この研究は、 結核菌 とSLAMF1微生物センサーとの相互作用を評価するためのプロトコルを提供します。アッセイは、フローサイトメトリーおよび蛍光顕微鏡法を用いて、ヒト単球由来マクロファージで実施しました。記載されているツールは、病原体と免疫受容体との間の相互作用の研究に関連しています。
方法論記事
この研究は、 結核菌 とSLAMF1微生物センサーとの相互作用を評価するためのプロトコルを提供します。アッセイは、フローサイトメトリーおよび蛍光顕微鏡法を用いて、ヒト単球由来マクロファージで実施しました。記載されているツールは、病原体と免疫受容体との間の相互作用の研究に関連しています。
病原体と免疫受容体との間の直接的な相互作用の評価には、通常、高度な技術が含まれるか、トランスジェニック株や遺伝子操作細胞の使用を意味します。ここでは、マクロファージ微生物センサーSLAMF1と 結核菌 との間の生化学的相互作用を検出するための代替方法について説明する。フローサイトメトリーと蛍光顕微鏡法を用いた2つの技術的アプローチが開発されました。ヒトマクロファージからの全細胞タンパク質抽出物を作製し、 結核菌 (WCMtb)または 結核菌 抗原(Mtb Ag)の全細胞と4°Cで一晩インキュベートし、最後にホルムアルデヒド/グリシン/エチレングリコールビス(コハク酸スクシンイミジル)処理を用いて架橋しました。 フローサイトメトリーによるSLAMF1とWCMtbとの相互作用は、PE特異的抗SLAMF1抗体で検出されました。蛍光顕微鏡による相互作用の存在は、Rhodamine-PEで染色したMtb Agsをpoly-D-lysineでコーティングしたスライドに付着させ、単球由来マクロファージの全タンパク質抽出物とインキュベートすることによって行いました。架橋処理後、一次抗体(抗SLAMF1抗体)および二次抗体(Alexa Fluor 488)を用いてSLAMF1を可視化しました。このアッセイは、病原体と免疫受容体の相互作用を測定するための強力な生化学的ツールを提供し、トランスジェニック細胞株やタンパク質遺伝子発現調節実験に関連する困難を克服しました。
結核菌は、142年前に特定された結核の原因病原体であり、現在でも世界人口の少なくとも4分の1が感染しており、世界的な課題となっています1。結核菌は、感染者からの空気中の飛沫を介して感染し、肺の肺胞マクロファージに到達し、潜伏状態で長期間生存することができます2,3。局所的なマクロファージ応答が活性化されるだけでなく、近年では、末梢単球を気道に動員して肺胞マクロファージに分化させることができ、結核菌に対して胎児由来のものよりもさらに強力な応答を引き起こすことができることが説明されています2,4。
マクロファージは自然免疫の基本的なプレーヤーです。結核菌を摂取すると、マクロファージは、炎症誘発性サイトカインの分泌、ファゴリソソームの融合、結核菌を殺すための他の免疫細胞の活性化など、多数の殺菌機能を示します2,3。しかし、この病原体の複雑な構造は、マクロファージの代謝と機能を調節できるエフェクター(タンパク質や脂質など)を提供し、その結果、炎症過程3を調節します。このマクロファージ応答の操作は、病原性因子の分泌または宿主因子の利用を通じて、結核菌によって発揮されるさまざまな回避戦略につながります。いくつかの主要な回避メカニズムには、抗炎症性サイトカインの誘導、ファゴリソソームの成熟と酸性化の阻害、酸化ストレスの変化、オートファジーの混乱、および抗原処理と提示中の欠損が含まれます3,5。
マクロファージと結核菌との間の厳密に制御された相互作用は、適切な免疫応答の発達に不可欠です。したがって、これらのシナプスを研究することは、宿主と病原体のクロストークによって誘発される免疫防御的または免疫病原性のメカニズムを特定し、潜在的な治療標的を特定するための鍵となります。結核菌の認識および/または内在化を媒介する受容体は、TLR6,7,8、NLR7,8、補体受容体6,8、C型レクチン受容体6,8、スカベンジャー受容体6,8など、多くの受容体が結核菌の認識および/または内在化を媒介します.蓄積されたデータは、表面結合PRRと細胞内PRRの両方が感染中に重要な役割を果たし、オプソニン化および非オプソニン化M.tuberculosisを認識することを示しています。
ZihadとSifatらは最近、自然細胞による結核菌誘発応答におけるPRRの関与についてレビューした9。特に、TLRファミリーのほとんどのメンバーは、結核菌リガンドとの相互作用に関与している6,7。表面TLR2は、アシル化リポタンパク質、19-kDaリポタンパク質、LprAリポタンパク質、LprGリポタンパク質、30-kDa抗原、38-kDa抗原、MymA、プロリン-プロリン-グルタミン酸(PPE)-57、LAM、LM、PIM、熱ショックタンパク質60、シグネチャータンパク質Rv1509、分泌タンパク質ESAT-6などのマイコバクテリア抗原を認識します7。メンブレンTLR4は、熱ショックタンパク質、38-kDa抗原、RpfE、Rv0652、Rv0335c、Rv2659c、Rv1738、Rv2627c、Rv2628、GrpE、およびHBHAと相互作用します。一方、エンドソームTLR(TLR3、7、8、9)のリガンドには、結核菌のdsRNA、tRNA、ssRNA、ファゴソームRNA、dsDNAなどがあります。さらに、TLR2は、TLR1およびTLR6、TLR4、およびTLR9と連動して作用する場合、免疫応答を開始する上で積極的な役割を果たします6,7。NOD2 と NLRP3 は、結核で最も特徴付けられた細胞質 NLR です。それらの特異的なリガンドはまだ研究中ですが、これらの受容体はムラミルジペプチドまたはESAT-6によってそれぞれ活性化されます7,8。C型レクチン受容体は、古典的に結核菌のエンドサイトーシスに関与しています。Dectin-2は結核菌の細胞壁のManLAMの直接的なPRRとして機能しますが、Dectin-1リガンドはまだ発見されていません8。MincleとMCLはどちらも、コードファクター7とも呼ばれる糖脂質トレハロース-6,6′-ジミコレート(TDM)を認識します。DCARは、マイコバクテリアの糖脂質であるホスファチジル-ミオ-イノシトールマンノシド(PIM)と相互作用します7。CR3はマイコバクテリアのLAMとPIMを認識し、DCサインはManLAMを結紮し、MRはManLAM、PIM、LM、38-kDa糖タンパク質、19-kDa抗原、その他のマンノシル化タンパク質を含む多くの結核菌成分を認識しますが、DCIRリガンドはまだ同定されていません。
可溶性CLRには、ManLam、LM、60-kDa糖タンパク質、および糖タンパク質Apaを認識するSP-Aが含まれます。SP-DがLAM、LM、およびPILAMと相互作用する。MBLは、ManLAM認識6,7を専門としています。SR-AとMARCOはTDMをリガンドとして持ち、SR-B1はESAT-6を認識し、CD36はManLAMとLM7,8に結合します。さらに、Dectin-1、Mincle、およびMARCOは、TLR2またはTLR4と組み合わせて、結核菌PAMPを検出した後に信号をトリガーすることもできます6,7。CD14は、非オプソニン化細菌を内在化する能力を持ち、熱ショックタンパク質であるシャペロニン60.1も認識する表面受容体です。特に、CD14はMARCOおよびTLR2とともに共受容体として機能します6。AIM2は、結核菌がファゴソーム8から脱出する際にssDNAを感知できる細胞質受容体である。最後に、AhRは、結核菌6由来の色素性病原性因子ナフトキノンフチオコールに結合するリガンド活性化転写因子です。
上記の相互作用の多くは仮定されており、厳密には示されていません。特定の受容体のリガンドでさえ不明のままであり、結核菌の免疫認識の分野をより深く理解する必要性が高まっています。これに関連して、共刺激分子SLAMF1(Signaling Lymphocytic Activation Molecule)は、最近、Barberoらによって結核菌受容体として報告されました10。シグナル伝達分子としてだけでなく、結核菌のセンサーとしても働くことで、SLAMF1は結核において特に興味深い役割を果たしています。SLAMF1は、Erk/CREBリン酸化11,12,13、好中球のオートファジー14、マクロファージ15の細菌クリアランスを通じて、T細胞によるIFN-γ産生などの防御機能を調節することにより、免疫細胞の活性化を誘導することができる。
受容体-リガンド相互作用は、ELISA、表面プラズモン共鳴(SPR)、等温滴定型熱量測定(ITC)、蛍光偏光(FP)、X線結晶構造解析、核磁気共鳴(NMR)分光法、マイクロスケール熱泳動(MST)、共鳴エネルギー移動(BRETやFRETなど)共焦点顕微鏡、電子顕微鏡、クライオ電子顕微鏡(クライオEM)および原子間力顕微鏡(AFM)などの技術を使用して長年にわたって研究されてきました16,17。18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28。これらのアプローチの一部は、レポーター遺伝子、標識組換えタンパク質またはキメラ分子、ノックアウト、ノックダウン、または過剰発現モデルの使用を意味します。あるいは、計算ツールは、受容体-リガンド相互作用および結合部位を予測することができ、相互作用の包括的な理解を得るために生物学的アプローチと組み合わせて使用されることが多い29,30,31。ここでは、生化学的相互作用を検出するための2つの選択肢と、細菌を蛍光標識する方法に関するセクションについて説明します。in vitroでの受容体と病原体の相互作用の研究を可能にするプロトコルが提示され、特にフローサイトメトリーと蛍光顕微鏡法によるSLAMF1-M.結核の関与の評価が提示されます。
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ヒト単球由来マクロファージを含むすべての手順は、ヘルシンキ宣言(2013年)に従って、UNNOBAの倫理委員会(COENOBA)の合意に基づいて実施されました。サンプル収集前に書面によるインフォームドコンセントが得られました。男性/女性グループの分布は13/6で、年齢の中央値は32歳で、四分位範囲(IQR)は18〜75歳でした。以前の病状、併存疾患の存在、または結核の陽性診断は、除外基準として定義されました。試薬と機器の詳細は 、材料表に記載されています。
1. 単球由来マクロファージの培養と刺激
2. 全細胞タンパク質抽出物の調製
3. 結核菌-フローサイトメトリーによるSLAMF1相互作用
4. 結核菌 抗原標識
5. 結核菌-SLAMF1の蛍光顕微鏡による相互作用
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この研究では、ヒトマクロファージにおける 結核菌 と免疫受容体SLAMF1との相互作用の評価を可能にするプロトコルが提供されます(図1)。この目的のために、健康なドナーから末梢血が得られた。次に、PBMCを密度勾配培地上で遠心分離して分離し、単球を磁気ポジティブセレクション(純度≥95%、 図2A、B)によって単離しました。単離された単球をプラスチック培養プレートに2時間接着して単球由来マクロファージを得た後、ONで培養した。その後、マクロファージを超音波処理した 結核菌 (Mtb Ags)で刺激し、10以前に報告されたSLAMF1表面発現を誘導し、表面SLAMF1レベルをフローサイトメトリーで確認した(図2C)。).マクロファージは、最終的にRIPA溶解バッファーとボルテックスおよび氷上でのインキュベーションを組み合わせて溶解し、細胞溶解を促...
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この研究は、 結核菌 と、結核中の宿主応答に関与する主要な細胞タイプであるヒトマクロファージに発現する微生物センサーとの間の生化学的相互作用を研究するための有用なガイドを提供します。提供されるプロトコルは、 結核菌 の食細胞への侵入に関与する分子の解読に関連しています。
病原体と免疫受容体との間の相互作用など、生体分子相互作用を特徴づけることは、結核菌が誘発する免疫保護メカニズムと回避戦略の両方を理解するために重要です。多くの場合、受容体とその細菌リガンドとの直接的な相互作用を実証することは複雑であり、高度な技術や汎用性に欠けるシステムが必要になる場合があります。Driessenらは、M. bovis BCG32の変異体欠損株を用いて、マイコバクテリアとDC-SIGNとの間の相互作用におけるホスファチジルイノシトールマンノシドの役割を研究しました。彼らはこれらの相互作用を研究することに成功したが、...
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著者は、利益相反を宣言しません。
本研究は、ブエノスアイレス国立州立大学(グラント番号SIB 0618/2019、SIB 2582/2012からV.P.)、Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica(ANPCyT、グラント番号PICT-2012-2459およびPICT A 2017-1896からV.P.、PICT-2021-I-INVI-00584からA.B.)の支援を受けました。フロレンシオ・フィオリーニ財団;Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET、助成金番号 PIO 15720150100010CO to V.P.)。技術サポートを提供してくれたNatalia MeniteとGastón Villafañeに感謝します。この研究で提示されたアッセイの開発を引き起こした出版中の科学的な議論に対して、Paula Barrionuevo博士とLuciana Balboa博士に感謝します。最後に、クロスリンクプロトコルに関するアドバイスをいただいたEstermann博士に感謝します。Moroniは、Poly-LysineとLicでの作業に関するアドバイスをいただきました。モリコーニは、概略図の協力をしてくれました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| Alexa Fluor 488二次抗体 | インビトロゲン | A21121 | 蛍光顕微鏡用 |
| 抗SLAMF1 FITC抗体 | eバイオサイエンス | 11-1509-42 | フローサイトメトリー用 |
| 抗SLAMF1 PE抗体 | バイオレジェンド | 306308 | フローサイトメトリー用 |
| 抗SLAMF1一次抗体 | バイオレジェンド | 306302 | 蛍光顕微鏡用 |
| アクアポリ/マウント | ポリサイエンス | 18606-20 | 取付媒体 |
| CD14マイクロビーズ | ミルテニー・バイオテック | 130-097-052 | 単球単離用 |
| カバースリップ 12mm | HDAの | - | 顕微鏡による相互作用アッセイ用 |
| EGSの | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 21565 | 架橋処理用 |
| FACSカントII | BDバイオサイエンス | 338960 | BD FACSDivaソフトウェアを搭載したフローサイトメーター |
| ウシ胎児血清 | ナトコール | - | 不活化および照射、マクロファージ培養用 |
| フィコル・パックプラス | サイトバ | 17144003 | PBMC分離用 |
| フィジー/ImageJ | オープンソースソフトウェア | - | 顕微鏡写真分析用 |
| フロージョ 7.6.2 | ツリースター | - | フローサイトメトリー分析用 |
| ホルムアルデヒド | メルク | K47740803613 | 架橋処理用 |
| スライドガラス | グラスクラス | - | 顕微鏡による相互作用アッセイ用 |
| グリシン | シグマ | G8898 | 架橋処理用 |
| イメージャーA2 | カールツァイス | 430005-9901-000 | Colibri 7照明モジュール付き蛍光顕微鏡 |
| アイマーク | バイオラッド | 1681130 | マイクロプレート吸光度リーダー |
| L-グルタミン | シグマ・アルドリッチ | 49419 | マクロファージ培養用 |
| 結核菌、H37Rv株、ガンマ線照射全細胞 | BEIリソース、NIAID、NIH | NR-14819 | 相互作用アッセイ用 |
| 結核菌、H37Rv株、全細胞溶解物 | BEIリソース、NIAID、NIH | NR-14822 | マクロファージ刺激および相互作用アッセイ用 |
| ネオフュージ 13R | ヒールフォース | ネオフュージ 13R | タンパク質抽出用高速冷凍遠心分離機 |
| ペニシリン/ストレプトマイシン | ギブコ | 15140122 | マクロファージ培養用 |
| PMSF | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 36978 | タンパク質単離用 |
| ポリ-D-リジン | シグマ・アルドリッチ | A-003-M | カバーガラス処理用 |
| プロテアーゼ阻害剤カクテル | シグマ・アルドリッチ | P8340 | タンパク質単離用 |
| ローダミンB | シグマ・アルドリッチ | 21955 | 結核菌染色用 |
| RPMI1640 | ギブコ | 11875093 | マクロファージ培養用 |
| Sorvall ST 16/16R 遠心分離機 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 75004240 | PBMCおよび単球単離用 |
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