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
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
אנו מתארים שיטה למדידת מהירות הפגוזומים הנעים לעבר מרכז התא בתאים חיים הנגועים בנגיף הכשל החיסוני האנושי (HIV) מסוג 1 או בלעדיו, באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי קונפוקלי של דיסק מסתובב לזיהוי תאים נגועים פלואורסצנטיים ומיקרוסקופ שדה בהיר לזיהוי פגוזומים.
מקרופאגים הם תאים פגוציטים הממלאים תפקיד מרכזי בצומת הדרכים בין חסינות מולדת לחסינות ספציפית. הם יכולים להידבק בנגיף הכשל החיסוני האנושי (HIV)-1 ובגלל עמידותם להשפעותיו הציטופתיות הם יכולים להיחשב כמאגרים נגיפיים מתמידים. בנוסף, מקרופאגים נגועים ב- HIV מציגים תפקודים פגומים התורמים להתפתחות מחלות אופורטוניסטיות.
המנגנון המדויק שבאמצעותו HIV-1 פוגע בתגובה הפגוציטית של מקרופאגים לא היה ידוע. הראינו בעבר כי ספיגת חלקיקים שונים על ידי מקרופאגים עוכבה כאשר הם נדבקו ב-HIV-1. עיכוב זה היה חלקי בלבד ופאגוזומים אכן נוצרו בתוך מקרופאגים נגועים ב-HIV. לכן, התמקדנו בניתוח גורלם של הפאגוזומים האלה. התבגרות הפגוזומים מלווה בנדידה של תאים אלה לכיוון מרכז התא, שם הם מתמזגים עם ליזוזומים, ויוצרים פגוליזוזומים, האחראים על השפלה של החומר הנבלע. השתמשנו בתאי דם אדומים של כבשים שעברו IgG כמטרה לפגוציטוזה. כדי למדוד את מהירות התנועה הצנטריפטלית של פגוזומים במקרופאגים בודדים הנגועים ב-HIV, השתמשנו בשילוב של שדה בהיר ומיקרוסקופיה קונפוקלית פלואורסצנטית. יצרנו שיטה לחישוב המרחק של פגוזומים לעבר הגרעין, ולאחר מכן לחישוב מהירות הפאגוזומים. תאים נגועים ב-HIV זוהו הודות לנגיף המבטא GFP, אך השיטה ישימה לתאים לא נגועים או לכל סוג של זיהום או טיפול.
מקרופאגים ממלאים תפקיד מרכזי במערכת החיסון המולדת ובהומאוסטזיס. הם פגוציטים מקצועיים המפנימים ומחסלים פתוגנים ופסולת בתהליך הנקרא פגוציטוזיס 1,2. הפאגוזום, התא הסגור שנוצר לאחר בליעת חומר חלקיקי, עובר סדרה של אירועי היתוך וביקוע עם תאים אנדוציטיים, מה שמוביל לתא מתפרק הנקרא פגוליזוזום. לתא זה יש pH חומצי, עקב רכישת v-ATPases השואבים פרוטונים, מכיל אנזימים הידרוליטיים ומועשר בחלבוני ממברנה הקשורים לליזוזומלית (LAMPs). התבגרותם של פגוזומים מלווה בנדידתם על מיקרו-צינורות 3,4 לכיוון מרכז התא כדי להגיע למיקום פרי-גרעיני בו מצטברים ליזוזומים.
פתוגנים רבים דווחו כחוטפים את התבגרות הפגוזום, כולל חיידקים בעלי אורח חיים תוך-תאי המשנים את סביבת הוואקאולר שבה הם שוכנים 5. נגיף הכשל החיסוני האנושי (HIV)-1 מכוון למקרופאגים בנוסף לתאי T. מכיוון שמקרופאגים עמידים להשפעות הציטופתיות של הנגיף, בניגוד לתאי T, הם יכולים להיחשב כמאגר לנגיף. בנוסף, מקרופאגים הנגועים ב-HIV-1 מראים תפקודים פגוציטים פגומים ותורמים להופעתן של מחלות אופורטוניסטיות. בפרט, מחלת סלמונלה פולשנית חמורה שאינה טיפואידית הנגרמת על ידי סלמונלה טיפימוריום ST313 נפוצה בשלושת העשורים האחרונים בקרב ילדים או מבוגרים מאפריקה שמדרום לסהרה שנדבקו ב-HIV 6. ההערכה היא שהסיכון לפתח שחפת גדול פי 20 בקרב אנשים החיים עם HIV מאשר בקרב אלה ללא זיהום ב-HIV.
מכל הסיבות הללו, חשוב להגדיר טוב יותר את המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס הפגמים הפגוציטים במקרופאגים נגועים ב-HIV. הראינו כי ספיגת חומר חלקיקי, חלקיקים אופסוניים, חיידקים או פטריות, עוכבה במקרופאגים נגועים ב-HIV 7. בהתחשב בכך שעיכוב זה הוא חלקי, יצאנו לנתח את גורלם של הפאגוזומים המופנמים במקרופאגים אנושיים נגועים ב- HIV 8. מכיוון שהבשלת הפגוזומים קשורה קשר הדוק להגירה למרכז התא והיתוך עם ליזוזומים, פגם בהתבגרות הפגוזומלית יכול לנבוע משינויים באופני הסחר בתא הנגוע. השיטה המתוארת כאן משתמשת בתאי דם אדומים של כבשים (IgG-SRBCs) כמודל להתמקדות בפגוציטוזיס בתיווך קולטנים ובפרט קולטנים לחלק ה-Fc של אימונוגלובולינים (FcR). חלקיקים אלה קלים יותר לצילום בשדה בהיר (BF) מאשר חרוזי לטקס מכיוון ש-SRBCs חוץ-תאיים ותוך-תאיים מראים תכונות שבירה שונות 9. כדי למדוד את מהירות הפגוזומים שנעים לעבר הגרעין במקרופאגים נגועים ב-HIV, השתמשנו בווירוס פלואורסצנטי 10 והגדרנו שיטת מעקב ידנית פשוטה המתוארת כאן. השיטה אינה דורשת תכנות מתקדם ופשוט משתמשת ב-ImageJ. הוא ניתן לתאים דבקים ולכל סוג של חלקיק או פתוגן שניתן לדמיין באמצעות מיקרוסקופ שדה בהיר או עם הדמיה פלואורסצנטית.
הפרוטוקול צריכה להתבצע בהתאם קפדן עם חקיקה לאומית ובינלאומית ולתקנות מקומיות. דם מתורמים בריאים כי נתנו את הסכמתם לתרום דם למטרות המחקר כבר המתקבל מרכזי עירוי דם שבה מוסדות חתמו הסכם. הגנות מיוחדות יש לנקוט בעת מדמם של בני האדם. ניסויים עם HIV-1 חייבים להתבצע ברמת בטיחות ביולוגית 3 או 2 (BSL-3 או 2) מעבדה על פי תקנות מקומיות.
1. הכנת האדם מונוציטים הנגזרות המקרופאגים (hMDMs) לפי צפיפות Gradient צנטריפוגה בחירה על ידי הדבקה
2. הפקה וכימות של HIV-1 מניות ויראלי
הערה: NLR4.3 HIV-1 Gag-iGFP (חלבון פלואורסצנטי ירוק) נושא מעטפה R5-טרופי, מתנה מ Schindlאה 10 משמש להדביק מאקרופאגים לראות תאים נגועים בזמן אמת.
זיהום 3. hMDMs עם HIV-1
4. Opsonization של כדוריות דם אדומות כבשים
5. תא חי Assay המיקרוסקופית וידאו Phagocytosis
6. ניתוח של זמן לשגות סרטים


FCR בתיווך phagocytosis על ידי HIV-1-נגוע hMDMs הלא נגועים מתואר כאן על ידי שימוש SRBCs IgG-opsonized כמטרות מודל (איור 1). השלבים הקריטיים של פרוטוקול זה הם הכנת hMDMs ואת ההדבקה ב- HIV-1. ואכן, התפוקה והאיכות של מקרופאגים בדיל משתנים בין תורמים, כמו גם את שיעור ההדבקה עם יעילות בטווח של 10-40%. בנוסף, הכנת IgG-opsonized-SRBCs חשוב גם כדי למנוע נזק אריתרוציטים, כי זה יכול לגרום הכרתם ספיגת כמו פסולת במקום על ידי phagocytosis בתיווך FCR. opsonization אופטימלית תבטיח phagocytosis יעיל.
תנועת Phagosome לחיות מקרופאגים נגועים ב- HIV מנותח בזמן אמת עם ערוץ BF על מיקרוסקופ confocal דיסק מסתובב במעבדת BSL-3. ההגדרות של ערוץ BF הם לא קריטייםo לראות את הגרעין (איור 2, עיגול כחול) חדות-הבחנה החיצוני (איור 2, ראשי חץ אדום) מן SRBCs הפנימו (איור 2, עיגולים אדומים). מיקרוסקופיה BF נחשבת טכניקת תאורת מיקרוסקופיה אופטית הפשוטה מספיק לראות את phagosomes, שהן פחות refringent מאשר SRBCs החיצוני.
הצעד הראשון לאחר רכישת רצפי תמונה הוא מעקב ידני על תוכנת ImageJ (איור 3). נקודה זו יכולה להיות במיוחד ארוכה ומייגעת, כי עדיף לעקוב אחר כל phagosome, אחד אחד לכל רצפי התמונה והיא נחשבת כי ניסויים צורכים לחזור עם 3 תורם לפחות לכל מצב כדי להגיע לגודל מדגם מספיק גדול עבור ניתוח סטטיסטי (לפחות 30 phagosomes עם 3 תורמים שונים).
הצעד השני הוא הניתוח ב תוכנת גיליון אלקטרוני כדי לחשב את המהירות phagosome במהלך הפנמה 5 דקות לאחר הראשון עבור כל SRBCs הפנימו (איור 4). לשם כך, אנו מתווים לכל phagosome המרחק שעובר במהלך 5 הדקות הראשונות נגד הזמן. דוגמא נציג הוצג hMDMs הלא נגוע על איור 5 א. הבא נקבל את המהירות של phagosome, המהווה את שיפוע עקום רגרסיה ליניארית. מהירות של 0.5384 מיקרומטר / min נמצאה phagosome זה.
מן ראוי לציין כי, אפשר לנתח את מהירות phagosome במהלך הדקות הראשונות לאחר הפנמה, כמתואר כאן או ב Dumas et al. 8, או מאוחר יותר על ידי ניתוח המהירות על לוחות זמנים עוד. במחקר שלנו, צפינו כי מהירות phagosome במהלך 5 הדקות הראשונות לאחר ההפנמה ב hMDMs הנגוע ב- HIV היא נמוכה לעומת hMDMs שאינם נגועים (איור 5).
ילדה = "jove_content" FO: keep-together.within-page = "1"> 
הכנה איור 1. שליטה hMDMs עם HIV הדמיה phagocytosis. מונוציטים הם מטוהרים על ידי הדבקה (1) הבדיל לתוך מקרופאגים במשך 11 ימים עם M-CSF (2). לאחר מכן, hMDMs נגועים NLR4.3 HIV-1Gag-iGFP i) בשעה משרד הפנים בין 0.02 ו 0.03 עבור 8 ימים עם כביסה ביום 2 (3). (4) SRBCs-opsonized IgG מתווספים על hMDMs עבור phagocytosis במהלך שעה 1. Phagosomes המכיל SRBCs ניתנים לזיהוי על תמונות BF (עיגול אדום, ii). תמונות ממסד נתוני תמונות servier. בר = 10 מיקרומטר. לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2. רכישת בזמן אמת במהלךphagocytosis ידי שליטה יציגים ונוגעים hMDMs עם HIV. hMDMs ערוכים נגוע כמתואר באיור 1. התאים הנגועים NLR4.3 HIV-1Gag-iGFP מזוהים עם לייזר 491 ננומטר. Z-ערימות של תמונות confocal דיסק מסתובב נרכשות ונותחו באמצעות שתי תוכנת רכישת מיקרוסקופ ImageJ (פנלים משמאל). גלריות של תמונות BF מייצגים (לוחות עליונים מתאימים סרט 1) שאינם נגוע וכן (לוחות תחתונים מתאימים Movie 2) NLR4.3 HIV-1Gag-iGFP נגוע תא במהלך רכישת 45 דקות (46 תמונות עם זמן מצוין כפי hh : מ"מ). קרום התא (הקו שחור מנוקד), הגרעין (העיגול הכחול), את SRBCs החיצוני (חלקם הצביעו עם ראשי חץ אדומים) ואת SRBCs הפנימי (חלקם הצביעו עם עיגולים אדומים) ניתן לזיהוי על תמונות BF. בר = 10 מיקרומטר. לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

צעדים הוראה איור 3. לניתוח תמונה עם תוסף מעקב ידני על ImageJ. לאחר פתיחת תוסף "מעקב ידני" (1) וטעינה של וידאו זמן לשגות בערוץ BF (2), להזין את הפרמטרים של הרכישה (3). לחץ על "הוסף המסלול" (4) ולהתחיל מדידת מעקב על ידי לחיצה על phagosome אחד (5) להשיג חלון חדש עם עמדות X ו- Y של phagosome שנבחר (6, תיבה אדומה). מי שעוקב אחר phagosome על רצף הזמן לנוחיותכם, לשנות את הבהירות והניגודיות (5 '). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

דמות 4. צעדים הוראה לניתוח נתונים של מהירות הגירה phagosome ב תוכנת גיליון אלקטרוני. (א) הרכיבו את X ו- Y של הגרעין וכל phagosome (תיבה אדומה) בטבלה גיליון אלקטרוני. במאמר נוסף (מלבן סגול), לחשב את המרחק בין phagosome ואת הגרעין עם משפט פיתגורס כאשר c מייצג את האורך בין הגרעין לבין SRBC ו A ו- B אורכי שתי הצלעות האחרות של משולש ישר זווית ( B). (ג) לבסוף, לחשב את המרחק שעובר phagosomes בכל זמן (קופסא ירוקה) על ידי הפחתת המרחק בין SRBC ואת הגרעין בכל זמן נתון מהמרחק הראשוני בשלב 0. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
p_upload / 54,568 / 54568fig5.jpg "/>
איור 5. כימות של מהירות הגירה phagosome בשליטה עם HIV hMDMs. (א) עבור כל SRBC ופשוט לאחר הפנמה SRBC, המרחק כלפי הגרעין נמדדת זממו נגד הזמן. מהירותו במהלך 5 דקות הראשונות מחושבת באמצעות רגרסיה ליניארית תוכנת גיליון אלקטרוני. ניסוי נציג מוצג (להלן SRBC הפנימי של איור 3-4). (ב) כל המהירויות במהלך 5 הדקות הראשונות נמדדות עבור 66 phagosomes ב (תורם 5) שאינם נגועים ו -60 phagosomes בתאים נגועים ב- HIV (4 תורמים). הנתונים מייצגים את ממוצע ± SEM (מבחן Student t מזווג עם תיקון של וולש; **, P <0.01). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
גיל = "1"> 
סרט 1: תנועת Phagosome ב מקרופאג הלא נגוע נציג. . (קליק ימני להוריד) התנועה של תאי דם אדומים opsonized זוהתה ערוץ BF במהלך 45 דקות של phagocytosis עם תמונה אחת לדקה (46 תמונות עם זמן המצוין כפי hh: mm). בר = 10 מיקרומטר.

סרט 2: תנועת Phagosome ב מקרופאג החיים עם HIV נציג. (קליק ימני להוריד). HIV-1 (NLR4.3 HIV-1 Gag iGFP) -infected מקרופאגים זוהו אחרי ההארה עם לייזר 491. התנועה של תאי דם אדומים opsonized זוהתה ערוץ BF במהלך 45דקות של phagocytosis עם תמונה אחת לדקה (46 תמונות עם הזמן המצוין כפי hh: mm). בר = 10 מיקרומטר.
למחברים אין מה לחשוף.
אנו מתארים שיטה למדידת מהירות הפגוזומים הנעים לעבר מרכז התא בתאים חיים הנגועים בנגיף הכשל החיסוני האנושי (HIV) מסוג 1 או בלעדיו, באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי קונפוקלי של דיסק מסתובב לזיהוי תאים נגועים פלואורסצנטיים ומיקרוסקופ שדה בהיר לזיהוי פגוזומים.
אנו מודים לד"ר ג'מיל ג'וברייל על קריאת כתב היד. עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מ-CNRS, Inserm, Université Paris Descartes, Agence Nationale de la Recherche (2011 BSV3 025 02), Fondation pour la Recherche Médicale (FRM DEQ20130326518 כולל מלגת דוקטורט ל-GLB) וה-Agence Nationale de Recherche sur le SIDA et les hépatites virales (ANRS, כולל מלגת פוסט-דוקטורט לתקליטור) ל-FN. A. Dumas נתמך על ידי מלגות דוקטורט מאוניברסיטת פריז דקארט ו-Sidaction.
| Falcon 100 מ"מ TC-Treated Cell Culture | Corning | 353003 | לייצור ויראלי |
| כלי תחתית זכוכית 35 מ"מ לא מצופה 1.5 | תאגיד MatTek | P35G-1.5-14-C מארז | לרכישה |
| צלחות תרבית רקמות פלקון 6 בארות | Thermo Fischer Scientific | Corning. Inc. 353934 | למקרופאגים אנושיים שמקורם במונוציטים |
| Ficoll-Plaque PLUS | Dominique Dutscher | 17-1440-03 | פוליסכריד הידרופילי ניטרלי, מסועף מאוד, בעל מסה גבוהה, בתמיסה לצנטריפוגה בצפיפות |
| DPBS, ללא סידן, ללא מגנזיום | Thermo Fischer Scientific | 14190-094 | |
| RT Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) 1x, נוזלי (גלוקוז גבוה) | GIBCO, בדיקות מולקולריות | 31966-021 | נשמר ב-4 מעלות; C ; לתרבית תאי HEK |
| RPMI 1640 בינוני GLUTAMAX | תוסף טכנולוגיות חיים | 61870-010 | נשמר ב-4 מעלות; C; עבור תרבית hMDMs |
| Fœ סרום עגל טל (FCS) | Eurobio | CVFSVF0001 | נשמר ב-20 מעלות; C ; |
| פניצילין-סטרפטומיצין ללא השלמה (10,000 יח'/מ"ל) | Thermo Fischer Scientific | 15140-122 | נשמר ב-20 מעלות; C ; לתרבית hMDMs |
| RPMI 1640 בינוני, ללא פנול אדום (10x 500 מ"ל) | Life technologies | 11835-105 | חם ב-37 מעלות; C אמבט מים לפני השימוש; לבדיקת פגוציטוזיס |
| FuGENE6 מגיב טרנספקציה | Promega | E2692 | נשמר ב -4 מעלות; C ; לייצור ויראלי |
| תאי דם אדומים של כבשים (SRBCs) | Eurobio | DSGMTN00-0Q | נשמר במאגר אלסבר ב-4 מעלות; C לפני השימוש |
| תאי דם אדומים נגד כבשים IgG | MP Biomedicals | 55806 | נשמר ב-4 מעלות; |
| C סרום בקר אלבומין מקטע הלם חום, pH 7, ≥ 98% | סיגמא | A7906 | נשמר ב-20 מעלות; C |
| מיקרוסקופ הפוך DMI600 | Leica | ||
| דיסק מסתובב קונפוקלי CSU-X1M1 | לייזר | ||
| 491 ננומטר 50 mW לייזר | COBOLT CALYPSO | ||
| HCX PL APO CS Objectif | Leica | עדשת אובייקטיבי; הגדלה 100X ; צמצם מספרי 1.40 ; שמן טבילה | |
| CoolSnap HQ2 (FireWire) מצלמה | פוטומטרית | גודל פיקסל 6.45 ומיקרו; M x 6.45 ומיקרו; m ; הגדרה 1,392 x 1,040 ; קידוד התמונה בתוכנת 14 Bit | |
| Metamorph 7.7.5 | התקניםמולקולריים | לשליטה במיקרוסקופ | |
| GraphPad Prism | לניתוח סטטיסטי |