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Research Article
Amanda R. Paixão*1, Beatriz R. S. Dias*1, Luana C. Palma1, Natália M. Tavares1, Cláudia I. Brodskyn1, Juliana P. B de Menezes1, Patricia S. T. Veras1,2
1Laboratory of Host-Parasite Interaction and Epidemiology,Gonçalo Moniz Institute, 2National Institute of Science and Technology of Tropical Diseases - National Council for Scientific Research and Development (CNPq)
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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 mécanisme associé à la phagocytose dans l’infection à Leishmania reste mal compris. Ici, nous décrivons des méthodes pour évaluer les événements précoces se produisant lors de l’interaction de Leishmania avec les cellules hôtes.
La phagocytose est un processus orchestré qui implique des étapes distinctes : la reconnaissance, la liaison et l’internalisation. Les phagocytes professionnels absorbent les parasites Leishmania par phagocytose, consistant à reconnaître les ligands sur les surfaces des parasites par de multiples récepteurs de cellules hôtes. La liaison de Leishmania aux membranes des macrophages se produit par le récepteur du complément de type 1 (CR1) et le récepteur du complément de type 3 (CR3) et les récepteurs de reconnaissance de formes. Le lipophosphoglycane (LPG) et la glycoprotéine de 63 kDa (gp63) sont les principaux ligands impliqués dans les interactions macrophage-leishmania . Après la reconnaissance initiale des ligands du parasite par les récepteurs de la cellule hôte, les parasites deviennent intériorisés, survivent et se multiplient dans les vacuoles parasitophres. Le processus de maturation des vacuoles induites par Leishmania implique l’acquisition de molécules à partir de vésicules intracellulaires, y compris la protéine G monomère Rab 5 et Rab 7, la protéine membranaire associée lysosomale 1 (LAMP-1), la protéine membranaire associée lysosomale 2 (LAMP-2) et la protéine 1A / 1B-chaîne légère 3 associée aux microtubules (CL3).
Ici, nous décrivons des méthodes pour évaluer les événements précoces se produisant lors de l’interaction de Leishmania avec les cellules hôtes en utilisant la microscopie confocale, y compris (i) la liaison (ii) l’internalisation et (iii) la maturation du phagosome. En ajoutant à l’ensemble des connaissances entourant ces déterminants de l’issue de l’infection, nous espérons améliorer la compréhension de la pathogenèse de l’infection à Leishmania et soutenir la recherche éventuelle de nouvelles cibles chimiothérapeutiques.
La leishmaniose est une maladie tropicale négligée causée par des parasites protozoaires du genre Leishmania, entraînant un large éventail de manifestations cliniques chez l’hôte vertébré, notamment la leishmaniose cutanée, la leishmaniose cutanéo-muqueuse et la leishmaniose viscérale1. L’Organisation mondiale de la santé (OMS) estime que plus d’un milliard de personnes sont à risque, avec plus d’un million de nouveaux cas signalés chaque année2.
Les espèces du genre Leishmania sont des protozoaires intracellulaires obligatoires qui survivent à l’intérieur des cellules hôtes, y compris les monocytes, les macrophages et les cellules dendritiques3. L’interaction leishmanie-macrophage est un processus complexe qui implique plusieurs récepteurs de cellules hôtes et ligands parasitaires soit par interaction directe, soit par opsonisation impliquant les récepteurs du complément 4,5. Les récepteurs de surface classiques, tels que CR1, CR3, mannose-fucose, fibronectine, récepteurs de type Toll et charognards, interviennent dans la fixation du parasite aux macrophages 6,7,8. Ces récepteurs reconnaissent les molécules à la surface de Leishmania, notamment la glycoprotéine de 63 kDa (gp63) et le lipophosphoglycane glycolipidique (GPL)9. Ce sont les molécules les plus abondantes à la surface des promastigotes et jouent un rôle essentiel dans la subversion de la réponse immunitaire de l’hôte, favorisant l’établissement d’une infection parasitaire dans les cellules demammifères10. Une fois que les ligands de surface du parasite se lient aux récepteurs des macrophages, la F-actine s’accumule sur les surfaces cellulaires des mammifères, entourant les parasites au fur et à mesure qu’ils sont phagocytés. Par la suite, cela conduit à la formation d’un compartiment induit par le parasite appelé vacuole parasiphore (PV), qui présente des caractéristiques phagolysosomales11. Une fois à l’intérieur de ces phagolysosomes, les parasites subissent plusieurs altérations essentielles à la survie et à lamultiplication3.
La biogenèse des PV est un processus de trafic membranaire hautement réglementé essentiel à la survie intracellulaire de cet agent pathogène12. La formation de ce compartiment résulte d’événements de fusion séquentielle entre les phagosomes et les compartiments de la voie endocytaire de l’hôte. Des études classiques de biologie cellulaire ont révélé que la maturation des PV implique l’acquisition de protéines G monomères Rab 5 et Rab 7, qui sont principalement associées à une maturation précoce et tardive des endosomes, respectivement13. De plus, ces compartiments acquièrent les protéines membranaires associées aux lysosomes 1 et 2 (LAMP 1, LAMP 2), les principaux constituants protéiques de la membrane lysosomale et la protéine 1A/1B-light chain 3 (CL3) associée aux microtubules, un marqueur autophagosome14. Malgré des similitudes apparentes, la cinétique de formation de PV15,16 et la morphologie de ces compartiments varient selon les espèces de Leishmania. Par exemple, une infection causée par L. mexicana ou L. amazonensis induit la formation de grands compartiments contenant un grand nombre de parasites17. En revanche, d’autres espèces, comme L. braziliensis et L. infantum, forment des vacuoles plus petites qui ne contiennent normalement qu’un ou deux parasites dans chaque vacuole18.
Malgré cette connaissance de l’interaction entre la cellule hôte et la leishmanie, les événements initiaux déclenchés par le contact entre les récepteurs de l’hôte et les ligands du parasite n’ont pas été entièrement élucidés. Ces événements sont connus pour être des déterminants de l’issue de l’infection parasitaire et dépendent des espèces parasitaires, du type de récepteurs de la cellule hôte recrutés pour reconnaître les parasites et de l’activation des voies de signalisation des macrophages19,20. Par conséquent, il est essentiel d’identifier les molécules impliquées dans la biogenèse des PV induites par Leishmania et de déterminer le(s) rôle(s) joué(s) par ces molécules dans l’établissement et l’issue de l’infection. Ici, nous décrivons une méthode de surveillance des événements précoces survenant au cours de la phagocytose de Leishmania, y compris la liaison, l’internalisation, la formation et la maturation des phagosomes. Ce travail pourrait aider à clarifier la participation de PLC, Akt, Rab5, Rab7 et LC3 dans la formation de PV induite par différentes espèces de Leishmania. Il est important de noter que ce protocole peut être utilisé pour étudier la participation d’autres protéines impliquées dans la maturation PV. Les études futures élargiront les connaissances sur les mécanismes impliqués dans l’interaction Leishmania-cellule hôte et contribueront à la conception de nouvelles stratégies chimiothérapeutiques.
Les cellules ont été obtenues à partir de donneurs sains après l’approbation des procédures par les comités nationaux d’éthique de la recherche (ID: 94648218.8.0000.0040).
1. Cultures cellulaires
2. Cultures de parasites et coloration rouge CellTracker
REMARQUE: Pour visualiser les parasites par microscopie à fluorescence, effectuez une coloration à l’aide du colorant fluorescent rouge CellTracker (CMTPX). Alternativement, d’autres marqueurs, y compris la carboxyfluorescéine, peuvent être utilisés conformément aux instructions du fabricant ou des promastigotes exprimant de manière constitutive GFP, RFP ou d’autres gènes rapporteurs fluorescents. Les parasites utilisés pour infecter les cellules sont ceux en phase stationnaire de croissance obtenus à partir d’une culture axénique promastigote ne dépassant pas 7 passages.
3. Évaluation de la liaison de Leishmania aux macrophages
4. Évaluation de la phagocytose de Leishmania par les macrophages
5. Évaluation de la maturation vacuole induite par Leishmania
NOTE: La transfection cellulaire THP-1 doit être effectuée comme décrit par M. B. Maess, B. Wittig et S. Lorkowski 23. Nous résumons ici ce protocole, avec un minimum de modifications. La nucléofection est une méthode de transfection spécifique qui nécessite un nucléofector. Comme méthode alternative, les cellules peuvent être transfectées en utilisant la lipofectamine24 et la transduction du lentivirus25.
6. Évaluation du recrutement de LC3 à Leishmania spp. PVs
REMARQUE : Le marqueur membranaire autophagique LC3 peut être utilisé pour déterminer si les phagosomes présentent des caractéristiques autophagiques. Le recrutement de CL3 dans les PV induites par Leishmania peut être évalué pendant l’infection par immunomarquage des cellules avec l’anticorps anti-LC3, comme décrit précédemment par C. Matte32 et B. R. S. Dias33.
7. Acquisition de la microscopie confocale et quantification des Fidji
REMARQUE: L’acquisition d’images d’immunofluorescence doit être effectuée à l’aide d’un microscope confocal à balayage laser. Pour obtenir une meilleure résolution, utilisez un objectif 63x à immersion dans l’huile.
8. Analyse statistique
REMARQUE : Pour l’analyse des données et les graphiques, utilisez un programme d’analyse statistique.
Ce rapport vise à évaluer les événements précoces survenant au cours de la phagocytose de L. braziliensis isolé chez des patients présentant la forme L. braziliensis-LCL ou L. braziliensis-DL de CL. En utilisant la microscopie confocale, nous avons étudié les principaux événements associés à la phagocytose des parasites: liaison, internalisation et maturation du phagosome. Nous avons d’abord évalué la liaison et la phagocytose de L. braziliensis-LCL ou L. braziliensis-DL par des macrophages dérivés de monocytes humains. Les données montrent que L. braziliensis-LCL et L. braziliensis-DL se lient de la même manière aux macrophages (Figure 1). De plus, aucune différence n’a été observée concernant la phagocytose de L. braziliensis-LCL et de L. braziliensis-DL par les cellules hôtes (Figure 2). Enfin, nous avons comparé le recrutement de CL3 aux PV induits par L. braziliensis-LCL ou L. braziliensis-DL dans les cellules infectées. Après 30 min, 4 et 12 h d’infection, nous avons observé des pourcentages similaires de PV décorés de LC3 dans les macrophages infectés par L. braziliensis-LCL et L. braziliensis-DL (Figure 3). Ces résultats représentatifs ont montré que L. braziliensis-LCL et L. braziliensis-DL interagissent de manière similaire avec les macrophages lors de la liaison, de la phagocytose et de la biogenèse des PV, concernant le recrutement de la CL3.
Des images microscopiques représentant des cellules THP-1 transfectées efficacement avec des plasmides PLC-GFP, Rab5-GFP, Rab7-GFP sont montrées à la figure 4.

Graphique 1. Évaluation de la liaison de L. braziliensis-LCL et de L. braziliensis-DL aux macrophages humains. Des macrophages humains dérivés de monocytes ont été infectés par L. braziliensis-LCL- ou L. braziliensis-DL. Après 10 min à 4 °C, la liaison a été évaluée par microscopie confocale. (A) Images de microscopie confocale de L. braziliensis-LCL ou L. braziliensis-DL (marquées avec CMTPX, rouge) se liant aux macrophages (marquées à la phalloïdine, vert). Pour la microscopie confocale, les noyaux cellulaires ont été marqués avec DAPI (bleu). Les flèches représentent la liaison Leishmania-macrophage. (B) Pourcentage de Leishmania se liant aux macrophages. Au total, 30 cellules par groupe ont été analysées. Les données représentent chaque répétition d’une expérience réalisée en quintuplicate (test t non apparié, p > 0,05). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Graphique 2. Évaluation de la phagocytose de L. braziliensis-LCL et de L. braziliensis-DL par des macrophages humains. Des macrophages dérivés de monocytes humains ont été incubés avec L. braziliensis-LCL ou L. braziliensis-DL pendant 10 min à 4 °C, suivis de 1 h supplémentaires à 37 °C. Les cellules ont ensuite été analysées par microscopie à fluorescence en comptant un total de 400 cellules. (A) Images de microscopie confocale de macrophages humains infectés par L. braziliensis-LCL ou L. braziliensis-DL. Pour la microscopie confocale, les noyaux cellulaires ont été marqués avec DAPI (bleu). Les flèches représentent les noyaux des parasites Leishmania. (B) Pourcentage de phagocytose de Leishmania. Les cercles représentent les données de chaque répétition d’une expérience réalisée en triple exemplaire (test t non apparié, p > 0,05). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Graphique 3. Évaluation du recrutement de CL3 dans les PV induit par L. braziliensis-LCL ou L. braziliensis-DL dans les macrophages. Des macrophages humains dérivés de monocytes ont été infectés puis colorés avec des anticorps anti-LC3 pendant 30 min, 4 et 12 h. (A) Images de microscopie confocale de macrophages infectés par L. braziliensi s-LCL ou L. braziliensis-DL marqués avec anti-LC3 suivies de l’anticorps secondaire anti-lapin IgG conjugué à Alexa Fluor 488 (vert). Pour la microscopie confocale, les noyaux cellulaires ont été marqués avec DAPI (bleu); (B) Pourcentage de PV induits par L. braziliensis-LCL ou L. braziliensis-DL décorés de CL3-II. Au total, 30 cellules par groupe ont été analysées. Les cercles correspondent à chaque champ sélectionné au hasard analysé (test t non apparié, p > 0,05). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Graphique 4. Cellules THP-1 exprimant PLC, Rab5 ou Rab7. Après différenciation en macrophages, les cellules THP-1 ont été soumises à la nucléofection avec chaque gène d’intérêt couplé à des sondes fluorescentes GFP : PLC, Rab5 et Rab7. Par la suite, ces cellules ont été fixées, ont eu le noyau coloré avec DAPI (bleu) et ont été observées sous un microscope confocal en utilisant un objectif 63x / 1.4. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Les bailleurs de fonds n’ont joué aucun rôle dans la conception de l’étude, la collecte ou l’analyse des données, la décision de publier ou la préparation du manuscrit. Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.
Le mécanisme associé à la phagocytose dans l’infection à Leishmania reste mal compris. Ici, nous décrivons des méthodes pour évaluer les événements précoces se produisant lors de l’interaction de Leishmania avec les cellules hôtes.
Nous remercions l’Institut Gonçalo Moniz, Fiocruz Bahia, Brésil et le département de microscopie pour leur aide. Ce travail a été soutenu par INOVA-FIOCRUZ numéro 79700287000, P.S.T.V. détient une subvention pour la productivité dans la recherche du CNPq (305235/2019-2). Les plasmides ont été aimablement fournis par Mauricio Terebiznik, Université de Toronto, CA. Les auteurs tiennent à remercier Andris K. Walter pour la révision de la langue anglaise et l’aide à la révision des manuscrits.
| 2-mercaptoéthanol | Thermo Fisher Scientific | 21985023 | |
| AlexaFluor 488 Chèvre conjuguée anti-lapin IgG | Thermo Fisher Scientific | Tem varios no site | |
| anti-LC3 Anticorps | Novus Biologicals | NB600-1384 | |
| Albumine sérique bovine (BSA) | Thermo Fisher Scientific | X | |
| CellStripper | Corning | 25-056-CI | |
| CellTracker Rouge (CMTPX) Colorant | Thermo Fisher Scientific | C34552 | |
| Centrí ; fuga | Thermo Fisher Scientific | ||
| Ciprofloxacine | Isofarma | X | |
| Incubateur CO2 | Thermo Fisher Scientific | X | |
| Microscope confocal à fluorescence (Leica SP8) | Leica | Leica SP8 | |
| Sérum fœtal bovin (FBS) | Gibco | 10270106 | |
| Microscope à fluorescence (Olympus Lx73) | Olympus | Olympus Lx73 | |
| Gentamicine | Gibco | 15750045 | |
| Glutamine | Thermo Fisher Scientific | 35050-061 | |
| HEPES (N-2-hydroxyethyl piperazine-N'-2-éthane-sulfonique) | Gibco | X | |
| Histopaque | Sigma | 10771 | |
| M-CSF | Peprotech | 300-25 | |
| NH4Cl | Sigma | A9434 | |
| Sérum de chèvre normal | Sigma | NS02L | |
| Nucleofector 2b Dispositif | Lonza | AAB-1001 | |
| Solution de nucléofecteur | Lonza | VPA-1007 | |
| Paraformaldéhyde | Sigma | 158127 | |
| Phalloidin | Invitrogen | A12379 | |
| Acétate de myristate de Phorbol (PMA) | Sigma | P1585 | |
| Solution tampon de phosphate (PBS) | Thermo Fisher Scientific | 10010023 | |
| ProLong Gold Antifade kit | Life Technologies | P36931 | |
| Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 moyen | Gibco | 11875-093 | |
| Saponin | Thermo Fisher Scientific | X | |
| Schneider’s Insect medium | Sigma | S0146 | |
| Bicarbonate de sodium | Sigma | S5761 | |
| Pyruvate de sodium | Sigma | S8636 | |
| Triton X-100 | Sigma | X |