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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
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Erratum Notice
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
여기에 설명된 방법은 anti-apoptotic bacterial effector 단백질의 활성을 해부하기 위해 정의된 단계에서 apoptotic signaling cascade를 유도하는 데 사용됩니다. 이 방법은 또한 pro-apoptotic 또는 독성 단백질의 유도성 발현 또는 다른 신호 경로와의 간섭을 해부하는 데 사용할 수 있습니다.
여기에 제시된 기술은 신호 전달 경로의 구성 요소와 상호 작용하는 하나의 표적 단백질, 또는 대안 적 소분자 단계를 분석 할 수있다. 방법을 기반으로 한 손으로, 특정 단백질의 발현 유도에 선택된 시그널링 캐스케이드에서 정의 된 소정의 단계에서의 시그널링 이벤트를 개시한다. 발현 된 목적 단백질의 활성이 얻어지는 신호 전달 경로의 판독에 따라, 상류 측에 위치 또는 개시 시그널링 이벤트의 하류 경우 병용 식 반면에, 관심의 유전자의 후 조사자 평가할 수있다. 여기, 세포 사멸 폭포는 프로토콜의 기능을 보여주기 위해 정의 된 신호 전달 경로로 선정되었다. 이러한 Coxiella burnetii 등의 병원균, 박테리아 세포에서의 생존을 보장하기 위해 숙주 세포에서 숙주 세포 사멸 유도 방해 효과기 단백질을 이동시키다 촉진 그들의유기체의 보급. C. burnetii 효과기 단백질 CaeB 효과적으로 UV 광 또는 스타 우로 스포린과 함께 아폽토시스의 유도 후 숙주 세포 사멸을 억제한다. 단계 CaeB는 세포 사멸 신호의 전파를 방해하는 좁히려, 잘 특성화 프로 - 세포 사멸 활성을 선택 단백질은 독시사이클린 유도 방식으로 일시적으로 발현되었다. CaeB이 단백질의 상류 역할을하는 경우, 세포 사멸은 방해받지 않고 진행됩니다. CaeB 하류 작용하면, 세포 사멸을 억제한다. 선택된 테스트 단백질 주요 집행자 프로테아제 인 미토콘드리아의 레벨, 및 카스파 제 3, Bax의 작용에이었다. CaeB는 Bax의 발현에 의해 유도되는 세포 사멸을 방해,하지만 카스파 제 3 식으로. CaeB, 따라서,이 두 단백질 사이의 사멸 캐스케이드와 상호 작용한다.
많은 그람 음성 박테리아 병원균의 독성은 진핵 숙주 세포를 납치 전문 분비 시스템에 따라 달라집니다. 박테리아 세포 생화학 다양한 활동을 조절하는 숙주 세포에 박테리아 병원성 단백질 (이펙터) 주입이 분비 시스템을 사용한다. 효과기 단백질의 연구는 호스트 / 병원균 상호 작용의 기본적인 양상에 또한 진핵 세포 (1)의 기초 생물학에 현저한 통찰력을 제공하고뿐만 아니라. 숙주 세포 사멸의 조절은 많은 세포 내 병원체에 대한 중요한 독성기구 것으로 도시되었으며, 세포 사멸을 조절 효과기 단백질의 수는 2-9 확인되었다. 그러나, 이들 활동의 정확한 분자 메커니즘은 많은 경우에 남아 도비.
아폽토시스 프로그램 된 세포 사멸의 형태는 감염 10의 면역 반응에서 중요한 역할을한다. 세포 사멸에 이르는 두 가지 주요 경로는이확인되었다 : 원형질막 (외인성 사멸)에서 세포 사멸 수용체를 통하여 미토콘드리아 (극한 아폽토시스) 또는 신호 전달의 직접적인 타겟팅. 고유 또는 미토콘드리아 매개 세포 사멸 경로는 세포 내 신호에 의해 트리거 백스와 박,하는 Bcl-2 가족의 두 프로 - 세포 사멸 회원의 활성화를 포함한다. 이 패밀리는 세포 사멸을 조절 11-14 프로 및 안티 사멸 조절 단백질로 구성된다. 백스와 박가 세포질에 시토크롬 C 릴리스의 결과로, 미토콘드리아 외막의 후속 투과성으로 다음의 세포 사멸의 활성화는 올리고머로 연결됩니다. 시토크롬 C의 릴리스는 apoptosome을 15 카스파 제 9의 활성화를 통해 이펙터 카스파 3과 7의 활성화를 시작합니다. 이것은 다른 사람의 사이에서, 세포 표면 (16)에 포스파티딜 세린의 노출 결과, 선택된 기판의 단백질 분해로 연결하고 채널을 프래그먼트 전용 DNase의를 해제romatin (17, 18).
개별 이펙터 단백질 방해 사멸 캐스케이드 내에 유도 발현 시스템 (19)을 사용 위치를 판별하기 위해. 유전자의 조건식을위한 규제 시스템은 세포 내에서 단백질의 기능이나 조직, 기관 및 유기체 개발의 중요성뿐만 아니라, 개시, 진행 및 질병 20-23의 유지 보수시를 분석에 매우 중요한 도구왔다. 전형적으로, 이러한 시스템 테트 금회 24 유도 성 제어 시스템은 인공 전사 부 (도 1 참조)를 형성한다. 하나의 컴포넌트는 전사 활성화 또는 24, 26 사일런을 매개 포유류 단백질 도메인 박테리아 전사 리프레 TetR 25의 융합에 의해 형성 TTA (테트라 사이클린 - 의존성 전사 활성제)라고 인위적 조작 된 전사 인자이다. 2 성분은 하이브리드프로모터, 적어도 TATA 박스 및 전사 개시 부위를 포함하는, 진핵 최소 프로모터로 이루어진, TRE (테트라 사이클린 - 반응 요소)라고 TetR, TETO 24,25 대한 동족 DNA 결합 부위의 다중 반복에 접합. 제 3 성분은 TetR, 테트라 사이클린 또는 독시사이클린 또는 anhydrotetracycline 25 그의 유도체, 하나의 천연 리간드이다. 문화 매체에 리간드 또한시, TetR는 TETO에 대한 친 화성을 잃고 트레에서 해리. 결과적으로, 표적 유전자의 전사가 폐지된다. 형질 전환 유전자 발현, 즉, 단단히 모두 세포 배양 시간 및 용량 - 의존적으로 동물 20,23,24 제어 될 수있다. TTA으로, 도입 유전자의 발현은 항생 물질의 존재를 제외하고는 구조적으로 발생한다. 테트라 사이클린 제 트랜스 expressio 전에, 시스템으로부터 제거되어야하기 때문에 이는 세포 독성 또는 발암 단백질의 연구에서 불리 할 수있다N이 발생하고 세포에 표적 단백질의 효과를 모니터링 할 수있다. 이것은 많은 시간이 소요될 수 특히 형질 전환 동물 (27)에, 항상 완전하지 않습니다 수 있습니다. 이러한 한계를 해결하기 위해, 독시사이클린의 존재에 응답하여 역으로 TetR 변이주 새로운 전사 인자를 생성하는 데 사용 된, rtTA 28 (TTA 역방향). 그것은 단지 TRE에 결합하고, 부수적으로, 독시사이클린의 존재 하에서 전사를 활성화시킨다. 시스템, 즉 잔류 leakiness., TRE - 결합 전사 인자의 부재하에 트랜스 유전자 발현, 게놈 통합 사이트 위치 효과로부터의 (ⅰ)을 발생, (ⅱ) TRE 자체 (29), 또는 (ⅲ) 비부터 특이 TTA / rtTA 28의 결합, 추가 전사 사일런서를 도입하여 해결하고, 시스템 (테트라 사이클린 - 의존성 전사 소음기) (30)를 TTS 불린다. 그것은 rtTA (도 1 참조)과 함께 이중 조절기 네트워크를 형성한다.독시 싸이클린이없는 경우, TTS는 트레에 결합 적극적으로 남아있는 전사를 종료합니다. 독시사이클린의 존재 하에서 TTS는 TRE로부터 해리 rtTA 동시에 표적 유전자의 발현을 유도 결합한다. 엄격이 추가 레이어는 활성이 높은 세포 독성 단백질 31-34을 표현하는 것이 필요하다.
이 엄격하게 제어 듀얼 레귤레이터 시스템을 사용하여 세포 사멸 캐스케이드 주어진 이펙터 단백질이 아폽토시스 유도를 방해 할 수 있는지 여부를 분석 할 수 있도록 정의 단계에서 시작될 수있다. 이 방법은 세균 효과기 단백질의 세포 자멸 억제 활성을 연구하기 위해 사용될뿐만 아니라, 프로 - 세포 사멸 또는 독성 단백질의 발현을위한 유도 성 또는 다른 신호 전달 경로와 간섭을 해부 용 수 없다.
관심의 단백질을 발현 안정적인 세포주 1 세대
면역 블롯 분석에 의한 안정적인 세포주 2. 분석
3. 흐름 사이토를 사용하여 세포를 분석 할 수 있습니다.
유도 성 발현 벡터 시스템과 안정적인 세포주 4. 형질
세포 사멸 5. 유도
면역 블롯 분석에 의한 숙주 세포 사멸 6. 분석
먼저, GFP 융합 단백질로서 안정적으로 관심 (CaeB)의 단백질을 발현하는 HEK293 세포주를 확립 하였다. 대조군으로서, 안정적 GFP를 발현 HEK293 세포주는 또한 생성 하였다. 및 GFP-CaeB GFP의 발현은 면역 블롯 분석에 의해 확인되었다. 대표적인 면역 (그림 4A)는 GFP와 GFP - CaeB의 안정적이고 명확하게 검출 식을 보여줍니다. 모든 세포가 GFP 또는 GFP - CaeB을 표현 여부 그러나이 분석은 확인할 수 없습니다. 따라서, 안정하게 형질 감염된 HEK293 세포주는 유동 세포 계측법으로 분석 하였다. 도 4b에 도시 된 바와 같이, 양쪽 세포주에서 세포의 90 % 이상은 GFP를 발현. 따라서, 이들 안정적인 세포주는 또한 CaeB의 기능을 분석하는데 사용될 수있다. 다음 단계에서, CaeB의 세포 자멸 억제 활성은 PARP 절단에 대한 항체를 사용하여 면역 블롯 분석으로 측정 하였다. 핵 PARP의 단백질 분해 절단은 DNA 수리 활동을 비활성화하고 TERMI의 일반적인 마커세포 사멸의 최종 단계. PARP의 분열은 GFP의 발현,도 GFP - CaeB의도가 세포에 독성이 있음을 보여주는 HEK293-GFP 또는 HEK293-GFP - CaeB 세포에서 감지되지 않습니다. 세포가 스타 우로 스포린 처리 한 경우에는, 고유의 세포 사멸의 강력한 유도제는, PARP의 분열은 (그림 5) 검출되었다. 중요한 것은, HEK293-GFP-CaeB 세포 Coxiella burnetii 타입 IV 분비 시스템 이펙터 단백질 CaeB 7의 세포 자멸 억제 활성을 나타내는, PARP의 절단을 감소 나타낸다.
단계 CaeB는 세포 사멸 경로를 방해하는 분석하기 위해, 구정 온 시스템을 사용 하였다. 구체적으로, HEK293-GFP 또는 HEK293-GFP - CaeB 세포 레귤레이터 플라스미드는 구조적으로 독시사이클린 제어 듀얼 리프레 / 활성 설정 (그림 2)와 PTRE 응답 플라스미드 인코딩 중 전체 길이 인간의 Bax의 또는 활성화 된 형태의 표현 형질했다 인간 카스파 제 3, (revCasp 3로 명명그림 3). 비 유도 조건을 (그림 6)에서 PARP 절단의 부족에 의해 입증 된 바와 같이이 시스템은 긴밀하게 조절된다. 형질 감염된 세포에 독시 싸이클린의 추가는 Bax의 발현 또는 revCasp 3. CaeB 다음 표현과 Bax의 후속 활성화에 의해 생성 된 세포 사멸 신호가 CaeB 식에 의해 차단되어야한다 Bax의 하류의 세포 사멸 경로, 방해하는 경우에 발생했습니다. 실제로, HEK293 세포를 안정적으로 표현 GFP - CaeB는 HEK293-GFP 세포는 분명 PARP 절단을 표시하면서 깊이, 독시 싸이클린 제어 Bax의 발현에 의해 세포 사멸 유도를 억제한다. 이 결과는 것을 나타냅니다 Bax의 활성화의 다운 스트림 CaeB 블록 세포 사멸 유도가. 세포 사멸 경로에 늦은 이벤트 - 다음, 그것은 CaeB가 카스파로 3 활성화를 방해 할 수 있는지 여부를 분석 하였다. 효과기 카스파 제 3 일단 액티브임을 나타내는 HEK293-GFP 세포뿐만 아니라 HEK293-GFP-CaeB 세포, 전시 PARP 절단 (도 6),ated, CaeB가 발생하지 사멸을 막을 수 없습니다. 카메라 함께, 이러한 데이터는 CaeB가 백스와 카스파 제 3의 활성화 사이에 작용하는 것을 보여줍니다.

그림 테트라 사이클린 규제 시스템의 도식 개요. 구정 온 시스템은 두 개의 서로 다른 플라스미드, 규제 및 응답 플라스미드로 구성되어있다. 그리고 구정 응답 역 transactivator (rtTA, 열린 원) 규제 플라스미드는 구정 응답 transsilencer (채워진 원 TTS)을 인코딩합니다. 두 단백질은 구조적으로 강한 구성 적 신장 요인 1 알파 발기인 (P EF-1A)의 제어에 의해 표현된다. TTS 및 rtTA는 키메라 (각각, 소음기 또는 활성화) 진핵 생물의 전사 조절 도메인으로 구성된 전사 인자와 세균 테트라 사이클린 리프레 (TetR)입니다. TetR는 DNA를 칠 TET에 결합 중재 (TETO) 시퀀스. TETO 함께 구정 응답 요소 (TRE)을 형성, 유도 최소한의 사이토 메갈로 바이러스 프로모터 (P CMV)의 상류에 위치한다. 조건을 비 유도에서, TTS는 표현을 방지 트레에 바인딩됩니다. 독시 싸이클린의 추가 (Dox가, 가득 다이아몬드) 후, rtTA는 Dox가이 구조적 변화와 활성화로 이어지는와 상호 작용합니다. 활성화 rtTA 따라서 세포 사멸 유도 및 세포 죽음에 이르는, 각각의 표적 유전자와 Bax 및 카스파 제 3의 전사를 허용, 응답 플라스미드에 TTS를 대체합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

규제 플라스미드 pWHE125 그림 2. 도식 개요. 혈중 알코올 농도에 전파 요소가 필수teria, 복제 원점 (오라이 PBR) 암피실린 대하여 항생제 내성 카세트 AMP (R)를 포함하며, 인간 사이토 메갈로 바이러스의 강한 구성 적 즉시 초기 프로모터 / 인핸서와 같은 테트 - transregulators의 식 (P 대 / E HCMV), 소아마비 바이러스 (PV-IRES)와 유인원 바이러스 40 (SV40 폴리 -A) 표시됩니다에서 폴리 -A-사이트에서 내부 리보솜 결합 사이트. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

응답 플라스미드의 그림 3. 도식 개요. 요소가 복제 원점 (오라 PBR)과 항생제 내성 카세트 (앰프 R)를 포함하여 세균의 증식에 필수적인, 및 형질 전환 유전자 expressi 같은 진핵 생물에서 유도 발현구정에 의존하는 최소한의 발기인 TREtight (P TREtight),이자 인간의 Bax의 (hBax)의 유전자와 유인원 바이러스 40 (SV40 폴리 -A)에서 폴리 -A 사이트와 카세트에 그려져있다. 유전자 발현 카세트는 닭 HS4 절연체 코어 시퀀스 (HS4 코어)의 두 사본의 탠덤 직접 반복에 의해 형벌이다. 또한, 쥐 포스 포 키나제 1 프로모터 (P mPGK)로 구성된 G418 저항 카세트, 네오 마이신 내성 유전자 (G418 R)과 인간의 티미 딘 키나제 폴리 -A 사이트 (TK 폴리 -A)이 존재한다. 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림.

그림 4. HEK293-GFP 및 HEK293는-GFP는-CaeB 안정적으로 녹색 형광 단백질을 표현한다. (A) HEK293-GFP와의 전체 세포 용 해물HEK293-GFP - CaeB 세포는 안정적인 표현을 보여 GFP에 대한 immunoblotted했다. HEK293-GFP 및 HEK293-GFP - CaeB 세포의 (B)의 대표 유동 세포 계측법 (외과) 분석 GFP 발현의 강도를 보여주기 위해 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 스타 우로 스포린에 의한 세포 사멸. HEK293-GFP 및 HEK293-GFP - CaeB 세포에 GFP - CaeB의 발현 5. 효과는 고유의 세포 사멸을 유도하기 위해 6 시간 동안 4 μm의 스타 우로 스포린 처리 하였다. 아폽토시스는 절단 된 PARP의 면역 블롯 분석에 의해 분석 하였다. PARP 절단은 HEK293-GFP 세포에 비해 HEK293-GFP - CaeB 세포에서 감소되었다. 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오이 그림의.

코스닥 시스템의 그림 6. 사용법 CaeB의 행동의 포인트를 좁힐 수 있습니다. (A) 세포 사멸은 HEK293-GFP 및 HEK293-GFP - CaeB 세포에서 Bax의 발현에 의해 유도했다. 아폽토시스는 절단 된 PARP의 면역 블롯 분석에 의해 분석 하였다. PARP 절단-GFP는 HEK293 세포에 비해 HEK293-GFP-CaeB 세포에서 감소되었다. (나) 세포 사멸은 HEK293-GFP 및 HEK293-GFP - CaeB 세포에서 revCasp 3의 발현에 의해 유도했다. 아폽토시스는 절단 된 PARP의 면역 블롯 분석에 의해 분석 하였다. PARP 절단은 HEK293-GFP - CaeB 및 HEK293-GFP 세포에서 비교했다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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여기에 설명된 방법은 anti-apoptotic bacterial effector 단백질의 활성을 해부하기 위해 정의된 단계에서 apoptotic signaling cascade를 유도하는 데 사용됩니다. 이 방법은 또한 pro-apoptotic 또는 독성 단백질의 유도성 발현 또는 다른 신호 경로와의 간섭을 해부하는 데 사용할 수 있습니다.
이 연구는 Deutsche Forschungsgemeinschaft(DFG)의 지원을 받았으며, A.L. 및 C.B.에 대한 Collaborative Research Initiative 796(SFB796)을 통해, 그리고 A.L.에 대한 ERA-NET PathoGenoMics 3차 호출을 통해 지원되었습니다.
| DMEM | 생명 과학 기술 | 31966-021 | |
| FCS | Biochrom | S0115 | |
| 펜/연쇄상 구균 | 생명 과학 기술 | 15140-122 | |
| OptiMEM | 생명 공학 | 51985 | |
| X-tremeGENE 9 | Roche | 6365752001 | |
| Geneticin | Roth | CP11.3 | |
| Polyethylenimine | Polyscienes | 23966 | |
| Doxycycline | Sigma Aldrich | D9891 | |
| Mini-PROTEAN Tetra Cell | Bio-Rad | 165-8000EDU | |
| Trans-Blot SD Semi-Dry Transfer Cell | Bio-Rad | 170-3940 | |
| PageRuler Prestained Protein Ladder | Thermo Scientific | 26616 | |
| PVDF 멤브레인 | Millipore | 는 | GFP에 반대하는 IPVH00010|
| 있습니다 | life technologies | A6455 | |
| anti-cleaved PARP | BD Bioscience | 611038 | |
| anti-actin | Sigma Aldrich | A2066 | |
| Mouse IgG (H+L)-HRPO | Dianova | 111-035-062 | |
| Rabbit IgG (H+L)-HRPO | Dianova | 111-035-045 | |
| ECL Western Blotting Substrate | Thermo Scientific | 32106 | |
| Restore Plus 웨스턴 블롯 스트리핑 버퍼 | Thermo Scientific | 46428 |