Localización de pHLuorin2-PTS1 en glicosomas en BSF T. brucei
Para evaluar la localización subcelular de la pHluorina2-PTS1, los parásitos se sometieron a ensayos de inmunofluorescencia. Señal del transgén colocalizada con antisueros frente a una proteína residente en el glicosoma, la aldolasa (TbAldolase) (Figura 2A). El coeficiente de correlación promedio de Pearson de colocalización entre la anti-TbAldolasa y la pHluorina2-PTS1 fue de 0,895, lo que indica que la pHluorina2-PTS1 se localizó principalmente en los glicosomas. Con pHluorin2-PTS1 localizada en el gliosoma, se procedió a investigar el pH del glucosoma BF.

Figura 2: Localización de pHluorin2-PTS1 en glicosomas en BSF Trypanosoma brucei. (A) Colocalización de pHluorin2-PTS1 con la proteína residente en el glisoma TbAldolase. Los parásitos BF 90-13 se transfectaron con pLEWpHluorin2-PTS1 y la expresión se indujo con doxiciclina (1 μg/mL). La TbAldolasa se localizó con sueros anti-TbAldolasa, seguida de incubación con Alexa fluor 568 anti-conejo de cabra. El coeficiente de correlación promedio de Pearson fue de 0,895 (30 celdas). (B) Calibración de pHluorin2-PTS1 en BSF T. brucei. Barras de escala = 4 μm. Abreviatura: BSF = forma del torrente sanguíneo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Calibración de pHluorin2-PTS1
Los cambios en el pH alteran el espectro de excitación de pHluorin2-PTS1. Bajo pH neutro, la excitación de pHluorin2-PTS1 a 405 nm es mayor que a 488 nm; a medida que el pH disminuye, ocurre lo contrario 9,21. Para medir el pH relativo del glucosoma por citometría de flujo, medimos la emisión cuando es excitada por el láser de 405 nm (canal VL2) y la emisión cuando es excitada por el láser de 488 nm (canal BL1), utilizando la relación VL2/BL1 (relación de fluorescencia) para medir el pH glusómico relativo. Para convertir la relación de fluorescencia a pH, equilibramos el pH intracelular y glusómico con el pH extracelular utilizando los ionóforos valinomicina y nigericina 17,18 seguidos de un análisis de citometría de flujo para encontrar la relación de fluorescencia. Como era de esperar, la relación de fluorescencia aumentó a medida que aumentaba el pH extracelular con un Kd intracelular de pH 6,5 (Figura 2B). Este Kd fue ligeramente inferior al Kd in vitro reportado de pHluorin29. Curiosamente, el pH glusómico BSF en presencia de glucosa fue de ~pH 8.0, que era más básico que los glicosomas PF en presencia de glucosa22. Utilizamos esta curva de calibración para convertir la relación de fluorescencia en pH en experimentos posteriores.
Acidificación de los glicosomas debido a la falta de glucosa
Si bien los parásitos PF de T. brucei acidifican sus glicosomas cuando están privados de glucosa22, se desconoce cómo responden los glicosomas BSF a la glucosa. Para explorar esto, lavamos los parásitos BSF que expresan pHluorin2-PTS1 en PBS más 10 mM de glucosa para eliminar el medio de cultivo y luego resuspendimos las células en PBS sin glucosa. La respuesta del sensor a esta perturbación se midió inmediatamente y luego cada 10 minutos a partir de entonces durante 1,5 h mediante citometría de flujo. Las respuestas se compararon con las células en PBS más 10 mM de glucosa (sin inanición).
En respuesta a la inanición, observamos una acidificación leve gradual a lo largo del tiempo, que se estabilizó en ~90 min (Figura 3A). Este cambio en el pH glusómico fue estadísticamente significativo (p < 0,0001) y repetible en tres experimentos separados. Esto sugiere que las células BSF acidifican ligeramente sus glicosomas cuando se les priva de glucosa, similar a la respuesta observada en la etapa9 de la vida de PF.

Figura 3: Acidificación reversible de los glicosomas de BSF T. brucei cuando se les priva de glucosa. (A) pH glusómico de las células cultivadas en ausencia (sin inanición, azul) o presencia (sin inanición, rojo) de glucosa. Las células hambrientas se resuspendieron en PBS sin glucosa ~ 2 min antes de la primera medición en un citómetro de flujo Attune NxT. Se realizaron tres réplicas biológicas del curso temporal. Los parásitos no hambrientos se incubaron en PBS más 10 mM de glucosa. Se realizó una prueba t de Student de dos colas no apareada comparando los puntos de tiempo de 90 minutos hambrientos y no hambrientos, ***p = 0,0001. (B) Evolución temporal del cambio de pH glusómico parásitos BSF hambrientos (azul) y no hambrientos (rojo) con 10 mM de glucosa reintroducidos a los 90 min (línea punteada verde). Se realizaron cinco réplicas biológicas del curso temporal. NS = no significativo (p = 0,25, prueba t de Student de dos colas no apareadas). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Acidificación glusómica reversible en respuesta a la glucosa
A continuación, probamos si la acidificación del glicosoma BSF era reversible matando de hambre a las células y luego reintroduciendo glucosa. Los parásitos se incubaron en ausencia de glucosa durante 90 min. A continuación, se añadió glucosa (10 mM) y se midió la respuesta del sensor mediante citometría durante otros 90 minutos (Figura 3B). Observamos que después de que se reintrodujo la glucosa, el pH glusómico volvió a los niveles previos a la inanición en ~ 30 min. Estos resultados sugieren que el pH glusómico de BSF es dinámico y regulable en respuesta a la glucosa, similar a la respuesta de pH observada en los parásitos PF.
Adaptación del ensayo pHluorin2 para el cribado de fármacos de alto rendimiento
Los glicosomas son orgánulos esenciales para el tripanosoma, ya que albergan vías metabólicas clave. La importancia de los glucosomas sugiere que los inhibidores de su homeostasis podrían ser prometedores como posibles pistas terapéuticas. Aquí, hemos adaptado el ensayo de pH glusómico a un formato de alto rendimiento, lo que permitirá la adaptación a cribados de fármacos para identificar inhibidores del pH glusómico. Anticipamos que la interrupción de la regulación de esta respuesta podría ser perjudicial para el parásito, dado el impacto conocido del pH en la función de las proteínas residentes en el glucosoma7.
Para establecer el formato de alto rendimiento, puntuamos la robustez del ensayo. Para completar esto, los parásitos inducidos a expresar la pHluorin2-PTS1 se sembraron en una placa de microtitulación de 384 pocillos con 5 mM de glucosa (controles altos) o sin glucosa (controles bajos) y luego se incubaron durante 90 min a temperatura ambiente. A continuación, se analizó la placa mediante citometría de flujo. Como se muestra en la Figura 4, hubo una baja variabilidad entre las mediciones replicadas y los controles alto y bajo están bien separados, características que dieron como resultado un factor Z aceptable de 0,645. Por lo general, los ensayos con valores > 0,5 se consideran lo suficientemente robustos como para adaptarse a campañas de cribado de alto rendimiento. Dado el éxito aquí, anticipamos que este sensor y enfoque se utilizarán en futuros cribados de fármacos de alto rendimiento.

Figura 4: Ensayo para evaluar la idoneidad del BSF con sensor pHluorin2-PTS1 para futuras campañas de HTS. Las células se incubaron durante 90 min con glucosa (control alto, rojo, glucosa de 5 mM) o sin hexosa (control bajo, azul, sin glucosa adicional). El factor Z calculado fue de 0,645. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura suplementaria S1: Clonación del gen pHluorin2-PTS1 en el vector de expresión inducible de T. brucei pLEW100v5. (A) Ambos vectores fueron digeridos por HindIII y BamHI y luego purificados. El fragmento del gen pHluorin2-PTS1 se ligó a pLEW100v5 utilizando la ligasa de ADN T4. (B) pLEW100-pHlourin2-PTS1. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura suplementaria S2: Colocalización de pHL con parásitos TbAldolasa BF 90-13 transfectados con pLEWpHluorin2-PTS1. La expresión se indujo con doxiciclina (1 μg/mL). La TbAldolase se localizó utilizando sueros anti-TbAldolasa (diluidos 1:500 en bloque), seguido de incubación con Alexa fluor 568 de cabra y conejo. El coeficiente de correlación promedio de Pearson fue de 0,895 (30 celdas). Barras de escala = 10 μm. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura suplementaria S3: Diagramas representativos de compuertas y puntos para la calibración de la línea celular del sensor BSF pHL utilizando la muestra tampón de calibración de pH 8 como ejemplo. Las muestras se tiñeron con el colorante de viabilidad PI para evaluar cómo el pH afectaba la viabilidad utilizando el canal YL2-H, pero la viabilidad no se utilizó en el esquema de compuerta. Se utilizó una puerta ancha en FSC-A frente a SSC-A para controlar las células, ya que en la calibración se utilizaron tanto células vivas como muertas. Después de la compuerta de las células, las células individuales (singletes) se comprimieron utilizando FSC-A frente a FSC-H. Por último, se utilizó una compuerta estricta para eventos fluorescentes para pHL en los canales BL1-H y VL2-H. Abreviaturas: BSF = forma del torrente sanguíneo; PI = yoduro de propidio; FSC-A = área de pico de dispersión hacia adelante; SSC-A = área de pico de dispersión lateral; FSC-H = altura del pico de dispersión hacia adelante. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura suplementaria S4: Diagramas representativos de compuerta y puntos para ensayos de inanición de glucosa y curso de tiempo de adición. Se utiliza como ejemplo la muestra Starved 0 min. Las células vivas se comprimieron en el canal YL2-H desde que se utilizó PI. Las celdas se comprimieron utilizando FSC-A frente a SSC-A para excluir escombros y agregados. Los singletes se comprimieron utilizando FSC-A vs FSC-H. Los canales BL1-H y VL2-H se utilizaron para controlar los eventos pHL+. Se utilizó un control WT para excluir eventos de autofluorescencia al configurar esta puerta. Abreviaturas: PI = yoduro de propidio; FSC-A = área de pico de dispersión hacia adelante; SSC-A = área de pico de dispersión lateral. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Tabla suplementaria S1: Canal y nombre común utilizado para la citometría de flujo. Se proporciona el nombre del canal, el nombre común y el láser y el filtro de emisión utilizados. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Tabla suplementaria S2: Resultados de la calibración de pHL utilizando nigericina y valinomicina en diferentes tampones de pH. Esta tabla incluye las estadísticas exportadas del análisis FlowJo de los archivos .fcs. Estos valores se utilizaron para encontrar la relación de fluorescencia (VL2-H/BL1-H) para calibrar pHL, como se muestra en la Figura 2. Estos resultados de calibración de pH también se utilizaron para interpolar el pH para los experimentos de inanición de glucosa y curso de tiempo de adición (Figura 3). Para el control de calidad se utilizaron los siguientes estadísticos: recuento total de eventos, recuento de pHL+, PI- (%), PI+ (%) y pHL+ (%). Los datos de cada réplica biológica se encuentran en una pestaña separada, y la pestaña etiquetada como "Resultados resumidos" contiene las proporciones de fluorescencia para cada tratamiento de pH y réplica. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Tabla suplementaria S3: Datos analizados del ensayo de curso de tiempo de inanición de glucosa de BSF pHL presentado en la Figura 3A. Esta tabla incluye estadísticas exportadas de archivos .fcs analizados en el software FlowJo. Las relaciones de fluorescencia se calcularon tomando la relación de la mediana de VL2-H y la mediana de BL1-H (ambas de la población pHL+). Estos ratios se compilaron en la pestaña "Resultados resumidos". Se utilizó PI- (%) para determinar el impacto de la inanición de glucosa en la viabilidad a lo largo del tiempo. Para el control de calidad se utilizaron el recuento total y el recuento de pHL+. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Tabla suplementaria S4: Datos analizados del ensayo de evolución temporal de adición de glucosa pHL BSF que se presenta en la Figura 3B. Esta tabla contiene estadísticas exportadas de archivos .fcs analizados en el software FlowJo. Los valores de pHL+ Mediana VL2/BL1 se calcularon a partir de la mediana de pHL+ VL2-H y BL1-H en Excel. Las demás estadísticas se utilizaron para el control de calidad. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Tabla suplementaria S5: Datos resultantes del análisis FlowJo del ensayo de cribado de alto rendimiento del ensayo Z-Factor utilizando pHL. Las pestañas etiquetadas como "0 mM de glucosa" (baja) y "5 mM de glucosa" (alta) incluyen datos de células tratadas con 0 o 5 mM de glucosa, respectivamente. Estas relaciones de fluorescencia se presentan en la Figura 4. En la pestaña "Análisis agrupado" se compilaron los cocientes de fluorescencia para ambos tratamientos y se calculó la media y la desviación estándar de la muestra (DE) para cada uno. El estadístico del factor Z se calculó mediante la ecuación 3. Se calculó el cociente de la media Alta/Baja para medir la separación de las medias. Haga clic aquí para descargar este archivo.