsystems.com/products/confocal-microscopes/p/leica-tcs-sp8-sted-one/
ThunderSTORMhttps://zitmen.github.io/thunderstorm/
Trizma BaseSigma-AldrichT1503
Trypsin-EDTA (1x), 0.25%   GenDEPOT CA014-010
Tween-20Sigma-AldrichP9416100 mL
portaobjetos de cámara de cultivo de tejidos de pocillos XSARSTEDT94.6190.802

Referencias

  1. Marlovits, T. C., et al. Structural insights into the assembly of the type III secretion needle complex. Science. 306 (5698), 1040-1042 (2004).
  2. Kubori, T., et al. Supramolecular structure of the Salmonella typhimurium type III protein secretio....

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