Nous rapportons le développement d'un système de sélection négative dans E. histolytica Basé sur l'expression transgénique d'une protéine chimérique (FCU1) et la sélection avec la prodrogue 5-fluorocytosine. La protéine FCU1 est une fusion de la cytosine désaminase levure et uracile phosphoribosyltransférase. Expression de FCU1 entraîné une augmentation E. histolytica vers la 5-fluorocytosine.
Article de méthode
Développement d'un marqueur sélectionnable négatif pour les Entamoeba histolytica
Dans cet article
Résumé
Résumé
Entamoeba histolytica est l'agent causal de l'amibiase et infecte jusqu'à 10% de la population mondiale. Les techniques moléculaires qui ont permis le haut et le bas-régulation de l'expression génique reposent sur la transfection de plasmides maintenu de manière stable. Alors que ceux-ci ont amélioré notre compréhension des facteurs de virulence Entamoeba, la capacité d'intégrer l'ADN exogène dans le génome, ce qui permettrait inverse expériences génétique, serait un avantage significatif dans l'étude de ce parasite. Les défis présentés par cet organisme comprennent l'incapacité de choisir pour les événements de recombinaison homologue et de la difficulté à guérir épisomale ADN plasmidique de trophozoïtes transfectées. Les résultats plus tard dans un bruit de fond élevé d'ADN exogène, un problème majeur dans l'identification des trophozoites dans lequel une bonne foi évènement intégration génomique s'est produite. Nous rapportons le développement d'un système de sélection négative basée sur l'expression transgénique d'une cytosine désaminase de la levure et l'uracile phosphoribosyl transférase chimère (FCU1) et la sélection avec prodrogue 5-fluorocytosine (5-FC). L'enzyme convertit FCU1 non toxique 5-FC en 5-fluorouracile toxiques et 5-fluoro-5'-monophosphate. E. histolytica lignes exprimant FCU1 ont été trouvés à 30 fois plus sensible à la prodrogue par rapport à la souche témoin.
Protocole
1. Système FCU sélection négative dans Entamoeba histolytica
- La ligne de la lutte antivectorielle (HM1 / pKT3M) et la ligne expérimentale (HM1/pKT3M-FCU1) ont été générés par 1,2 les techniques décrites précédemment. Graine les lignes à l'étude à partir des tubes d'actions dans T-25 flacons et conserver la sélection par l'ajout des antibiotiques appropriés (12 pg / ml de G418) dans TYI-S-33 3 moyen. Les flacons doivent être 70-80% confluentes après 16-18 heures de croissance à 37 ° C.
- Préparer une solution stock de frais de 50mm de la 5-fluorocytosine (5-FC, Sigma) dans chaude TYI-S-33 à moyen terme. Vortex rigoureuse pendant plusieurs minutes à se dissoudre complètement la 5-FC. Filtre-stériliser la solution stock en le passant à travers un filtre de 0,22 um.
- Trophozoïtes récolte en plaçant les flacons sur la glace pendant 3-5 minutes et recueillir les cellules par centrifugation à 200xg pendant 5 minutes à température ambiante. Reprendre le culot dans TYI milieu frais et compter les cellules.
- Conception d'une expérience typique utilise 0,5 x 10 4 cellules par puits d'une plaque de 48 puits dans un volume final de 1 ml, et répète trois exemplaires pour chaque condition d'essai. En outre, pour faciliter les mesures fluorescente, une plaque séparée est utilisée pour chaque souche par point dans le temps.
- Graine de 0,5 x 10 4 cellules par puits pour chaque test de concentration de 5-FC, en trois exemplaires. Maintenir la pression de sélection antibiotique dans le milieu TYI. Maintenant, ajoutez la quantité requise de 5-FC solution stock et des trophozoïtes à chaque puits.
- Incuber les plaques dans un sac anaérobie à 37 ° C.
2. Détermination de l'efficacité de sélection
- Préparer 2 mg / ml solution stock de Cell Tracker CMFDA vert (Invitrogen) dans le DMSO. Pour rendre la solution de travail diluer le stock de 1000 fois dans un milieu sans sérum TYI.
- Retirez le support complètement de plaques de culture trophozoïte et la remplacer par 150 ul sans sérum contenant CMFDA TYI. Continuer d'incubation à 37 ° C pendant 1 heure.
- Retirer la solution de colorant à partir de puits et de lire la plaque dans le spectrofluorimètre microplaques Spectramax M2. La longueur d'onde d'excitation doit être réglé à 492 nm et l'émission de fluorescence lue à 517 nm.
- Comparez les valeurs de fluorescence pour les cellules de contrôle par rapport au test de transfectants.
- Continuer la lecture des plaques à chaque intervalle de temps. Utilisez positifs appropriés (TYI seulement) et négatifs (25 ug / ml d'hygromycine) puits de contrôle dans chaque assiette.
3. Les résultats représentatifs
Le E. transfectants histolytica a montré une expression robuste de codon FCU1 recombinante optimisée (figure 1). Lorsque ce protocole est suivi correctement il en résulte l'élimination sélective des E. cellules exprimant FCU1 histolytica en présence de 0,5 mM de 5-fluorocytosine. Cellules de contrôle, en revanche continuer à croître normalement à un maximum de 5 mM de concentration de 5-FC et atteindre la confluence entre 72 et 96 heures (figure 2-a). Les cellules porteuses FCU1 à 48 heures sont complètement lysées lorsque le puits traités sont considérés sous un microscope. Ces montrent également une diminution de fluorescence lorsqu'elles sont colorées avec le colorant vital CMFDA, qui est utilisé dans les études quantitatives impliquant grand nombre d'échantillons (figure 2-b). Le système FCU1/5-FC est un outil de sélection efficace et puissant négatifs pour E. histolytica trophozoïtes.
Figure 1. Génération de E. histolytica HM1 transfectants exprimant marqueur de sélection négative
(A) FCU1 protéine recombinante a été détecté sur un western blot à l'aide d'anticorps anti-c Myc (panneau supérieur). Comme prévu, une bande 42kDa a pu être détecté (indiqué par une flèche) dans le lysat total de la transfectants FCU, mais pas dans le vecteur seul transfectants contrôle. Le panneau du bas montre la même blot sondé avec l'anticorps anti-actine comme contrôle du chargement. (B) Résultats de la PCR en temps réel quantitative montrant l'expression des ARNm spécifiques FCU1 normalisée à lgl4 contrôle.
Figure 2. Sensibilité aux médicaments in vitro de E. transfectants exprimant histolytica marqueur de sélection négative
Les courbes de survie des transfectants de contrôle (a) et (b) des transfectants exprimant FCU1 cultivées dans 48 puits assiette. Les cellules ont été cultivées en présence de concentrations croissantes de la prodrogue-5-fluorocytosine, la survie cellulaire a été quantifiée par une coloration CMFDA à chaque intervalle de temps que notée sur le X-axe. L'axe Y représente les unités de fluorescence et est le reflet direct de la population de cellules survivantes. S'il vous plaît noter que les transfectants exprimant FCU1 a montré une sensibilité significative à la concentration 0,5 mM prodrogue par rapport au témoin. Pas de cellules ont été observées au point dans le temps 120h dans ces puits comme comcomparé à la croissance confluente vu dans le puits de contrôle correspondants sous le microscope (données non présentées). Hygro représente 25μg / ml d'hygromycine utilisé comme contrôle négatif.
Discussion
Bien qu'il y ait eu des progrès substantiels dans Entamoeba outils de biologie moléculaire il n'existe pas de méthodes actuellement disponibles pour supprimer ou perturber les gènes 4. Knockdown de l'expression génique spécifique a été réalisé par l'utilisation d'ARN en épingle à cheveux 5, 6 petits ARN interférents et exprimées par la bactérie ARNdb 7. Cependant, ces méthodes tout en étant efficace pour les gènes cibles respectifs, ont plusieurs limites dont l'utilisation des produits chimiques coûteux, la sélection continue contre les antibiotiques et la nécessité pour la validation constante due à l'incidence élevée de réversion survenant au cours du temps (Alicia Linford, communication personnelle) 8.
Toute plasmide peut se répliquer dans les Entamoeba car il n'est apparemment pas une exigence stricte pour la séquence origines de réplication de l'ADN 9, et donc une fois transfectées, il est généralement difficile à guérir un plasmide. Ceci limite l'utilisation possible des plasmides intacts dans des expériences de recombinaison et knockout du gène. Marqueurs de sélection négative sont des éléments clés de ciblage génique méthodes, car ils peuvent être utilisés pour éliminer les sous-populations recombinantes. Nous avons exprimé avec succès un codon optimisé FCU1 gène dans E. histolytica et testé son potentiel en tant que marqueur sélectionnable négatif. Ce gène de fusion a été utilisé pour la thérapie génique suicide de cellules tumorales humaines et métabolise le promédicament 5-FC en produits toxiques aval résultant de l'inhibition de la synthèse d'ARN et l'ADN 10. FCU1 a été récemment utilisé comme un marqueur sélectionnable négatif au Plasmodium, un autre parasite protozoaire. Plasmodium berghei cellules exprimant FCU1 ont été trouvés pour être près de 1000 fois plus sensible à la prodrogue in vitro et in vivo avec un traitement de 5-FC a tué plus de 99,9% du infectant des parasites recombinants dans le modèle de souris au stade érythrocytaire du paludisme 11. E. cellules exprimant FCU1 histolytica a montré qu'une sensibilité de 30 fois plus élevé au promédicament 5-FC par opposition à la sensibilité observée dans P. berghei. Les raisons possibles pour cela pourrait être important bassin de nucléotides disponibles dans le milieu de croissance en compétition avec les métabolites toxiques.
Dans les deux P. berghei et P. falciparum le marqueur FCU1 a été utilisé dans disruption génique ciblée. Des études 11,12. Notre objectif est de manipuler le génome Entamoeba utilisant la recombinaison homologue. La validation du système de sélection négative FCU1/5-FC est une étape importante vers cet objectif.
Déclarations de divulgation
La production de cette vidéo a été parrainé par Sigma Aldrich, Inc, qui produit certains des réactifs utilisés dans cet article.
Remerciements
Nous tenons à remercier le Dr Philippe Erbs pour nous avoir fourni la séquence du gène FCU1. Ce travail a été soutenu par le NIH subventions AI 26649.
Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Milieu TYI-S-33 | ATCC | Référence incluse dans le texte | |
| 5-Fluorocytosine | Sigma-Aldrich | F7129 | |
| Traceur cellulaire vert CMFDA | Invitrogen | C2925 | |
| Lecteur de plaques Spectra Max M2 | Molecular Devices |
Références
- Olvera, A. Stable transfection of Entamoeba histolytica trophozoites by lipofection. Arch. Med. Res. , 49-51 (1997).
- Saito-Nakano, Y., Yasuda, T., Nakada-Tsukui, K., Leippe, M., Nozaki, T. Rab5-associated vacuoles play a unique role in phagocytosis of the enteric protozoan parasite Entamoeba histolytica. J. Biol. Chem. 279, 49497-49507 (2004).
- Diamond, L. S., Harlow, D. R., Cunnick, C. C. A new medium for the axenic cultivation of Entamoeba histolytica and other Entamoeba. Trans. R. Soc. Trop. Med. Hyg. 72, 431-432 (1978).
- Clark, C. Anaerobic parasitic protozoa : genomics and molecular biology. , Caister Academic. Norfolk UK. (2010).
- Linford, A. S. Short hairpin RNA-mediated knockdown of protein expression in Entamoeba histolytica. BMC Microbiol. 9, 38-38 (2009).
- Solis, C. F., Guillén, N. Silencing genes by RNA interference in the protozoan parasite Entamoeba histolytica. Methods Mol. Biol. 442, 113-128 (2008).
- Solis, C. F., Santi-Rocca, J., Perdomo, D., Weber, C., Guillén, N. Use of bacterially expressed dsRNA to downregulate Entamoeba histolytica gene expression. PLoS ONE. 4, e8424-e8424 (2009).
- MacFarlane, R. C., Singh, U. Loss of dsRNA-based gene silencing in Entamoeba histolytica: implications for approaches to genetic analysis. Exp. Parasitol. 119, 296-300 (2008).
- Dhar, S. K., Vines, R. R., Bhattacharya, S., Petri, W. A. Ribosomal DNA fragments enhance the stability of transfected DNA in Entamoeba histolytica. J. Eukaryot. Microbiol. 45, 656-660 (1998).
- Erbs, P. In vivo cancer gene therapy by adenovirus-mediated transfer of a bifunctional yeast cytosine deaminase/uracil phosphoribosyltransferase fusion gene. Cancer Res. 60, 3813-3822 (2000).
- Braks, J. A. M., Franke-Fayard, B., Kroeze, H., Janse, C. J., Waters, A. P. Development and application of a positive-negative selectable marker system for use in reverse genetics in Plasmodium. Nucleic Acids Res. 34, e39-e39 (2006).
- Maier, A. G., Braks, J. A. M., Waters, A. P., Cowman, A. F. Negative selection using yeast cytosine deaminase/uracil phosphoribosyl transferase in Plasmodium falciparum for targeted gene deletion by double crossover recombination. Mol. Biochem. Parasitol. 150, 118-121 (2006).
Réimpressions et autorisations
