여기서는 레지오넬라 뉴모 필라 (L. 뉴모) 액체 배양에서 외막 소체 (OMV)의 정제를 기술한다. 이러한 정제 소포 그들의 프로 – 염증 가능성을 분석하는 대 식세포의 치료에 사용된다.
Bacteria are able to secrete a variety of molecules via various secretory systems. Besides the secretion of molecules into the extracellular space or directly into another cell, Gram-negative bacteria can also form outer membrane vesicles (OMVs). These membrane vesicles can deliver their cargo over long distances, and the cargo is protected from degradation by proteases and nucleases.
Legionella pneumophila (L. pneumophila) is an intracellular, Gram-negative pathogen that causes a severe form of pneumonia. In humans, it infects alveolar macrophages, where it blocks lysosomal degradation and forms a specialized replication vacuole. Moreover, L. pneumophila produces OMVs under various growth conditions. To understand the role of OMVs in the infection process of human macrophages, we set up a protocol to purify bacterial membrane vesicles from liquid culture. The method is based on differential ultracentrifugation. The enriched OMVs were subsequently analyzed with regard to their protein and lipopolysaccharide (LPS) amount and were then used for the treatment of a human monocytic cell line or murine bone marrow-derived macrophages. The pro-inflammatory responses of those cells were analyzed by enzyme-linked immunosorbent assay. Furthermore, alterations in a subsequent infection were analyzed. To this end, the bacterial replication of L. pneumophila in macrophages was studied by colony-forming unit assays.
Here, we describe a detailed protocol for the purification of L. pneumophila OMVs from liquid culture by ultracentrifugation and for the downstream analysis of their pro-inflammatory potential on macrophages.
박테리아는 다른 메커니즘을 통해 하나 독성 인자를 분비 할 수있다. 공지 분비 시스템 외에도, 그람 음성균은 정보를 교환 할 수 있고, 작은 외막 소체 (OMV), 타원체 소체 10-300 nm의 직경과 이중 층의 막 구조를 통하여 독성 인자를 제공한다. 이들은 성장 환경 (액체 배양, 고체 배양하고, 바이오 필름)의 다양한 모든 성장 단계 (2, 3)에 분비되어있다. 된 OMV는 중요한 교통 수단 (예를 들어, OMV의 표면에서 발견되는 단백질 adhesins 독소 및 효소뿐만 아니라 대한 LPS 용) 4. 관내화물은 단백질 가수 분해로부터 보호 그래서 장거리 행동 할 수 있으며, 소포는 체액과 원격 장기 (5, 6)에서 찾을 수있다"외부 참조"> (7, 8). 그들은 단지 인식 진핵 세포 (9), (10)에 의해 흡수되지만 또한, 이들은 숙주 세포 (4) 내로 박테리아 및 내습의 결합을 용이하게 할 수있는 할 수 없다. 레지오넬라 뉴모 필라 (L. 뉴모 필라)이 된 OMV를 분리 할 수있는 그램 음성 박테리아이다. 인간의 폐에서는 주로 자연 호스트 민물 아메바 (11)이더라도, 폐포 마크로파지를 감염. L.의 뉴모 필라 감염은 레지오넬라 증, 폐렴 (12)의 심한 형태가 발생할 수 있습니다. 숙주 세포에이 블록 phagosome – 리소좀의 융합. 복제 틈새 레지오넬라 함유 액포 (LCV)이, 13, 14이 형성되어있다 또한, 숙주 세포 기관을 모집. 리소좀 분해뿐만 아니라 이펙터 단백질 TRA에 의해 억제된다타입 IV 분비 시스템으로, 또한 된 OMV (15)의 릴리스 nslocation.
세균 배양 물로부터의 정제 된 OMV를받는 세포에 미치는 영향을 분석 할 필요가있다. L. 뉴모 된 OMV의 단백질 함량 및 폐포 상피 세포 16 만, 인간의 폐 조직 이식과 이후 연구에서 소포의 영향에 집중 이전 연구 L. 뉴모 된 OMV가 폐포 대 식세포 (17)에 의해 흡수되는 것을 보여 주었다.
된 OMV 본 병원체 – 관련 분자 패턴 (PAMPs가)와 다른 박테리아 항원, 그들은 진핵 세포의 감염에 영향을 호스트 (18) 면역 반응을 조절할 수있다. L. 뉴모 된 OMV 신속 또한 그들이 멤브레인 TLR2 활성화 (19), 숙주 세포의 막과 융합하고. 그것은 리스테리아 pneumoph 것으로 알려진 바와ILA 된 OMV가 염증성 방법 16 17 식세포 및 상피 세포를 자극하고, 우리는 인간 및 뮤린 대 식세포에 감염 과정에 대한 된 OMV의 영향을 분석 하였다.
여기서는 직접 또는 감염에 따라 차등 초 원심 분리에 의해 분비 된 OMV를 분리 및 진핵 숙주 세포의 소포체의 영향을 평가하기 위해 배양액에서 L. 뉴모 필라의 배양을위한 프로토콜을 기술한다.
병원성 세균 및 표적 세포에서 이러한 막 소포 충격 된 OMV 현재 집중적으로 연구되고있다. 예를 들어, 클로스 트리 디움 퍼프 린 젠스가 된 OMV 식세포의 사이토 카인의 분비를 유도 – 유래, B 림프구 보렐리 burgdorferi에 발 된 OMV 활성화 및 헬리코박터 파이로리는 막 소포는 위 상피 세포 (21, 22), (23) 상에 작용할 수 -released 수있다. L.의 뉴모 필라, 비정형 폐렴의 심한 형태를 유도 할 수있는 세포 내 병원균은 또한 폐 상피 세포와 대 식세포 (16), (19)을 활성화 할 수 있습니다 된 OMV를 발표한다. 여기서는 폐렴 된 OMV의 잠재적 역할을 연구하는 배양액에서 L. 뉴모 된 OMV의 소규모 분리를위한 상세한 프로토콜을 제시한다. 멸균 CONDIT에서 작동하는 것이 중요합니다이온 및 순수 L. 뉴모 필라를 얻기 위해 다른 세균으로부터의 오염을 배제하기는 OMV 준비 – 유래. 된 OMV의 분리 최대 된 OMV이 여과 공정에 의해 손실되기 때문에이 상기 OMV 수율을 감소시킨다하더라도, L. 뉴모 필라로 수득 OMV 펠릿의 오염을 방지하기 위해 0.22 ㎛의 세공을 통해 여과하는 단계를 포함한다.
또한, 우리는 더 밀접 된 OMV는 세포 외 박테리아 (15)에 의해 LCV 내부에 출시되는 레지오넬라 폐렴의 상황을 대략 그 고립 된 소포와 L.의 뉴모 필라에 감염된 세포에 인간과 쥐의 대 식세포의 반응을 테스트했다. 채용 된 OMV의 용량이 24 시간 배양 후 인간 대 식세포의 생체 외 감염에서 무료 OMV의 양에 따라 추정되었다 (참조 20에서 설명). 다른 수신자 세포의 자극이나 생체 내 실험에서,다른 OMV의 용량이 필요할 수 있습니다 설립해야합니다. L. 뉴모 된 OMV의 효과의 분석 및 예거 STEINERT (24)에 의해 기술 된 프로토콜의 발전을 나타낸다.
여기에, THP-1 세포에 의한 주 인간의 물질의 제한된 가용성 폐포 대 식세포에 대한 모델이 될 PMA 차별화. PMA의 첨가는 대 식세포 유사 세포 (25) 단핵구 THP-1 세포를 분화. 또한, 이들은 L. 뉴모위한 잘 알려진 모델 세포주 (26)을 연구한다. 이 인간 단핵 세포주 외에, mBMDM 세포가 사용됩니다. mBMDM 널리 L.의 뉴모 27, 28, 29의 효과에 대한 연구 허용됩니다. 다른 TLR에 다른 단백질 유전자 녹아웃 사용 가능성들을 OMV 효과를 연구하기위한 유용한 도구 만든다. ORD에서당 실험 쥐의 양을 낮추는 ER은 mBMDM 대신 식세포의 한계에 의한 폐포 대 식세포 사용된다. 주요 실험 검증을위한 폐포 대 식세포가 필요할 수 있습니다.
초 원심 분리의 본원에 기술 된 프로토콜 된 OMV를 정화 게다가, Chutkan 등에 의한 프로토콜에 포함되는 밀도 구배 원심 분리를 수행 할 수있다. 30. 이렇게 얻어진 OMV 제제의 순도를 향상 공동 정제 단백질 응집체, 편모 및 LPS의 양을 줄일 수있다. 얻어진 OMV 제제의 순도는 투과 전자 현미경에 의해 또는 품질 관리 부가 단계로 나노 입자 추적 분석에 의해 분석 될 수있다. 이것은 여기에 제시된 단백질 측정 절차 넘어 정량의 추가적인 수단을 제공 할 수있다. 선택적으로, LPS 농도가 물러의 amebocyte 파쇄 시험에 의해 분석 될 수있다. OMV 수율이 낮은 경우,원심 필터를 통해 추가 농축 단계는 여기에 완료되지 않은, 수행 될 수있다. 수율이 예상보다 낮았다하면 된 OMV는 폐기되었다.
된 OMV 뒤에 생물학적 메커니즘 및 기능을 규명하기위한 노력의 일환으로, OMV 생산에 다른 스트레스 조건의 영향을 시험 할 수있다. 영양 결핍은 유해 에이전트 배양 온도, 또는 노출의 변화는 OMV 분비 (31)에 영향을 미칠 수 있습니다. 가능한 스트레스 조건은 Klimentova 및 Stulik (32)에 의해 프로토콜에서 설명합니다. 또한, 하이퍼 또는 hypovesiculating L. 뉴모 변이체가 생성 될 수있다. 상이한 OMV 제제이어서, (참조 번호 17에 기재되어 있음), 인간 폐 조직 이식편, 또는 생체 내 모델에서 대 식세포 감염 실험에서 분석 될 수있다. 세균 통신에서의 영향 선천성 면역 신호에 된 OMV의 역할, 게다가실험적으로 해결 될 수있다. 또한, 다양한 선천성 면역 신호 전달 캐스케이드의 영향 뮤린 녹아웃 세포를 사용하는 인간 세포주 CRISPR / Cas9 녹아웃의 발생에 의해 분석 될 수있다. 된 OMV에이 기초 연구는 이미 나이 세리아의 meningitides (33)에 의해 전송 뇌막염 B 존재 새로운 백신 전략의 개발에 도움이 될 것입니다.
OMV 분리 및 특성화의 프로토콜로부터 출발 한 다른 그람 음성균 및 다른 숙주 세포에이를 적용 할 수있다; 단지 액체 배양에서 세균의 성장을 조절할 필요가있다. Chutkan 등 알 발행 프로토콜. 대장균과 녹농균 (30)로부터 된 OMV의 생성에 대한 자세한 정보를 제공합니다. 배양 용균 박테리아 오염의 증가 및 단백질 및 MEM을 피하기 위해 늦은 정지상 도달하지 않아야branes. 또한, 숙주 세포의 자극에 사용되는 OMV 도즈 여전히 독성의 낮은 속도를 유지하면서, 생체 내 감염 동안에 된 OMV 존재의 양에 따라 결정되어야한다. 이러한 방식으로 된 OMV의 병리학 적 역할은 잡종 통신 및 호스트 병원체 상호 작용에 미치는 영향을 조사 할 수있다.
또한 폐렴에 L. 뉴모 필라 된 OMV의 역할을 연구하기 위해, 충분한 수율과 비교 감염 실험과 표준화 된 OMV 준비가 필요하다. 이 프로토콜은 분리 절차를 표준화 및 기타 그람 음성균 및 다른 숙주 세포에 OMV 연구를 확장하는 데 도움이된다. 또한, 연구는 생체 내 실험 설정을 확장하는 데 사용할 수있는 시험 관내 기술에 대한 상세한 혜택 것이다. 앞으로,이 프로토콜은 혈청 또는 기관지 LAV 1 차 생물 재료 된 OMV의 분리로 확장 될 수있다나이 유체는 생리 학적 조건하에 발표 된 OMV의 구성에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 이것은 OMV 조성물의 주요 파라미터를 결정하기 위해 시험 관내 -generated 된 OMV의 특성을 이해하는 것이 도움이 될 것이다.
The authors have nothing to disclose.
우리는 TLR2으로 우리를 제공하기위한 교수 마르쿠스 Schnare 감사합니다 – / -과 TLR2 / 4 – / – 마우스 및 TRIF /에서 MyD88에 대한 교수 카슨 Kirschning – / – 마우스. 이 작품의 일부가 Bundesministerium 대 Bildung 놀이 Forschung에 의해 투자되었다 (예 : 바이오 miRSys을 – FKZ 0316175B, 전자 : 메드 CAPSYS – FKZ 01X1304E, http://www.bmbf.de/), 독일 연구 협회를 (SFB / TR-84; http://www.sfb-tr84.de/), 및 Hessisches Ministerium 대 Wissenschaft 싶게 미술 (LOEWE 의료 RNomics – FKZ 519 / 03 / 00.001- (0003) http://www.proloewe.de/medicalrnomics) 모든 BS합니다.
10 cm petridish | Sarstedt AG & Co KG (Nuembrecht, Germany) | 82.1473 | |
70 Ti rotor | Beckman Coulter Incorporation (California, USA) | 337922 | |
ACES | Carl Roth GmbH & Co KG (Karlsruhe, Germany) | 9138.2 | |
activated charcoal | Carl Roth GmbH & Co KG (Karlsruhe, Germany) | X865.2 | |
agar-agar, Kobe I | Carl Roth GmbH & Co KG (Karlsruhe, Germany) | 5210.2 | |
Columbia agar with 5 % sheep blood | Becton Dickinson GmbH (Heidelberg, Germany) | 254005 | |
cuvettes | Sarstedt AG & Co KG (Nuembrecht, Germany) | 67.742 | |
ELISA (human) | BD OptEIA™; Becton Dickinson GmbH (Heidelberg, Germany) | IL-8: 555244 IL-6: 550799 | |
ELISA (murine) | DuoSet, R&D (Minneapolis, USA) | CXCL1: DY453-05 | |
Fe(NO3)3x9H2O | Carl Roth GmbH & Co KG (Karlsruhe, Germany) | 5632.1 | |
Fetal calf serum (FCS) | Life Technologies GmbH (Darmstadt, Germany) | 10270-106 | |
Heracell 240i CO2 incubator | Thermo Fisher Scientific Germany BV & Co KG (Braunschweig, Germany) | 40830469 | |
Heraeus Multifuge X3R | Thermo Fisher Scientific Germany BV & Co KG (Braunschweig, Germany) | 75004515 | |
Inoculation loop | Sarstedt AG & Co KG (Nuembrecht, Germany) | 86.1567.010 | |
KOH | Carl Roth GmbH & Co KG (Karlsruhe, Germany) | 6751.1 | |
L. pneumophila Corby | — | — | kindly provided by Prof Dr Antje Flieger (RKI, Berlin, Germany) |
L. pneumophila Corby ΔflaA | — | — | kindly provided by Prof Dr Klaus Heuner (RKI, Berlin, Germany) |
L-cystein | Carl Roth GmbH & Co KG (Karlsruhe, Germany) | ||
mBMDM | — | — | kindly provided by Prof Dr Markus Schnare (Philipps Univeristy Marburg, Marburg, Germany) and Prof Dr Carsten Kirschning (University Duisburg Essen, Essen, Germany) |
PBS | Biochrom GmbH (Berlin, Germany) | L 1825 | |
phorbol 12-myristate 13-acetate | Sigma-Aldrich Chemie GmbH (Taufkirchen, Germany) | P8139-1MG | |
rotating shaker (MaxQ 6000) | Thermo Fisher Scientific Germany BV & Co KG (Braunschweig, Germany) | SHKE6000 | |
RPMI 1640 high glucose | Life Technologies GmbH (Darmstadt, Germany) | 11875-093 | |
saponin | Carl Roth GmbH & Co KG (Karlsruhe, Germany) | 9622.1 | |
Ultrospec 10 | Biochrom Ltd (Cambridge, England) | 80-2116-30 | |
sterile filter (pore size: 0.22 µm) | Corning Incorporated (new York, USA) | 431096 | |
THP-1 | Sigma-Aldrich Chemie GmbH (Taufkirchen, Germany) | 88081201-1VL | |
Sorvall Discovery 100 SE | Thermo Fisher Scientific Germany BV & Co KG (Braunschweig, Germany) | ||
yeast extract | Carl Roth GmbH & Co KG (Karlsruhe, Germany) | 2363.2 | |
Pierce BCA protein assay kit | Thermo Fisher Scientific Germany BV & Co KG (Braunschweig, Germany) | 23225 |