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Research Article
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
이 프로토콜은 마이코박테리움 마리눔 감염 동안 배아 제브라피시의 대식세포 행동 및 사망을 시각화하는 기술을 설명합니다. 박테리아의 준비, 배아감염 및 활력 내 현미경 검사법 에 대한 단계가 포함되어 있습니다. 이 기술은 감염 또는 멸균 염증을 관련시키는 유사한 시나리오에 있는 세포 행동 그리고 죽음의 관측에 적용될 수 있습니다.
Zebrafish는 초기 개발 중에 선천적 면역 체계에 전적으로 의존하여 투명한 자연과 의존성으로 인해 선천적 면역 세포 행동을 연구하기위한 훌륭한 모델 유기체입니다. 제브라피쉬 마이코박테리움 마리눔(M. marinum)감염 모델은 진균 감염에 대한 숙주 면역 반응을 연구하는 데 잘 확립되어 있다. 다른 대식세포 사멸 유형이 진균 감염의 다양한 결과로 이어질 것이라는 것이 제안되었다. 여기에서 우리는 M. marinum 감염 다음 zebrafish 태아에 있는 대식세포 세포 죽음을 관찰하기 위하여 intravital 현미경 검사를 사용하여 프로토콜을 기술합니다. 특히 대식세포와 호중구에 라벨을 붙이는 Zebrafish 형질전환 선은 중뇌 또는 트렁크에 형광으로 표지된 M. marinum의 근육 내 미세 주입을 통해 감염됩니다. 감염된 제브라피시 배아는 이후에 낮은 용융 아가로오스에 장착되고 X-Y-Z-T 치수에서 공초점 현미경 검사법에 의해 관찰됩니다. 장기 라이브 이미징은 광표백 및 광독성을 피하기 위해 낮은 레이저 파워를 사용해야 하기 때문에 형질전환이 강력히 권장됩니다. 이 프로토콜은 면역 세포 이동, 숙주 병원체 상호 작용 및 세포 사멸을 포함하는 생체 내 동적 프로세스의 시각화를 용이하게 합니다.
마이코박테리아 감염은 숙주 면역세포 사멸을 유발하는 것으로 입증되었다1. 예를 들면, 감쇠한 긴장은 대식세포에 있는 세포자멸을 시작하고 감염을 포함할 것입니다. 그러나, 악성 긴장은 세균성보급을일으키는 원인이 되는 lytic 세포 죽음을 시작할 것입니다1,2. 세포 죽음의 이 다른 모형이 호스트 항 진균 반응에 있는 충격을 고려하면, 생체 내에서 진균 감염 도중 대식세포 세포 죽음의 상세한 관측이 필요합니다.
세포 사멸을 측정하는 종래의 방법은 안네신 V, TUNEL, 또는 아크리딘 오렌지/프로피듐 요오드화물 염색3,4,5와같은 죽은 세포 얼룩을 사용하는 것이다. 그러나, 이러한 방법은 생체 내에서 세포 사멸의 동적 과정에 빛을 비출 수 없습니다. 시험관내 세포 사멸의 관찰은 이미 살아있는 화상 진찰6에의해 촉진되었습니다. 그러나, 결과 정확 하 게 생리 조건을 모방 여부 불분명 남아.
Zebrafish는 호스트 항 진균 반응을 연구하기위한 훌륭한 모델이었습니다. 그것은 인간과 유사한 높게 보존된 면역 계통을, 쉽게 조작한 게놈, 및 초기 태아는 살아있는 화상진찰7,8,9를허용하는 투명합니다. M. marinum에 감염 후, 성인 얼룩말 은 전형적인 성숙한 육아종 구조를 형성하고, 배아 제브라피쉬는 구조9,10과같은 초기 육아종을 형성한다. 선천성 면역세포-박테리아 상호작용의 역동적인 과정은 제브라피쉬 M. 마리눔 감염 모델11,12에서이전에 탐구되었다. 그러나, 높은 공간 시간적 해상도 요구 사항으로 인해, 타고난 면역 세포의 죽음을 둘러싼 세부 사항은 크게 정의되지 않은 남아있다.
여기에서 우리는 생체 내에서 진균 감염에 의해 유발된 대식세포 리선세포 사멸의 과정을 시각화하는 방법을 설명합니다. 이 프로토콜은 또한 발달 및 염증 동안 생체 내에서 세포 행동을 시각화에 적용될 수 있다.
제브라피쉬는 동물 복지에 대한 윤리적 검토를 위한 실험실 동물 가이드라인(GB/T 35823-2018)을 준수하여 표준 조건하에서 제기되었습니다. 본 연구에서 모든 제브라피시 실험은 승인(2019-A016-01)을 승인하고 푸단 대학교 상하이 공중 보건 임상 센터에서 실시했습니다.
1. M. 마리넘 단일 세포 접종 준비(그림 1)
2. 얼룩말 물고기 배아 준비
3. 세균성 미세 주입을 통한 감염
4. 감염의 살아있는 화상 진찰
5. 세포 세포 UV 조사는 세포 자멸과 살아있는 화상 진찰을 유도하기 위하여
6. 이미지 처리
진균 감염은 감염의 경로에 따라 다른 호스트 반응을 시작할 수 있습니다. 이 프로토콜에서, 제브라피쉬 배아는 형광으로 표지된 박테리아를 중뇌 또는 트렁크내로 근육 내 미세 주입에 의해 감염되고(도3)공초점 라이브 이미징에 의해 관찰된다. 이 2개의 경로를 통해감염은 선천적인 면역 세포 모집 및 후속 세포 죽음을 일으키는 원인이 되는 감염을 현지로 제한할 것입니다.
타고난 면역 세포 죽음의 세부 사항을 시각화하는 것은 도전적입니다. Lytic 세포 죽음은 아주 짧은 시간 창에 생깁니다 관찰하기 위하여 고해상도 현미경 검사법을 요구합니다. 또한, 선천적인 면역 세포의 높은 운동성은 관찰 영역 밖으로 마이그레이션할 수 있습니다. 이 프로토콜에서는 여러 배아를 병렬로 관찰하여 이 문제를 해결합니다. 제브라피시 배아의 배열은 감염을 위한 단 하나 유리 현미경 슬라이드에 설치될 수 있고, 최대 10개의 배아는 살아있는 화상 진찰을 위한 동일 35 mm 유리 바닥 접시에 설치될 수 있습니다(그림 4). 공초점 현미경검사법의 라이브 데이터 모델을 활용함으로써 하나 이상의 배아를 동시에 관찰할 수 있습니다. 이것은 살아있는 화상 진찰의 효율성을 향상시키고 전체 lytic 세포 죽음 프로세스를 붙잡기의 확률을 크게 증가시킵니다.
타고난 면역 계통은 진균 감염에 대하여 방어의 첫번째 선이고, 2개의 중요한 분대는 대식세포와 호중구입니다. 여기서 우리는 이전에 보고된 Tg(coro1a:eGFP;lyzDsRed2) 및 Tg(mpeg1:loxP-DsRedx-loxP-eGFP;lyz:eGFP)를 활용하여 생체 내 대식세포와 호중구를 생체 내16,17,18. 박테리아로 무겁게 박힌 대식세포는 둥근 되고 결국 세포질 팽윤, 세포막의 파열 및 세포질 내용의 빠른 보급과 함께 감소된 운동성을 표시했습니다. 이들 사건은 이전에 보고된 바와 같이 lytic 세포 사멸의 전형적인 형태학적변화(도 5A)16. UV 조사는 제브라피시20,21에서세포 사멸을 겪는 세포를 유발하는 데 사용되어 왔다. 이러한 개념에 부합하여, UV 조사된 대식세포는 세포 수축, 핵 단편화 및 크로마틴 응축과 같은 전형적인 세포 표현형을보였다(도 5B)22,23. 세룰리안 형광 M. 마리넘19의사용과 결합하여, 대식세포, 호중구 및 M. 마리눔 간의 상호작용의 3가지 컬러 라이브 이미징이 생체 내에서 달성되었다. 우리는 또한 대식세포가 활발하게 식세포를 식세포로 및 M. 마리눔(보충도 3A)으로보급할 수 있음을 관찰하였다. 그러나, 호중구는 식세포 능력이 제한되어 있었고 명백한 세균 성 세포 제거 없이 신속하게 용액 세포사멸을 겪었다(보충도 3B). 호중구는 세룰리안 형광을 표현하지 않는 몇 개의 죽은 M. 마리눔의 식세포증에 의해, 또는 제한된 죽은 세포 파편의 식세포증에 의해 유발될 수 있습니다.

그림 1: 단일 세포 박테리아 제제의 개략적 도면. 단세포 세룰리안 형광 M. 마리눔 주식은 기재된 공정에 따라 생성되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 미세 주입을 위한 제브라피시 배아 장착의 다이어그램. (A)장착 공정의 회로도. (B)얼룩말피시 배아는 트렁크 부위의 감염을 위해 횡측으로 장착하였다. (C)제브라피시 배아는 중뇌의 감염을 위해 머리를 위쪽으로 향하도록 장착하였다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 미세 주입을 위한 위치 지정. (A)빨간색 화살표는 트렁크 부위의 감염에 대한 주사 부위를 나타낸다. (B)빨간색 화살표는 중뇌 감염에 대한 주사 부위를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 라이브 이미징을 위한 제브라피시 배아 장착. (A)중뇌 감염의 경우, 제브라피쉬 배아는 머리를 아래쪽으로 향하도록 장착하였다. (B)트렁크 부위 감염의 경우, 제브라피쉬 배아는 유리 바닥 접시의 바닥에 가까운 주사 부위와 함께 측면으로 장착하였다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

도 5: M. 마리눔 감염에서 전형적인 형태학적 변화는 대식세포 수축 세포 사멸 및 UV 유도 대식세포 세포 사멸을 유도하였다. (A)맥(Mac)의 시간 경과 영상영상은 일단 맥세포사멸을 겪고 나면 M. marinum으로무겁게 함유되어 있다. 3 dpf Tg (coro1a:eGFP;lyzDsRed2) 제브라피쉬 배아의 중뇌는 미세 주입을 통해 세룰리안 형광 M. 마리넘 (~500 cfu)에 의해 감염됩니다. 오버레이 채널(위쪽 패널)과 DIC 채널(아래쪽 패널)에 대한 이미지가 제공됩니다. T 00:00은 5 시간 20 분 후 감염입니다. 백색 파선 = 세포막의 윤곽; 검은 색 파선 = 붓기 세포질; 검은 화살표 = 파열 세포막; 빨간색 파선 = 신속하게 세포질 함량을 잃었다. (B)UV 조사 대식세포의 시간 경과 이미징. 3 dpf Tg (mfap4:eGFP)의 중뇌 영역에서 하나의 GFP+ 세포는 UV에 의해 조사되고 시간 경과 이미징이 뒤따릅니다. 백색 파선 = 세포막의 윤곽; 검은 화살표 = 핵 분열 및 크로마틴 응축. 배율 막대 = 15 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

보조 그림 1: 라이브 이미징을 위해 설정된 환경 챔버. (A)온도를 28.5°C로 유지하도록 디지털 컨트롤러를 설정합니다. (B)습도를 제공하고 계란 물의 증발을 방지하기 위해 챔버 내부에 젖은 물티슈를 설정합니다. (C)챔버의 덮개를 닫고 라이브 이미징을 시작하기 전에 온도 안정화를 위해 적어도 30 분 동안 기다립니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

추가 그림 2: 라이브 이미징을 위한 공초점 패널 설정. (A)획득 패널 설정 표현입니다. (B)레이저 전력 및 스펙트럼 설정을 표현합니다. (C)라이브 데이터 모드에서 여러 작업 및 루프 설정을 표현합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

보충 도 3: 대식세포는 감염을 전파하고 호중구는 M. marinum 감염 후에 lytic 세포 죽음을 겪습니다. (A)2 dpf Tg (coro1a:eGFP;lyz:DsRed2) 세룰리안 형광 M. 마리넘 (~100 cfu)에 의해 감염된 얼룩말 어피 배아의 트렁크에 M. 마리넘을 보급하는 대식세포. (B)Neutrophil (Neu) 3 dpf Tg (mpeg1:LRLG;lyz:eGFP) 제브라피쉬 배아의 트렁크 부위에 명백한 M. 마리눔 없이 용이성 세포 사멸을 겪고 미세 주입을 통해 세룰리안 형광 M. 마리넘(~100 cfu)에 감염되었다. 녹색은 LRLG에 할당되고 적색은 lytic 세포 죽음 과정의 더 나은 시각화를 위해 eGFP에 할당됩니다. 청색의 화살표는 대상 셀을 나타냅니다. 빨간색 화살표는 다음 프레임에서 세포질 내용을 방출하려고 하는 세포를 가리킵니다. 녹색의 화살표는 세포질 함량을 방금 잃어버린 죽은 세포를 가리킵니다. 배율 막대 = 25 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

비디오 1: M. marinum으로 무겁게 적재된 대식세포는 그림 5A와관련있는 lytic 세포 죽음을 겪습니다. 3 dpf Tg(coro1a:eGFP;lyzDsRed2) 제브라피쉬 배아의 중뇌 영역의 중뇌 영역의 9분 및 18초동안 의 시간 경과 영상(63x objective)을 세룰리안 형광 M. 마리넘에감염하였다. 이 비디오를 보려면 여기를 클릭하십시오 (다운로드 오른쪽 버튼을 클릭하십시오).

비디오 2: 대식세포는 도 5B와관련된 UV 조사 후 세포사멸을 겪습니다. 3 dpf Tg(mfap4:eGFP) 제브라피시 배아의 중뇌 영역의 6fps에서 74분의 시간 경과 영상(63x objective). 배아의 중뇌 부위에 있는 1개의 GFP+ 세포는 UV에 의해 조사되고 시간 경과 화상 진찰에 선행됩니다. 이 비디오를 보려면 여기를 클릭하십시오 (다운로드 오른쪽 버튼을 클릭하십시오).

비디오 3: 대식세포는보충 도면 3A와 관련된 M. marinum을보급한다. 2 dpf Tg의 트렁크 영역의 3 fps에서 24 분의 시간 경과 이미징 (63x 목표)(coro1a:eGFP;lyz:DsRed2) 세룰리안 형광 M. 마리넘에감염된 제브라피쉬 배아. 이 비디오를 보려면 여기를 클릭하십시오 (다운로드 오른쪽 버튼을 클릭하십시오).

비디오 4: 호중구는 명백한 M. marinum engorgement 없이 lytic 세포 죽음을 겪습니다, 보충 그림 3B와 관련있는. 3 dpf Tg(mpeg1:LRLG;lyz:eGFP)의 트렁크 영역의 3fps에서 7분 30초의 시간 경과 영상(63x objective)은 세룰리안 형광 M. 마리눔에감염된 제브라피쉬 배아이다. 이 비디오를 보려면 여기를 클릭하십시오 (다운로드 오른쪽 버튼을 클릭하십시오).
저자는 공개 할 것이 없다.
이 프로토콜은 마이코박테리움 마리눔 감염 동안 배아 제브라피시의 대식세포 행동 및 사망을 시각화하는 기술을 설명합니다. 박테리아의 준비, 배아감염 및 활력 내 현미경 검사법 에 대한 단계가 포함되어 있습니다. 이 기술은 감염 또는 멸균 염증을 관련시키는 유사한 시나리오에 있는 세포 행동 그리고 죽음의 관측에 적용될 수 있습니다.
지롱 웬 박사님, 스테판 올러스 박사, 데이비드 토빈 박사님이 M. marinum 관련 자원을 공유해 주신 데 대해 감사드립니다. 이 작품은 중국 국립 자연 과학 재단 (81801977) (B.Y.), 상하이 시 보건위원회의 뛰어난 청소년 교육 프로그램 (2018YQ54) (B.Y.), 상하이 항해 프로그램 (18YF1420400) (B.Y.), 그리고 상하이 키 연구소의 오픈 펀드 (B.Y.) (B.Y.) 및 상하이 키 연구소 (B.Y.) (B.Y.) (B.Y.) 및 오픈 펀드 (B.Y.)
| 0.05% Tween-80 | Sigma | P1379 | |
| 10mL 주사기 | Solarbio | YA0552 | |
| 10% OADC | BD | 211886 | |
| 3-aminobenzoic acid | Sigma | E10521 | |
| 5 μ m 필터 | Mille X | SLSV025LS | |
| 50 μ l/ml hygromycin | Sangon Biotech | A600230 | |
| 7H10 | BD | 262710 | |
| 7H9 | BD | 262310 | |
| 유리 바닥 35mm 접시 | In Vitro Scientific | D35-10-0-N | |
| Agarose Sangon Biotech | A60015 | ||
| 컨포칼 현미경 | Leica | TCS SP5 II | |
| 환경 챔버 | Pecon | 온도 제어 37-2 디지털 | |
| Eppendorf microloader | Eppendorf | No.5242956003 | |
| 유리 현미경 슬라이드 | Bioland Scientific LLC | 7105P | |
| 글리세롤 | Sangon Biotech A100854 | ||
| 인큐베이터 | Keelrein | PH-140(A) | |
| M.marinum | ATCC BAA-535 | ||
| 미세주입 바늘 | 세계 정밀 기기 | IB100F-4 | |
| 마이크로인젝터 | Eppendorf | Femtojet | |
| 마이크로매니퓰레이터 | NARISHIGE | MN-151 | |
| msp12:cerulean | 참조: PMID 25470057; 27760340 | ||
| 페놀 레드 | 시그마 | P3532 | |
| PTU | 시그마 | P7629 | |
| 단일 오목한 유리 현미경 슬라이드 | 세일 브랜드 | 7103 | |
| Sonicator | SCICNTZ | JY92-IIDN | |
| 분광 광도계(OD600) | Eppendorf AG | 22331 함부르크 | |
| 스테레오 현미경 | OLYMPUS | SZX10 | |
| Tg(mfap4:eGFP) | Ref.: PMID 30742890 | ||
| Tg(coro1a:eGFP; lyzDsRed2) | Ref.: PMID 31278008 | ||
| Tg(mpeg1:LRLG; lyz:eGFP) | Ref.: PMID 27424497; 17477879 |