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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Le but de ce protocole est de visualiser la forme et la localisation des cellules de Candida albicans dans le tractus gastro-intestinal des mammifères.
Candida albicans est une composante fongique du microbiote intestinal chez l'homme et de nombreux autres mammifères. Bien que C. albicans ne cause pas de symptômes chez la plupart des hôtes colonisés, le réservoir commensal ne servent de dépôt pour les maladies infectieuses, et la présence de seins fongiques élevés dans l'intestin est associée à une maladie inflammatoire de l'intestin. Ici, nous décrivons une méthode pour visualiser la morphologie et la localisation de cellules de C. albicans dans un modèle de souris de colonisation gastro-intestinale stable. La colonisation est établie à l'aide d'une seule dose de C. albicans chez les animaux qui ont été traités avec des antibiotiques oraux. Des segments de tissu intestinal sont fixés d'une manière qui préserve l'architecture du contenu luminal (micro-organismes et mucus) ainsi que la muqueuse hôte. Enfin, l'hybridation in situ fluorescente est effectuée à l'aide de sondes contre l'ARNr fongique pour tacher les C. albicans et les hyphes. Un avantage clé de ce protocole est qu'il permet l'observation simultanée de la morphologie cellulaire de C. albicans et de son association spatiale avec les structures hôtes pendant la colonisation gastro-intestinale.
Candida albicans est un commensal fongique ainsi qu'un agent pathogène humain opportuniste. Cette levure n'a pas de niche environnementale définie et se propage plutôt dans le tractus gastro-intestinal (GI), la peau et le tractus génito-urinaire des humains et d'autres mammifères1. Alors que les premières recherches sur C. albicans se sont concentrées principalement sur son potentiel de virulence, plusieurs rapports récents suggèrent que la propagation des organismes dans l'intestin peut jouer un rôle important dans la santé normale, y compris le développement immunitaire de la hôte2,3,4. Pour faciliter les investigations du commensalisme de C. albicans dans l'intestin des mammifères, nous avons développé un modèle de souris de colonisation stable de GI et une méthode d'hybridation in situ de fluorescence (FISH) pour visualiser des cellules de levure fongique et des hyphes dans le lumen intestinal.
À quelques exceptions près5, les souris de élevage en laboratoire présentent généralement une résistance à la colonisation fongique du tube digestif. On pense que la résistance à la colonisation est médiée par des espèces bactériennes spécifiques; cependant, ceci peut être surmonté par le traitement des animaux avec des antibiotiques6,7 ou l'utilisation d'un régime chimiquement défini qui modifie vraisemblablement la composition bactérienned'espèces 8,9. De même, chez l'homme, l'utilisation d'antibiotiques à large spectre a été associée à la surcroissance et à la diffusion de C. albicans 10. Notre modèle de colonisation murine utilise des antibiotiques à large spectre pour établir la colonisation de C. albicans de souris immunocompétentes et traditionnellement élevés. La pénicilline et la streptomycine sont fournies dans l'eau potable des animaux pendant une semaine avant le gavage avec 108 unités de formation de colonies (CUS) de C. albicans. Tant que l'eau infusée d'antibiotiques est continue, C. albicans se propagera à travers le tractus gastro-intestinal, atteignant les titers fécaux de 106à 108 CfU/g. Malgré le niveau élevé de colonisation fongique, les animaux restent en bonne santé et prennent du poids au même rythme que les témoins non infectés. Ce modèle a été utilisé avec succès pour dépister et caractériser plusieurs c. albicans commensalism facteurs11,12.
Comme d'autres membres du royaume fongique, C. albicans est capable d'une énorme plasticité morphologique13. Dans des conditions in vitro, il a été montré à la transition entre au moins six types de cellules de levure unicellulaires, ainsi que des hyphes multicellulaires et des pseudohyphes. La transition levure-hypha est l'un de ses attributs de virulence les mieux caractérisés, et les hyphes et les pseudohyphes prédominent dans la plupart des modèles de maladies des mammifères, ainsi que dans les tissus humains infectés. Pour déterminer la localisation et la morphologie de cellules de C. albicans dans le tube digestif murine, nous avons développé une technique de FISH pour colorer des levures et des hyphes dans les sections histologiques fixes. Les sondes se composent d'oligonucléotides d'ADN étiquetés fluorescents qui s'hybrident à l'ARN ribosomal fongique 23S (rRNA), qui est distribué dans tout le cytoplasme fongique. Parce que les tissus hôtes sont fixés d'une manière qui préserve l'architecture tridimensionnelle de l'intestin, y compris la muqueuse hôte, le matériel digestif, le microbiote bactérien, et le mucus dans le lumen intestinal, cette technique permet la localisation des champignons cellules par rapport à ces repères lorsqu'ils sont tachés. La technique FISH se compare favorablement aux taches histologiques traditionnelles pour les champignons, telles que le Schiff acide périodique (PAS) ou la méthénamine-Argent (GMS) de Gomori, ainsi que les anticorps antifongiques disponibles dans le commerce, parce que ces réactifs ne sont pas spécifiques pour C. albicans. En outre, les fixatifs standard enlèvent la couche de mucus et perturbent d'autres contenus de l'intestin lumen14,15.
Dans cet article, nous fournissons des instructions détaillées pour établir la colonisation de haute qualité de C. albicans du tractus gastro-intestinal de souris, pour la dissection du tube digestif des animaux euthanasiés, pour la fixation de tissu d'une manière qui préserve luminal pour la détection de C. albicans dans les tissus hôtes à l'aide de FISH. En plus des souches sauvages de type et mutant de C. albicans, la technique du gavage peut être utilisée pour fournir d'autres micro-organismes. La technique de fixation serait utile pour toute étude dans laquelle la préservation du contenu de l'intestin est souhaitée. La procédure FISH peut être complétée en un jour et peut être utilisée pour localiser plusieurs espèces fongiques à l'aide de multiples sondes étiquetées différemment.
Les étapes décrites ci-dessous ont été approuvées par le Comité institutionnel de soins et d'utilisation des animaux de l'UCSF (IACUC).
1. Colonisation gastro-intestinale des souris avec C. albicans utilisant le gavage oral
2. Préparation des tissus gastro-intestinaux pour l'histologie
REMARQUE: Cette section du protocole est adaptée de Johansson et Hansson16.
3. Validation des sondes nouvellement conçues
REMARQUE: Le protocole suivant pour la validation des sondes C. albicans a été adapté de Swidsinski et coll.17.
4. FISH Sstaining in GI Tract Tissues
Suivant les instructions fournies, le résultat de cette technique sera l'étiquetage fluorescent des noyaux dans l'épithélium hôte, le mucus, et C. albicans dans les tissus gi sectionnés. Les cellules sauvages de type Candida albicans devraient apparaître comme des cellules de levure rondes et unicellulaires ou des hyphes multicellulaires très allongés, parfois ramifiés (les divisions cellulaires ne seront pas apparentes dans les hyphes). Les mutants de C. albicans peuvent en outre apparaître comme des levures « grises » plus petites et légèrement allongées ou comme des levures « GUT » plus grandes et légèrement allongées (transition induite par les gastro-intestinaux) ou « opaques ».
La figure 1 représente l'aiguille d'alimentation utilisée pour le gavage oral, ainsi que les positions clés de l'aiguille pendant la procédure de gavage. La figure 2 fournit une configuration typique utilisée pour la dissection d'organe et l'apparition de segments gastro-intestinaux de la souris.
Figure 3 affiche la coloration FISH de différents types de cellules C. albicans suite à la propagation in vitro et dans le modèle de la souris. La figure 3A montre des images de fluorescence et de phase d'hyphes fixes, perméabilisés et propagés in vitro. La formation d'hypha a été induite avec le milieu de Lee liquide18 avec 2% N-acetylglucosamine, pH 6.8 à 37 oC. La figure 3B montre des images de fluorescence et de phase de cellules de levure fixes, perméabilisées et propagées in vitro. La figure 3C,D montre des cellules GUT fixes, perméabilisées et propagées in vitro et des cellules opaques, respectivement. Les types de cellules GUT et opaques sont morphologiquement indiscernables, sauf lorsqu'ils sont visualisés par microscopie électronique à balayage. Veuillez noter que la coloration FISH des cellules prophétisées in vitro sera sous-optimale si les cellules ne sont pas bien perméabilisées. Un exemple de coloration faible et diffuse est illustré dans la figure 3C. Pour de meilleurs résultats, les conditions de fixation et de perméabilisation cellulaires doivent être déterminées empiriquement pour chaque type de cellule et espèce à étudier. Heureusement, le protocole recommandé pour visualiser C. albicans dans les tissus sectionnés produit une perméabilisation plus cohérente.
Figure 3E-G dépeignent C. albicans dans de grands intestins de souris, tachés de la sonde spécifique C. albicans(Figure 3E) ou de la sonde panfunonale (Figure 3F,G). C. albicans apparaît rouge dans ces images, les noyaux de cellules hôtes sont bleus, et la couche de mucus est verte. Les deux levures rondes et hyphes très allongés (pointes de flèche sailles blanches) se produisent dans les gros intestins. Veuillez noter que la coloration est plus brillante avec la sonde panfungique. Figure 3G représente un mutant ume6 dans le même compartiment, taché de la sonde panfunonique. Ume6 code un facteur de transcription qui est nécessaire pour la formation d'hyphe dans des conditions in vitro19 . Fait intéressant, le phénotype à levures verrouillé s'affiche par ce mutant dans des conditions in vitro n'est pas récapitulé dans l'intestin, ce qui suggère qu'un facteur redondant doit être activé dans l'hôte12. La figure 4 représente l'apparition de types sauvages De C. albicans dans différents segments du tractus gastro-intestinal murine, y compris les régions adjacentes à la muqueuse hôte et aux régions plus centrales du lumen intestinal.

Figure 1 : Positions principales de l'aiguille d'alimentation pendant le gavage. (A) Aiguille d'alimentation. (B) Boule d'aiguille d'alimentation insérée sur le côté de la langue. (C) Aiguille d'alimentation en position verticale avec insertion dans l'œsophage. (D) Aiguille d'alimentation insérée dans l'estomac avec quelques millimètres visibles au-dessus du nez. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2 : Exemple de disposition de dissection. (A) Dissection pad et outils. (B) Tract gastro-intestinal excisé. Proximal (œsophage) aux sections distales (anus) : I. Estomac. II. Intestins grêles proximal. III. Intestins grêles médiaux. IV. Intestins grêles distal. V. Cecum. VI. Gros intestin. Les boîtes de bordure pointillées roses indiquent que les tissus doivent être fixés. (C) Tissus positionnés dans des cassettes. Les chiffres romains sont les mêmes que dans le panneau B. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 3 : Images représentatives de C. albicans tachésfish. (A) FISH de C. albicans hyphes cultivés dans les médias liquides de Lee18 avec 2% N-acetylglucosamine, pH 6.8. (B) FISH de C. albicans cellules de levure rondes cultivées sur YEPD - 2% plaques d'agar. (C) FISH des cellules GUT de C. albicans (ySN1045) cultivées sur des plaques de YEPD - 2% d'agar. (D) FISH de C. albicans cellules opaques cultivées sur YEPD - 2% plaques d'agar. (E) Type sauvage C. albicans (ySN250) dans les gros intestins, tachés de la sonde c. albicans-spécifique. (F) Sauvage de type C. albicans dans les gros intestins, tachés de la sonde panifgique. (G) Ume6 mutant (ySN1479) dans les gros intestins, taché de la sonde panfunonique: rouge est C. albicans, bleu est l'hôte des noyaux épithéliales, et le vert est mucine. Les pointes de flèche indiquent des hyphes. Les flèches indiquent la levure. Les barres d'échelle de 20 m. Les images F et G sont adaptées de Witchley et coll.12. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 4 : Apparition de C. albicans tachés fish dans différents compartiments intestinaux. Le type sauvage C. albicans est indiqué dans les segments indiqués du tractus gastro-intestinal de la souris. Dans chaque compartiment, des images représentent la zone adjacente à la muqueuse hôte et la région centrale du lumen intestinal. La coloration a été réalisée avec la sonde panfongique. Barre à l'échelle de 20 m. Les images sont adaptées de Witchley et coll.12. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
| Stocks d'antibiotiques (200x) | |||
| Pénicilline G | 181 mg/mL | ||
| Streptomycine | 400 mg/L | ||
| Methacarn Methacarn | |||
| stock | Concentration finale | volume | Unités |
| Méthanol | 60% | 300 | ml |
| chloroforme | 30% | 150 | ml |
| Acide acétique glaciaire | 10% | 50 | ml |
| Solution d'hybridation | |||
| stock | Concentration finale | volume | Unités |
| 1 M Tris-HCl, pH 7,4 | 20 mM | 20 | Μl |
| 5 M NaCl | 0,9 M | 180 | Μl |
| 10% SDS | 0.10% | 10 | Μl |
| 100% formamide | 1.00% | 10 | L (conservé dans de petits aliquots à -20 oC entre les utilisations) |
| Eau sans RNase | 780 | Μl | |
| Solution de lavage FISH | |||
| 1 M Tris-HCl, pH 7,4 | 20 mM | 1 | ml |
| 5 M NaCl | 0,9 M | 9 | ml |
| Eau sans RNase | 40 | ml | |
| Solution de coloration Mucin-nuclei | |||
| DAPI, 10 g/mL | 20 ng/mL | 2 | Μl |
| lectine, 40 g/mL | 1,6 g/mL | 40 | Μl |
| PBS, pH 7,4 | 958 | Μl |
Tableau 1 : Volumes et concentrations typiques de solutions utilisées dans ce protocole.
Les auteurs n'ont rien à révéler.
Le but de ce protocole est de visualiser la forme et la localisation des cellules de Candida albicans dans le tractus gastro-intestinal des mammifères.
Les auteurs tient à remercier Carolina Tropini, Katharine Ng, Justin Sonnenburg et KC Huang pour leur orientation dans le développement de la technique FISH. Teresa O'Meara a fourni des commentaires utiles sur le manuscrit, et Miriam Levy a aidé à la photographie. Ce travail a été soutenu par des subventions des NIH R01AI108992, R01DK113788, et un Burroughs Welcome Award dans la pathogenèse des maladies infectieuses.
| Seringue de 1 mL | BD | 309659 | peut être substituée par n’importe quel fournisseur |
| gélose | au sang BHI | peut être substituée par n’importe quel fournisseur | |
| C. albicans Sonde FISH | IDT DNA Technologies | sur commande | personnalisée |
| Chambre pour l’incubation | d’hybridation | Chambre étanche destinée à réduire l’évaporation | |
| Chloroforme | Sigma | C2432 | >=99,5 |
| DAPI | Roche | 10236276001 | peut être substitué par n’importe quel fournisseur |
| Chiffons d’essuie-glace à tâche délicate | Kimberley-Clark | 34256CT | Kimwipes |
| D-glucose | Sigma | G7021-5KG | peut être substitué par n’importe quel fournisseur |
| Éthanol | Sigma | E7023 | de qualité biologie moléculaire |
| Aiguilles d’alimentation | Cadence, Inc. | 7910 | métal ; 20 X1-1/2" W/2-1/4 ; peut être autoclavé pour stériliser |
| FITC-UEA-1 | Sigma | L9006-1MG | autres fluorophores disponibles |
| FITC-WGA | Sigma | L4895-2MG | autres fluorophores disponibles |
| Coussinets en mousse | Fisher | 22038221 | Commandez des coussinets en mousse qui s’adapteront aux cassettes |
| Formamide | Sigma | 47671 | grade de biologie moléculaire |
| Acide acétique glacial | Macron Fine Chemicals | MK881746 | réactif ACS, >=99,5 % |
| Verre Coplin | pot Fisher | 08-815 | pouvant contenir jusqu’à 10 lames dos à dos |
| Cassettes d’histologie | Simport | M512 | Cassettes profondes pour que le caecum ne soit pas écrasé |
| Lamelles d’hybridation | Sigma | GBL712222 | sansRNase |
| Four | d’hybridation | peut être substitué par n’importe quel fournisseur | |
| LB | peut être substitué par n’importe quel fournisseur | ||
| Le milieu | de Lee | a été préparé comme décrit dans Lee et al. 1975 | |
| Methanol | Sigma | 179337 | réactif ACS, >=99,8 |
| Souris | Charles River Laboratories | 028 | adulte BALB/c ; 18-21 grammes (8-10 semaines) |
| Paraformaldéhyde | Fisher | 50-980-487 | Solution à 16 % |
| Cire de parrafine | Sigma | P3558-1KG | Paraplast pour enrobage tissulaire |
| PBS, pH 7,4 | UCSF Installation de culture cellulaire Unité de production de milieux | CCFAL003 | sans calcium, sans magnésium ; peut être substitué par n’importe quel fournisseur |
| Pénicilline G | Sigma | PENNA-100MU | |
| gélose | au dextrose Sabouraud | peut être Chlorure de | |
| sodium (NaCl) | Sigma | S3014 | peut être substitué par n’importe quel fournisseur ; maintenir |
| dodécylsulfate de sodium (SDS) | Sigma | L3771 | peut être remplacé par n’importe quel fournisseur ; maintenir | le streptomycine sans RNase
| Sigma | S9137-100G | ||
| Le stylo Super PAP | Life Technologies | 8899 | peut être remplacé par n’importe quel fournisseur |
| Tris-HCl | Sigma | T3253 | peut être substitué par n’importe quel fournisseur ; maintenir sans RNase |
| Vectashield | Vector Laboratories | H-1000 | ne contient pas de DAPI |
| Xylenes | Sigma | 214736 | réactif de qualité |
| YEPD | peut être substitué par n’importe quel fournisseur |