挑戦している宿主細胞に細菌によって分泌されるエフェクターを監視する蛍光タンパク質ベースのアプローチ。これは蛍光タンパク質とタイプ III の分泌システムとの互換性がないのためにです。ここでは、最適化された分割 superfolder GFP システムはホスト植物の細胞に細菌によって分泌されるエフェクターの可視化に使用されます。
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挑戦している宿主細胞に細菌によって分泌されるエフェクターを監視する蛍光タンパク質ベースのアプローチ。これは蛍光タンパク質とタイプ III の分泌システムとの互換性がないのためにです。ここでは、最適化された分割 superfolder GFP システムはホスト植物の細胞に細菌によって分泌されるエフェクターの可視化に使用されます。
菌は, 各種の植物病害の最も重要な病原は、植物の免疫システムを破壊する宿主植物細胞にエフェクターのセットを分泌します。感染時に細胞質のエフェクターはタイプ III の分泌システム (T3SS) を介してホスト細胞質に配信されます。植物細胞には、出産後、effector(s) は生存と病原体のレプリケーションのためのホスト細胞プロセスを調整する特定の区画を対象します。蛍光タンパク質を用いた病原性でその機能を理解する宿主細胞のエフェクター蛋白質の局在や細菌から直接注入されるエフェクターのダイナミクスの解明に関するいくつかの研究があったもののT3SS と蛍光タンパク質との間の非互換性のためにチャレンジしております。
ここでは、エフェクター細胞内細菌 T3SS を介して配信の局在に最適化された分割 superfolder 緑の蛍光蛋白質システム (sfGFPOPT) の最新手法について述べる。SfGFP11 (11th β 鎖の sfGFP)-サイトで蛍光発光するターゲット特定のオルガネラ sfGFP1 10OPT (1-10th β 鎖 sfGFP の) リード、T3SS から分泌されるタグのエフェクターを組み立てることができます。このプロトコルは、シロイヌナズナとベンサミアーナ タバコ植物の特定の細胞小器官の腐からエフェクター蛋白質と再構成された sfGFP 蛍光信号を視覚化するための手順を提供します。
植物は、細菌、真菌、ウイルス、昆虫、線虫のライフ サイクル全体を含む多数の侵入病原体が発生する付着生物です。病菌属やシュードモナス属などのグラム陰性の細菌性病原体、植物の中で傷や気孔、イネなどの自然開口部を介して入力することによって宿主植物に感染する1。正常にホスト植物を植民地化、細菌性病原体は様々 な病原性因子2を開発する進化しています。細菌には、宿主の植物が侵入する、彼らは病原性タンパク質のシリーズを注入-エフェクターとして知られている-病原性を促進するために植物細胞に直接。これらのエフェクターを抑制する植物の免疫を調節するや細菌生存3が発生するホストの細胞プロセスを操作します。
病原細菌は、主にホスト セル4に直接エフェクタータンパク質を提供するのに、T3SS を使用します。T3SS ホスト細胞5の注射部位に内側と外側の細菌膜足場タンパク質の構造から接続する針のようなチャネルを持つ分子注射器に似ています。この T3SS を介したエフェクター (T3E) 分泌メカニズムが人間と同様に植物の様々 なグラム陰性細菌病原体でよく保存されています。代表的な植物病原体、 P. 腐pv の一つ。トマト欠陥 T3SS の通常ある DC3000 hrcC変異は、この突然変異体植物 (エフェクター蛋白質を注入する) による免疫6を完全に抑制するのことができない可能性があります植物の成長を制限しています。宿主細胞への移行、時にエフェクター対象植物防御反応、遺伝子の転写、細胞死、プロテアソーム、小胞の売買、およびホルモン経路7を含め、ホスト細胞システムにとって重要な様々 なホスト蛋白質,8,9,10します。 したがって、宿主細胞のエフェクター蛋白質の局在の追跡は植物の免疫系の変調に関してその機能を理解するための魅力的なターゲットです。
T3Es の局在論のほとんどは、アグロバクテリウム-仲介されたホスト植物9に大きな蛍光タンパク質の過剰発現を採用しています。ただし、他の種で導入された遺伝子の異種表現方法は誤ってローカライズ済みまたは時折機能的な11,12,13に示されています。さらに、いくつかの研究は、細菌のエフェクターがホスト細胞報14,15,16,17の適切なターゲットのための変更を受けることを明らかにしました。したがって、一過性細胞は機能的または定量的病原体感染18時 T3SS によって配信されるエフェクターと同じかもしれない植物の細胞質内のエフェクタを表明しました。また、適切なエフェクターの配信と可視化18,19を破壊するエフェクタータンパク質に大きな蛍光タグ融合かもしれない。したがって、完全に T3E 関数を試金するこれらのアプローチは T3SS 分泌エフェクタのネイティブのローカライズを反映可能性があります。
緑色蛍光タンパク質 (GFP) 発色団20含まれています中央の鎖を囲む 11 鎖 β バレルで構成されます。ワルドら小さな部品で構成される新規分割 GFP システムを報告 (GFP β ストランドの 11;GFP11) と大規模な相補的なフラグメント (GFP β ストランド 1-10;GFP1-10)21。フラグメント自ら発するかないが、両方のフラグメントは、互いに近接するとき自己集合時に蛍光を発する。蛋白質折りたたみ効率の最適化のため、GFP、すなわちsfGFP と sfGFPOPT、堅牢な折りたたみ変形後分割 GFP システム20,21,22 のため開発されました。最近では、単一のアミノ酸変異亜種 sfGFP1 10 のOPT- sfYFP1 10OPTと sfCFP1 10OPT- をそれぞれ sfGFP11 フラグメントとを黄色とシアン蛍光再構成することができます, 生成された23.さらに、sfCherry、mCherry の派生物を裂くことができる sfGFP23と同じ方法で sfCherry1 10 と sfCherry11 の断片に。
このシステムは、ラベルおよびサルモネラ24.からエフェクタを使用して感染中に HeLa 細胞における T3SS エフェクタを追跡に適応されています。ただし、それは以前最適化されていないホスト植物細菌病原体システムのため。最近では、我々 は植物細胞25にP. 腐から配信される T3Es の細胞内分布を監視する改良された sfGFP1 10OPTに基づく分割 GFP システムを最適化しました。様々 な細胞内コンパートメントに sfGFP1 10OPTを表現する生成された植物形質転換シロイヌナズナの植物細胞で異なる細胞内コンパートメントに T3Es の局在論を容易にするには、25です。 また、さまざまなを運ぶプラスミッド オルガネラ sfGFP1 10オプトインターゲットを絞ったアグロバクテリウム-仲介された一時的な過剰発現と T3SS ベース エフェクター配信用タグ付きの sfGFP11 ベクトルが生成されたも。様々 な形質転換シロイヌナズナラインと関心の T3Es を表現するプラスミッドの種子は、材料表26,27に記載されているソースから取得できます。
次のプロトコルの分割 sfGFP システムを用いたホスト細胞内の細菌によって配信エフェクタの原動力を監視する最適化されたシステムについて述べる.組換え sfGFP11 プラスミドを運ぶ遺伝子組換え菌と sfGFP1 10OPTを発現する植物の感染結果 sfGFP11 タグ エフェクタの宿主細胞に緑膿菌からの配信。したがって、これらの蛋白質は再構成された、特定対象区画に若し。腐の pv。トマトCUCPB5500 ひずみ 18 エフェクタが削除されますは、この株はシロイヌナズナと(名) ベンサミアーナs28低またはない細胞死を示したので使用されました。ただし、すべての材料とここで説明する手順、交換または他の生物学的質問や与えられた実験室の条件の最適化の調査の分割 sfGFP システムに適応するように変更できます。
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注: 特に明記しない限り、すべての手順が常温で実行をされます。
1. 植物材料 (4 週間) の準備
2.緑膿菌文化 (〜 1 週) の準備
3. (名) ベンサミアーナ(4 日間) で細胞小器官をターゲットとした sfGFP1 10OPTの一過性発現
4.膿(4 日間) の接種
5. sfGFP 共焦点顕微鏡 (1 日) を介して信号の観測
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GFP の β バレル構造は 11 β ストランドの構成され、2 つのフラグメント、1 10thストランド (GFP1 10OPT) および 11th (GFP11) 繊維に分けることができます。どちらも 2 つのフラグメントを自分で蛍光の自己組織化 sfGFP は近接 (図 1 a) 2 つのフラグメントが存在するとき蛍光を生成できます。このシステムは、sfGFP1 10OPTで-植物シロイヌナズナまたは(名) ベンサミアーナを表現する緑膿菌sfGFP11 タグ付きのエフェクターを運ぶと再接種されます。宿主細胞の細胞質に緑膿菌によって配信タグ sfGFP11 エフェクター細胞質で表される sfGFP1 10OPTに再構成し一緒にターゲット コンパートメント (図 1 b) ...
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ここで説明したプロトコルを使用して、感染にホスト植物細胞注入の細菌 T3SS エフェクタータンパク質の正確な局在を監視するため。以前は、分割 GFP システムは哺乳類タンパク質23,36の内局、サルモネラT3E ローカリゼーション、アグロバクテリウムVirE2 配信に T4SS を通じて研究するツールとして使用された、植物は細胞37をです。植物細胞でこのシステムを適用すると、以前の研究は、遺伝子組換えトウモロコシ植物細胞質 GFP1 10 と遺伝子組換え菌を恒常表す経路、GFP11 タグ エフェクター蛋白質を表現を使用します。ただし、トウモロコシ ・米国アルテリシジンシステムは転エフェクター蛋白質の表現のレベルが弱いため高レベルのバック グラウンド蛍光妨げ再構成された GFP シグナル38の検出成功していません。この問題を解決するために sfGFP1 10...
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著者はある利益相反を開示します。
この研究は、基本的な科学研究開発プログラムを通じて、国立研究財団の韓国 (NRF) 科学省、ICT および DC の将来計画 (NRF 2018R1A2A1A05019892)、(植物分子育種センターからの助成金を資金によって支えられました。PMBC) の EP に農村開発局 (PJ013201) の次世代 Biogreen 21 プログラムの撮影のための共焦点顕微鏡を提供する環境管理センター計装のイメージング センターに感謝いたします。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| シロイヌナズナトランスジェニックライン | Park, E., Lee, H. Y., Woo, J., Choi, D. &Dinesh-Kumar, S. P. スプリット蛍光タンパク質フラグメントを使用したIII型分泌によるPseudomonas syringaeエフェクターの時空間モニタリング.植物細胞。日本赤十字・赤十字 29 (7), 1571-1584 (2017) | ||
| CYTO-sfGFP1-10 | ABRC | CS69831 | |
| NU-sfGFP1-10 | ABRC | CS69832 | |
| PT-sfGFP1-10 | ABRC | CS69833 | |
| MT-sfGFP1-10 | ABRC | CS69834 | |
| PX-sfGFP1-10 | ABRC | CS69835 | |
| ER-sfGFP1-10 | ABRC | のCS69836 | |
| GO-sfGFP1-10 | ABRC | CS69837 | |
| PM-sfGFP1-10 | ABRC | CS69838 | |
| オルガネラ標的 sfGFP1-10OPT プラスミド | Park, E., Lee, H. Y., Woo, J., Choi, D. &Dinesh-Kumar, S. P. スプリット蛍光タンパク質フラグメントを使用したIII型分泌によるPseudomonas syringaeエフェクターの時空間モニタリング.植物細胞。29 (7), 1571-1584 (2017) | ||
| CYTO-sfGFP1-10 | Addgene | 97387 | |
| NU-sfGFP1-10 | Addgene | 97388 | |
| PT-sfGFP1-10 | Addgene | 97389 | |
| MT-sfGFP1-10 | Addgene | 97390 | |
| PX-sfGFP1-10 | Addgene | 97391 | |
| ER-sfGFP1-10 | Addgene | 97392 | |
| GO-sfGFP1-10 | Addgene | 97393 | |
| PM-sfGFP1-10 | Addgene | 97394 | |
| ER-sfCherry1-10 | Addgene | 97403 | |
| ER-sfYFP1-10 | Addgene | 97404 | |
| CYTO-sfCFP1-10 | Addgene | 97405 | |
| sfGFP11-tagged T3SS-based effector delivery system | Park、E.、Lee、HY、Woo、J.、Choi、D.&Dinesh-Kumar, S. P. スプリット蛍光タンパク質フラグメントを使用したIII型分泌によるPseudomonas syringaeエフェクターの時空間モニタリング.植物細胞。29 (7), 1571-1584 (2017) | ||
| pBK-GW-1-2 | Addgene | 98250 | pAvrRpm1:GW:HA-sfGFP11:AvrRpm1t;カナマイシン(25 ug / ml) |
| pBK-GW-1-4 | Addgene | 98251 | pAvrRpm1:GW:HA-2xsfGFP11:AvrRpm1t;カナマイシン(25 ug / ml) |
| pBK-GW-2-2 | Addgene | 98252 | pAvrRpm1:AvrRPM1sp:GW:HA-sfGFP11:AvrRpm1t;カナマイシン(25 ug / ml) |
| pBK-GW-2-4 | Addgene | 98253 | pAvrRpm1:AvrRPM1sp:GW:HA-2xsfGFP11:AvrRpm1t;カナマイシン(25 ug / ml) |
| pBG-GW-1-2 | Addgene | 98254 | pAvrRpm1:GW:HA-sfGFP11:AvrRpm1t;ゲンタマイシン(25 ug / ml) |
| pBG-GW-1-4 | Addgene | 98255 | pAvrRpm1:GW:HA-2xsfGFP11:AvrRpm1t;ゲンタマイシン(25 ug / ml) |
| pBG-GW-2-2 | Addgene | 98256 | pAvrRpm1:AvrRPM1sp:GW:HA-sfGFP11:AvrRpm1t;ゲンタマイシン(25 ug / ml) |
| pBG-GW-2-4 | Addgene | 98257 | pAvrRpm1:AvrRPM1sp:GW:HA-2xsfGFP11:AvrRpm1t;ゲンタマイシン(25 ug / ml) |
| Bacterial strains | |||
| Agrobacterium tumefaciens GV3101 | Csaba KonczおよびJeff Schell、TL-DNA遺伝子5のプロモーターは、新しいタイプのAgrobacteriumバイナリベクターによって運ばれるキメラ遺伝子の組織特異的発現を制御します。モルゲンジェネ。204,383-396 (1986);ゲンタマイシン(50 ug/ml)およびリファンピシン(50 ug/ml) | ||
| Pseudomonas syringae pv. Tomato CUCPB5500 | Kvitko, B. H. et al. Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 type III分泌エフェクター遺伝子のレパートリーにおける欠失は、エフェクター間の機能的重複を明らかにしています。PLoSパトグ。5 (4) (2009).;リファンピシン(100 ug / ml) | ||
| <ストロング>培地成分 | |||
| <ストロング>植物発芽培地 | 2.165g / Lムラシゲ&を追加スクーグパウダー、ショ糖10g / Lを水に。pH 5.8に調整し、2.2 g / Lのフィタジェルを追加します。.オートカルブ。 | ||
| ムラシゲ&ビタミン | Duchefa Biochemie | M0222 | 、4°Cで保存します。 |
| スクロー | Duchefa Biochemie | S0809 | |
| Phytagel | Sigma-Aldrich | P8169 | |
| LB培地 | 10 g / Lトリプトン、5 g / L酵母抽出物、10 g / L NaClを水に加えます。固体培地の場合は、15 g/Lのマイクロ寒天培地を加えます。オートクレーブ 溶液を55°Cに冷まします。C、必要に応じて抗生物質を追加します。 | ||
| トリプトン | BDバイオサイエンス | 211705 | |
| 酵母抽出物 | BDバイオサイエンス | 212750 | |
| NaCl | デュチェファ生化学 | S0520 | |
| マイクロ寒天 | デュチェファ生化学 | M1002 | |
| <強い>キングスB培地 | 10 g/L プロテアーゼ ペプトン #2、1.5 g/L 無水 K2HPO4、15 g/L の寒天を水に。オートクレーブ。55°Cまで冷却します。Cおよび滅菌15 ml/Lグリセロール、5 ml/L MgSO4を培地に加えます。必要に応じて抗生物質を追加します。 | ||
| プロテオース・ペプトン | BD バイオサイエンス | 212120 | |
| 無水 K2HPO4 | Sigma-Aldrich | 1551128 USP | |
| グリセロール | ・デュチェファ・バイオケミー | G1345 | |
| MgSO4 | Sigma-Aldrich | M7506 | |
| バクト寒天 | BD バイオサイエンス | 214010 | |
| <強>マンニトール-グルタミン酸(MG)液体培地 | 10 g/Lのマンニトール、2 g/LのL-グルタミン酸、0.5 g/LのKH2PO4、0.2 g/LのNaCl、および0.2 g/LのMgSO4を水に加えます。pH 7 に調整 | ||
| マンニトール | Duchefa Biochemie | M0803 | |
| L-グルタミン酸 | Duchefa Biochemie | G0707 | |
| KH2PO4 | Sigma-Aldrich | NIST200B | |
| 浸透バッファー | 10 mM MES (2-(N-モルフォリノ)-エタンスルホン酸)、10 mM MgCl2、150 µMアセトシリンゴン。pH 5.6;使用前に新しいバッファーを準備してください。 | ||
| MES | Duchefa Biochemie | M1503 | 100 mM(pH 5.6)のストックを水で調製します。フィルター滅菌します。 |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | M8266 | 水に100 mMストックを調製します。オートクレーブ。 |
| アセトシリンゴン | Sigma-Aldrich | D134406 | DMSOで150 mMのストックを調製します。 |
| 共焦点顕微鏡 機器/材料 | |||
| 710レーザー走査型共焦点システム | Carl Zeiss | ||
| Axio observer Z1 倒立顕微鏡 | Carl Zeiss | ||
| ヨウ化プロピジウム | ThermoFisher | P1304MP |
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