RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Christian Berens1,2, Stephanie Bisle3, Leonie Klingenbeck3, Anja Lührmann3
1Department Biologie,Friedrich-Alexander-Universität, 2Institut für Molekulare Pathogenese,Friedrich-Loeffler-Institut, 3Mikrobiologisches Institut - Klinische Mikrobiologie, Immunologie und Hygiene,Universitätsklinikum Erlangen
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
השיטה המתוארת כאן משמשת לגרימת מפל האיתות האפופטוטי בשלבים מוגדרים על מנת לנתח את הפעילות של חלבון אפקטור חיידקי אנטי-אפופטוטי. שיטה זו יכולה לשמש גם לביטוי השראה של חלבונים פרו-אפופטוטיים או רעילים, או לניתוח הפרעות עם מסלולי איתות אחרים.
הטכניקה המוצגת כאן מאפשרת לנתח שבצעד חלבון מטרה, או לחלופין מולקולה קטנה, אינטראקציה עם הרכיבים של מסלול איתות. השיטה מבוססת, מצד האחד, על הביטוי מושרה של חלבון ספציפי ליזום אירוע איתות בצעד שהוגדר מראש ובמפל האיתות נבחר. ביטוי בד בבד, ומצד שני, של הגן של עניין לאחר מכן מאפשר לחוקר להעריך אם הפעילות של חלבון המטרה הביע ממוקמת במעלה הזרם או במורד הזרם של אירוע איתות יזם, בהתאם את ההודעה של מסלול האיתות שמתקבל. הנה, המפל אפופטוטיים נבחר כמסלול איתות מוגדר להפגין פונקציונלי פרוטוקול. חיידקים פתוגניים, כגון burnetii Coxiella, translocate חלבוני מפעיל שמפריעים לאינדוקצית מות תא מארח בתא המארח כדי להבטיח את הישרדות חיידקים בתא ולקדמםהפצה באורגניזם. ג חלבון מפעיל burnetii CaeB מעכב ביעילות מוות של תאי מארח לאחר אינדוקציה של אפופטוזיס עם UV-אור או עם staurosporine. כדי לצמצם את הצעד שבי CaeB מפריע להתפשטות של האות אפופטוטיים, חלבונים שנבחרו בפעילות פרו-אפופטוטיים מאופיינת היטב לידי ביטוי באופן זמני דוקסיציקלין והעין מתנהלת. אם CaeB פועל במעלה הזרם של חלבונים אלה, אפופטוזיס ימשיך ללא הפרעה. אם CaeB פועל במורד הזרם, מוות של תאים יהיה מעוכב. חלבוני הבדיקה שנבחרו היו באקס, הפועל ברמה של המיטוכונדריה, וcaspase 3, המהווה את פרוטאז התליין הגדול. CaeB מפריע למוות של תאים הנגרם על ידי ביטוי באקס, אך לא על ידי caspase 3 ביטוי. CaeB, ובכך, אינטראקציה עם המפל אפופטוטיים בין שני החלבונים האלה.
האלימות של חיידקים פתוגנים גראם שלילי רבים תלויה במערכות הפרשה מיוחדות לחטוף תאי מארח האיקריוטים. חיידקים משתמשים במערכות הפרשה אלה להזריק חלבוני חיידקים ארסי (effectors) לתא המארח כדי לווסת את מגוון פעילויות סלולריות וביוכימיים. המחקר של חלבוני מפעיל לא רק סיפק תובנה מדהימה להיבטים בסיסיים של מארח / אינטראקציות הפתוגן אלא גם לביולוגיה הבסיסית של תאים האיקריוטים 1. אפנון של אפופטוזיס תא המארח הוכח להיות מנגנון ארסיות חשוב עבור רבים פתוגנים תאיים, ומספר חלבוני מפעיל ויסות אפופטוזיס זוהה 2-9. עם זאת, המנגנונים המולקולריים המדויקים פעילותם להישאר חמקמקים במקרים רבים.
אפופטוזיס, צורה של מות תא, ממלא תפקיד חשוב בתגובה חיסונית לזיהום 10. יש שני מסלולים עיקריים שמוביל לאפופטוזיסזוהה: מיקוד מיטוכונדריה (אפופטוזיס הפנימי) או התמרה ישירה של האות באמצעות קולטני מוות של תאים בקרום הפלזמה (אפופטוזיס החיצוני). המסלול הפנימי או בתיווך מיטוכונדריה המוות של תאים מופעל על ידי אותות תאיים וכרוך בהפעלה של Bax ובק, שני חברים פרו-אפופטוטיים של משפחת Bcl-2. משפחה זה מורכב מחלבוני רגולטור בעד ונגד אפופטוטיים ששולטים תא מוות 11-14. הפעלה של אפופטוזיס מובילה לoligomerization של Bax ובק ואחריו permeabilization הבא של הקרום החיצוני של המיטוכונדריה, וכתוצאה מכך שחרור ציטוכרום C לתוך הציטופלסמה. שחרור ציטוכרום C יוזם הפעלה של caspases מפעיל 3 ו -7 באמצעות הפעלה של caspase 9 בapoptosome 15. זה מוביל לproteolysis של מצעים נבחרו ש, בין יתר, בתוצאות החשיפה של phosphatidylserine על פני תא 16 ומשחרר DNase ייעודי שברי פרקromatin 17,18.
כדי לקבוע היכן בתוך המפל אפופטוטיים חלבון מפעיל בודד מפריע, מערכת ביטוי מושרה הועסקה 19. מערכות רגולטוריות לביטוי מותנה של transgenes היו כלי רב ערך בניתוח הפונקציה של חלבון בתוך התא או חשיבותו לרקמות, איברים ופיתוח גוף, כמו גם בייזום, התקדמות ותחזוקה של המחלה 20-23. בדרך כלל, מערכות בקרה מושרה, כגון מערכת ט '24 מועסקים כאן, יוצרות יחידת שעתוק מלאכותית (ראה איור 1). מרכיב אחד הוא גורם מהונדס באופן מלאכותי שעתוק נקרא TTA (activator תעתיק טטרציקלין תלוי), שהוקם על ידי מיזוג של מדכאי שעתוק חיידקי TetR 25 לתחום חלבון יונקים שמתווך הפעלת תעתיק או השתקת 24,26. המרכיב השני הוא היברידיאמרגן, כינה TRE (אלמנט טטרציקלין מגיב), בהיקף של אמרגן מינימאלי אוקריוטים, המכיל לפחות TATA-תיבה ואתר ייזום שעתוק, הצטרף לחזרות מרובות של אתר ה- DNA מחייבת אותו המקור לTetR, TETO 24,25. המרכיב השלישי הוא יגנד הטבעי של TetR, טטרציקלין או אחד מנגזרותיו, כגון anhydrotetracycline או דוקסיציקלין 25. עם בנוסף ליגנד למדיום התרבות, TetR מאבד זיקתה לTETO ומנתק מTRE. כתוצאה מכך, שעתוק של גן המטרה הוא בוטל. ביטוי transgene יכול, ובכך, להיות מבוקר היטב באופן זמן ותלוי-מינון בשתי תרבית התאים ובחיות 20,23,24. עם TTA, ביטוי transgene מתרחש constitutively, אלא בנוכחות של טטרציקלין. זה יכול להיות חסרון בחקר חלבונים רעילים לתאים סרטניים או בגלל טטרציקלין יש ראשון שהוסר מהמערכת, לפני שהשתקף transgenen מתרחש וניתן לנטר את ההשפעות של חלבון המטרה בתא. זה יכול להיות זמן רב ולא תמיד מלא, במיוחד בבעלי חיים מהונדסים 27. כדי לטפל במגבלה זו, מוטציה TetR עם תגובה הפוכה לנוכחות של דוקסיציקלין שימשה כדי ליצור גורם שעתוק חדש, rtTA (הפוך TTA) 28. זה רק נקשר לTRE ו, במקביל, מפעיל שעתוק בנוכחות דוקסיציקלין. דליפות שייר של המערכת, כלומר., ביטוי transgene בהעדר גורם שעתוק קשור-TRE, שמקורו גם (i) מהשפעות עמדה באתר אינטגרציה הגנומי, (ii) מTRE עצמו 29, או (iii) שמאינו -specific מחייב של TTA / 28 rtTA, היה ממוען על ידי החדרת משתיק תעתיק נוסף, כינה TTS (משתיק קול תעתיק טטרציקלין תלוי) 30 למערכת. הוא יוצר רשת רגולטור כפולה יחד עם rtTA (ראה איור 1).בהעדר דוקסיציקלין, TTS נקשר לTRE ופעיל כיבוי כל שעתוק שנותר. בנוכחות של דוקסיציקלין, TTS dissociates מTRE וrtTA נקשר בו זמנית גרימת ביטוי של גן המטרה. שכבה נוספת זו של החמרה לעתים קרובות יש צורך לבטא את החלבונים רעילים לתאים פעילים מאוד 31-34.
שימוש במערכת כפול רגולטור לפיקוח הדוק זה, המפל אפופטוטיים יכול להיות יזם בצעד שהוגדר מאפשר ניתוח של האם חלבון מפעיל נתון יכול להפריע אינדוקציה אפופטוזיס. שיטה זו יכולה לא רק לשמש כדי לחקור את הפעילות האנטי-אפופטוטיים של חלבוני מפעיל חיידקים, אלא גם לביטוי מושרה של חלבונים פרו-אפופטוטיים או רעילים, או לנתח הפרעה למסלולי איתות אחרים.
1. דור של שורות תאי יציבות המבטאות את החלבון של ריבית
2. ניתוח של שורות תאי יציבות על ידי ניתוח immunoblot
3. לנתח את התאים באמצעות Cytometer זרימה.
4. Transfection של שורת תאים יציבה עם מערכת וקטור ביטוי העין מתנהלת
5. אינדוקציה של אפופטוזיס
6. ניתוח של התא המארח אפופטוזיס על ידי ניתוח immunoblot
ראשית, קווי HEK293 תאי יציבות המבטאים את החלבון של העניין (CaeB) כחלבון ה- GFP-היתוך הוקמו. כביקורת, שורות תאי HEK293 ביציבות להביע GFP היו גם נוצרו. ביטוי של ה- GFP וGFP-CaeB אומת על ידי ניתוח immunoblot. Immunoblot הנציג (איור 4 א) מדגים ביטוי יציב וברור לזיהוי של ה- GFP וGFP-CaeB. עם זאת, assay זה לא יכול לקבוע אם כל התאים להביע GFP או GFP-CaeB. לכן, שורות תאי HEK293 transfected ביציבות נותחו גם על ידי cytometry זרימה. כפי שניתן לראות באיור 4, מעל 90% מהתאים בשתי שורות התאים הביעו GFP. כך, ניתן להשתמש בשורות תאי יציבות אלה כדי לנתח את הפונקציה של CaeB נוסף. בשלב הבא, הפעילות אנטי-אפופטוטיים של CaeB הייתה assayed על ידי ניתוח immunoblot באמצעות נוגדן נגד PARP ביקע. מחשוף מפרקי חלבונים של PARP הגרעיני מנטרל פעילות תיקון DNA והוא סמן אופייני termiשלבים סופיים של אפופטוזיס. מחשוף של PARP לא זוהה בHEK293-GFP או HEK293 תאים-GFP-CaeB, הוכחה כי לא הביטוי של ה- GFP, ולא של ה- GFP-CaeB הוא רעיל לתאים. עם זאת, כאשר טופלו התאים עם staurosporine, inducer חזק של אפופטוזיס הפנימי, מחשוף של PARP זוהה (איור 5). חשוב לציין, HEK293 תאים-GFP-CaeB יפגינו מופחתים מחשוף של PARP, המציינים את הפעילות האנטי-אפופטוטיים של חלבון Coxiella burnetii IV סוג מפעיל מערכת הפרשה 7 CaeB.
כדי לנתח שבשלב CaeB מפריע למסלול אפופטוטיים, מערכת ט-האון הועסקה. בפירוט, HEK293 תאים-GFP או HEK293-GFP-CaeB היו transfected עם פלסמיד רגולטור constitutively להביע מדכא כפול / התקנה בשליטת דוקסיציקלין activator (איור 2) וקידוד פלסמיד תגובת pTRE או באורך מלא באקס אנושי או הצורה פעילה של caspase אדם 3, מכונה revCasp 3 (איור 3). מערכת זו מוסדרת בחוזקה, כפי שהודגם על ידי חוסר מחשוף PARP בתנאי גרימה-עישון (איור 6). תוספת של דוקסיציקלין לתאי transfected הביאה את הביטוי של Bax או 3. revCasp אם CaeB מפריע למסלול אפופטוטיים במורד הזרם של Bax, אז האות אפופטוטיים שנוצרה על ידי ביטוי וההפעלה הבאה של Bax צריכה להיות חסום על ידי ביטוי CaeB. ואכן, HEK293 תאים ביציבות להביע GFP-CaeB עמוק לעכב אינדוקציה אפופטוזיס על ידי ביטוי בשליטת דוקסיציקלין Bax, בעוד תאי HEK293-GFP מוצגים מחשוף PARP ברור. תוצאה זו מצביעה על כך שאינדוקצית אפופטוזיס לוקי CaeB במורד הזרם של הפעלה באקס. בשלב הבא, זה נותח אם CaeB יכול להפריע caspase 3 הפעלה - אירוע בסוף המסלול אפופטוטיים. HEK293 תאים-GFP, כמו גם תאי HEK293-GFP-CaeB, מחשוף PARP התערוכה (איור 6), מצביעים על כך שפעם אחת caspase מפעיל 3 Activated, CaeB לא יכול למנוע אפופטוזיס התרחשות. יחד נלקח, נתונים אלה מראים כי CaeB פועל בין Bax וcaspase 3 הפעלה.

איור 1. סקירה סכמטי של מערכת הרגולציה טטרציקלין. מערכת ט-האון מורכב משני פלסמידים שונים, פלסמידים רגולציה ותגובה. פלסמיד הרגולציה מקודד transsilencer ט-התגובה (TTS; עיגול מלא) וtransactivator ההפוך ט-התגובה (rtTA, מעגל פתוח). שני החלבונים באים לידי ביטוי constitutively תחת השליטה של האמרגן החזק, המכונן התארכות גורם-1 אלפא (P EF-1a). TTS וrtTA גורמי שעתוק chimeric המורכב מתחום אוקריוטים תעתיק רגולציה (משתיק קול או activator, בהתאמה) ומדכאי טטרציקלין חיידקים (TetR). TetR מתווך DNA מחייב לשבעה ט ' (TETO) על פלסמיד התגובה. TETO ממוקם במעלה הזרם של אמרגן ציטומגלווירוס המינימלי מושרה (P CMV), ביחד ויוצרים אלמנט ט-התגובה (TRE). תחת ללא גרימת תנאים, TTS חייב TRE מניעת ביטוי. לאחר תוספת של דוקסיציקלין (Dox; יהלום מלא), rtTA אינטראקציה עם Dox מוביל לשינויים ולהפעלה קונפורמציה. rtTA הופעל מחליף TTS על פלסמיד התגובה, המאפשר שעתוק של גני המטרה המתאימה Bax וcaspase 3, ובכך מוביל לאפופטוזיס אינדוקציה ומוות של תאים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2. סקירה סכמטי של pWHE125 פלסמיד הרגולציה. אלמנטים חיוניים להתפשטות בBacקפיטריה, כולל מקור של שכפול (אורי PBR) וקלטת עמידות לאנטיביוטיקה אמפיצילין נגד (Amp R), וביטוי של ט-transregulators, כגון האמרגן / משפר החזק, מכונן המיידית המוקדמת של ציטומגלווירוס האדם (P / E hCMV), אתר הריבוזום פנימי מחייב מפוליו-וירוס (PV-IRES) ופולה-אתר מהווירוס קופי 40 (SV40 פולה) מוצגים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3. סקירה סכמטי של פלסמיד התגובה. אלמנטים חיוניים להתפשטות חיידקים, כולל מקור של שכפול (אורי PBR) וקלטת עמידות לאנטיביוטיקה (Amp R), וביטוי מושרה באאוקריוטים, כגון expressi transgeneבקלטת עם האמרגן ט-התלוי המינימלי TREtight (P TREtight), הגן של אדם עניין באקס (hBax) ואתר פולה מוירוס קופי 40 (SV40 פולה), מתוארים. קלטת ביטוי transgene מוקפת חוזר ישיר טנדם של שני עותקים של רצף עוף HS4 הליבה מבודדת (ליבת HS4). בנוסף, קלטת התנגדות G418 בהיקף של אמרגן קינאז phosphoglycerate עכברי 1 (P mPGK), גן נאומיצין התנגדות (G418 R) ואתר פולה קינאז תימידין האנושי (TK פולה) הוא הווה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של נתון זה.

איור 4. HEK293-GFP וHEK293-GFP-CaeB יציבות להביע חלבוני ניאון ירוקים. () Lysates שלמות התא של HEK293-GFP וHEK293 תאים-GFP-CaeB היו immunoblotted לGFP להראות ביטוי יציב. ניתוח (ב) cytometry זרימת נציג (FACS) של HEK293-GFP וHEK293 תאים-GFP-CaeB מוצג כדי להדגים את עוצמת הביטוי של GFP. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 5. השפעות של הביטוי של ה- GFP-CaeB על אפופטוזיס המושרה staurosporine. HEK293-GFP וHEK293 תאים-GFP-CaeB טופלו עם 4 מיקרומטר staurosporine במשך 6 שעות כדי לגרום לאפופטוזיס הפנימי. אפופטוזיס נותח על ידי ניתוח immunoblot PARP ביקע. מחשוף PARP הופחת בHEK293 תאים-GFP-CaeB בהשוואה לתאי HEK293-GFP. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותרשל נתון זה.

שימוש איור 6. במערכת טיטון כדי לצמצם את נקודת פעולה של CaeB. () אפופטוזיס היה מושרה על ידי ביטוי של Bax בHEK293-GFP וHEK293 תאים-GFP-CaeB. אפופטוזיס נותח על ידי ניתוח immunoblot PARP ביקע. מחשוף PARP הופחת בHEK293 תאים-GFP-CaeB בהשוואה לתאי HEK293-GFP. (ב) אפופטוזיס היה מושרה על ידי ביטוי של revCasp 3 בHEK293-GFP וHEK293 תאים-GFP-CaeB. אפופטוזיס נותח על ידי ניתוח immunoblot PARP ביקע. מחשוף PARP היה דומה בHEK293 תאים-GFP-CaeB וHEK293-GFP. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
למחברים אין מה לחשוף.
השיטה המתוארת כאן משמשת לגרימת מפל האיתות האפופטוטי בשלבים מוגדרים על מנת לנתח את הפעילות של חלבון אפקטור חיידקי אנטי-אפופטוטי. שיטה זו יכולה לשמש גם לביטוי השראה של חלבונים פרו-אפופטוטיים או רעילים, או לניתוח הפרעות עם מסלולי איתות אחרים.
עבודה זו נתמכה על ידי Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) באמצעות יוזמת המחקר השיתופי 796 (SFB796) ל-A.L. ו-C.B., ובאמצעות הקריאההשלישית של ERA-NET PathoGenoMics ל-A.L.
| טכנולוגיות חיים | DMEM | 31966-021 | |
| FCS | Biochrom | S0115 | |
| טכנולוגיות חיים | עט/סטרפטוקוקוס | 15140-122 | |
| טכנולוגיות חיים | OptiMEM | 51985 | |
| X-tremeGENE 9 | Roche | 6365752001 | |
| Geneticin | Roth CP11.3 | ||
| פוליאתילנימין | Polyscienes | 23966 | |
| דוקסיציקלין | סיגמא אולדריץ' | D9891 | |
| Mini-PROTEAN Tetra Cell | Bio-Rad | 165-8000EDU | |
| Trans-Blot SD תא העברה חצי יבש | Bio-Rad | 170-3940 | |
| PageRuler סולם חלבון צבוע | מראש Thermo Scientific | 26616 | |
| קרום | PVDFMillipore | IPVH00010 | |
| אנטי-GFP | Life Technologies | A6455 | |
| אנטי שסע PARP | BD Bioscience | 611038 | |
| אנטי אקטין | סיגמא אולדריץ' | A2066 | |
| עכבר IgG (H+L)-HRPO | Dianova | 111-035-062 | |
| ארנב IgG (H+L)-HRPO | Dianova | 111-035-045 | |
| ECL Western Blotting Substrate | Thermo Scientific | 32106 | |
| שחזור פלוס מאגר הפשטת כתמים מערביים | Thermo Scientific | 46428 |