כאן אנו מתארים שיטה להמחשת אברון החיידקים האונקוגני המכונה מערכת הפרשת Cag Type IV (Cag-T4SS). אנו מוצאים כי ה-Cag-T4SS מיוצר באופן דיפרנציאלי על פני השטח של הליקובקטר פילורי בתגובה לתנאים משתנים של זמינות ברזל.
מאמר שיטה
כאן אנו מתארים שיטה להמחשת אברון החיידקים האונקוגני המכונה מערכת הפרשת Cag Type IV (Cag-T4SS). אנו מוצאים כי ה-Cag-T4SS מיוצר באופן דיפרנציאלי על פני השטח של הליקובקטר פילורי בתגובה לתנאים משתנים של זמינות ברזל.
הליקובקטר פילורי הוא חיידק בצורת סליל, גרם שלילי, המתיישב בגומחת הקיבה האנושית של מחצית מהאוכלוסייה האנושית1,2. הליקובקטר פילורי הוא הגורם העיקרי לסרטן הקיבה, הגורם השני המוביל למקרי מוות הקשורים לסרטן ברחבי העולם3. גורם אלימות אחד שנקשר לסיכון מוגבר למחלות קיבה הוא אי ה-Cag-פתוגניות, אזור של 40 קילו-בייט בתוך הכרומוזום של הליקובקטר פילורי המקודד מערכת הפרשה מסוג IV ומולקולת האפקטור הקוגנטית, CagA4,5. ה-Cag-T4SS אחראי על העברת CagA ופפטידוגליקן לתאי אפיתל מארח5,6. הפעילות של Cag-T4SS מביאה לשינויים רבים בביולוגיה של התא המארח, כולל ויסות מוגבר של ביטוי ציטוקינים, הפעלת מסלולים פרו-דלקתיים, שיפוץ שלד הציטו ואינדוקציה של רשתות איתות תאים אונקוגניות5-8. ה-Cag-T4SS היא מכונה מקרו-מולקולרית המורכבת מרכיבי תת-הרכבה המשתרעים על פני הממברנה הפנימית והחיצונית ומשתרעים החוצה מהתא לחלל החוץ-תאי. החלק החוץ-תאי של ה-Cag-T4SS מכונה "פילוס"5. מחקרים רבים הוכיחו כי ה-Cag-T4SS pili נוצרים בממשק המארח-פתוגן9,10. עם זאת, המאפיינים הסביבתיים המווסתים את הביוגנזה של אברון חשוב זה נותרו מעורפלים במידה רבה. לאחרונה דיווחנו כי תנאים של זמינות ברזל נמוכה הגבירו את פעילות ה-Cag-T4SS ואת הביוגנזה של פילוס. כאן אנו מציגים פרוטוקול אופטימלי לגידול הליקובקטר פילורי בתנאים משתנים של זמינות ברזל לפני תרבית משותפת עם תאי אפיתל קיבה אנושיים. יתר על כן, אנו מציגים את הפרוטוקול המקיף להדמיה של הפנוטיפ ההיפר-פילי המוצג בתנאים מוגבלים בברזל על ידי ניתוחי מיקרוסקופ אלקטרונים סורקים ברזולוציה גבוהה.
זיהום הליקובקטר פילורי הוא גורם סיכון משמעותי לסרטן הקיבה1. עם זאת, תוצאות המחלה משתנות ותלויות בגורמים רבים כגון גנטיקה של המארח, המגוון הגנטי של זני הליקובקטר פילורי ואלמנטים סביבתיים כגון תזונת המארח11. דיווחים קודמים קבעו כי קיים מתאם בין זיהום בהליקובקטר פילורי, מחסור בברזל (כפי שנמדד על ידי ירידה בריכוזי פריטין והמוגלובין בדם), וייצור מוגבר של ציטוקינים פרו-דלקתיים, כולל הפרשת IL-8, מה שמוביל בסופו של דבר להתקדמות מוגברת של מחלת קיבה12. זיהום חריף בהליקובקטר פילורי קשור גם להיפוכלורהידריה, הפוגעת ביכולתו של המארח לספוג ברזל מזין, ובסופו של דבר מובילה לשינויים בהומאוסטזיס ברזל13. ממצאים קליניים אלה מצביעים על כך שזמינות ברזל בנישת הקיבה יכולה להיות גורם חשוב בתוצאות המחלה. למעשה, מודלים של בעלי חיים של זיהום בהליקובקטר פילורי הראו שצריכת ברזל נמוכה בתזונה מחמירה את מחלת הקיבה14. רמות הברזל המופחתות בבעלי חיים אלה מחייבות את הליקובקטר פילורי לגרום לתגובת רכישת ברזל על מנת להשיג את הברזל הדרוש לשכפול חיידקים. להליקובקטר פילורי יש את היכולת להפריע לסחר בברזל בתוך תאי המארח כדי להקל על שכפול חיידקים באופן תלוי CagA15. מעניין לציין כי הוכח כי אי הפתוגניות של ה-cag מווסת על ידי גורם השעתוק המגיב לברזל Fur16,17. יתר על כן, זני Cag+ קשורים לדלקת מוגברת ומחלות קיבה כגון סרטן1. ממצאים אלה תומכים במודל לפיו הליקובקטר פילורי משנה את ביטוי Cag-T4SS במאמץ להשיג ברזל מתאי מארח השוכנים בסביבה מדולדלת ברזל וכתוצאה מכך תוצאות מחמירות של המחלה.
שני גורמים המגבירים את הדלקת והתחלואה הם ביטוי Cag וצריכת ברזל נמוכה בתזונה. עובדות אלה תומכות בהשערה שזמינות ברזל מופחתת מגבירה את הייצור של Cag-T4SS pili בממשק הפתוגן המארח וכתוצאה מכך מחלת קיבה גרועה יותר11-14. מטרת השיטה המסופקת בכתב יד זה היא לבסס את תפקידו של הברזל המיקרו-נוטריינט בוויסות הביוגנזה של Cag-T4SS pilus. בעבודה קודמת, השתמשנו בשתי גישות כדי לצפות בעלייה תלוית ברזל בביטוי Cag-T4SS. ראשית, נותחו זני תפוקה מבעלי חיים שנשמרו על תזונה עשירה ודלה בברזל וגילו כי זני תפוקת דיאטה דלת ברזל ייצרו יותר Cag-T4SS pili מאשר זני תזונה עתירי ברזל14. שנית, גידול זן הליקובקטר פילורי 7.13 במבחנה בתנאים מלאים בברזל הביא להפחתת היווצרות הפילי בעוד שתאים שגדלו בנוכחות כלאטור ברזל ייצרו הרבה יותר פילי.
המשכנו לחקור את הוויסות התלוי בברזל של פנוטיפ פילי Cag-T4SS ומציעים את הפרוטוקול האופטימלי הבא ואת התוצאות המייצגות שבוצעו עם זן הליקובקטר פילורי נוסף, PMSS1. הרציונל מאחורי פיתוח טכניקה זו היה לתאם פעילות מוגברת של Cag-T4SS בתנאים של הגבלת ברזל עם היווצרות מוגברת של Cag-T4SS pilus. ההשלכה הרחבה יותר והשימוש בטכניקה זו יספקו תנאי תרבית אופטימליים המביאים לייצור מוגבר של ה-Cag-T4SS pili. בדיקה זו תהיה שימושית לחוקרים המבקשים לקבוע את ההרכב והארכיטקטורה של ה-Cag-T4SS על ידי העשרה עבור תכונת משטח חיידקית חשובה זו. להכנת הדגימה וההדמיה על ידי מיקרוסקופ אלקטרונים של אקדח פליטת שדה יש יתרונות רבים על פני טכניקות חלופיות כגון שיטות מיקרוסקופ אור להדמיית ה-Cag-T4SS ויתאימו לחוקרים המעוניינים לחקור את הוויסות של אברון10 זה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. ח פילורי צמיחה בתנאים שונים של זמינות ברזל ושיתוף תרבות עם תאים אנושי הקיבה אפיתל
2. SEM לדוגמא הכנה לדמיין H. פילורי CAG-T4SS פילי
3. פרמטרי הדמיה לניתוחים ברזולוציה הגבוה SEM
4. ניתוח סטטיסטי כדי להעריך את הפילים Quantifications
5. אופציונלית: הערכה של IL-8 ההפרשה במיתאם עם Pilus הפקה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בדוח זה, אנחנו הוכחנו כי יש להם תנאים משתנים זמינות ברזל היכולת לווסת את ה biogenesis pilus פילורי CAG-T4SS בממשק שהפתוגן המארח. כאשר בתרבית בינונית בלבד, ח ' פילורי מהווה ממוצע של 3 פילים / תא. כאשר ה ' פילורי הוא גדל בברזל לרוקן את תנאים (באמצעות dipyridyl chelator הסינתטי), כי הם תת-מעכבים להתפתחות חיידקים (איור 1), החיידקים לייצר CAG-T4SS רב פילים (~ 7 פילים / תא) כאשר שיתוף תרבותי עם תאי קיבה אנושיים (איור 2).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ברזל הוא יסודות קורט חיוני עבור רוב צורות חיים, כוללים חיידקים פתוגנים. במאמץ להגביל את יכולת הקיום של פלישת מיקרואורגניזמים, מארחי חוליות לעקל ברזל מזין בתהליך המכונה "חסינות תזונתית" 18. בתגובה לכך, חיידקים פתוגנים התפתחו להשתמש בברזל כמולקולת איתות גלובלית לחוש את סביבתם ולהסדיר את הפיתוח של תכונות ארסיות כגון מערכות רכישת ברזל, רעלים, ומכונות הפרשת רעלן 19,20.
הליקובקטר פיל...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.
מחקר זה נתמך על ידי פרס פיתוח הקריירה של המחלקה לענייני חיילים משוחררים 1IK2BX001701 ופרס CTSA UL1TR000445 מהמרכז הלאומי לקידום מדעי התרגום. תוכנו הוא באחריות המחברים בלבד ואינו מייצג בהכרח את העמדות הרשמיות של המרכז הלאומי לקידום מדעי התרגום או המכונים הלאומיים לבריאות. ניסויי מיקרוסקופ אלקטרונים סורק בוצעו בחלקם באמצעות המשאב המשותף להדמיית תאים VUMC, הנתמך על ידי מענקי NIH CA68485, DK20593, DK58404, DK59637 ו-EY08126.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| ברוצלה מעובד | |||
| פפטון מקזאין (10 גרם/ליטר) | סיגמא | 70172 | |
| עיכול פפטי של רקמות בעלי חיים (10 גרם/ליטר) | סיגמא | 70174 | |
| (2 גרם/ליטר) | סיגמא | 92144 | |
| דקסטרוז (1 גרם/ליטר) | סיגמא | D9434 | |
| נתרן כלורי (5 גרם/ליטר) | תרמו פישר | S271-10 | |
| כולסטרול (250X) (4 מ"ל/ליטר) | Life Technologies | 12531018 | |
| ברזל כלוריד (100 או 250 uM) | סיגמא | 157740-100G | |
| דיפירידיל (200 uM) | סיגמא | D216305-100G | |
| RPMI | |||
| RPMI+HEPES (1X) | Life Technologies | 22400-121 | |
| סרום בקר עוברי ( 100 מ"ל/ליטר) | Life Technologies | 10438-026 | |
| הכנת | |||
| פרפורמלדהיד (2.0% מימי) | מדעי מיקרוסקופיית אלקטרונים | 15713 | |
| גלוטרלדהיד (2.5% מימי) | מדעי מיקרוסקופיית אלקטרונים | 16220 | |
| נתרן קקודילאט (0.05 מ') | מדעי מיקרוסקופיה אלקטרונית | 12300 | |
| אוסמיום טטרוקסיד (0.1% מימי) | מדעי מיקרוסקופיה אלקטרונית | 19150 | |
| אתנול (אבסולוטי) | Sigma | E7023 | |
| צבע כסף קולואידי | מדעי מיקרוסקופיה אלקטרונית | 12630 | |
| SEM דגימת דגימה | מדעי מיקרוסקופיה אלקטרונית | 75220 | |
| Coverslips | Thermo Fisher | 08-774-383 | |
| IL-8 הערכת | |||
| קוונטיקין IL-8 ELISA ערכת | מו"פ D מערכות | D8000C |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה