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Research Article
Amanda R. Paixão*1, Beatriz R. S. Dias*1, Luana C. Palma1, Natália M. Tavares1, Cláudia I. Brodskyn1, Juliana P. B de Menezes1, Patricia S. T. Veras1,2
1Laboratory of Host-Parasite Interaction and Epidemiology,Gonçalo Moniz Institute, 2National Institute of Science and Technology of Tropical Diseases - National Council for Scientific Research and Development (CNPq)
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Leishmania 감염에서 식균작용과 관련된 메커니즘은 잘 이해되지 않고 있습니다. 여기에서, 우리는 숙주 세포와의 리슈마니아 상호작용 동안 발생하는 초기 사건을 평가하는 방법을 설명한다.
Phagocytosis는 뚜렷한 단계를 포함하는 오케스트레이션 된 과정입니다 : 인식, 결합 및 내면화. 전문 식세포는 식균작용에 의해 Leishmania 기생충을 흡수하며, 여러 숙주 세포 수용체에 의해 기생충 표면의 리간드를 인식하는 것으로 구성됩니다. 대식세포막에 대한 리슈마니아 의 결합은 보체 수용체 유형 1 (CR1) 및 보체 수용체 유형 3 (CR3) 및 패턴 인식 수용체를 통해 발생한다. 리포포스포글리칸(LPG)과 63kDa 당단백질(gp63)은 대식세포-리슈마니아 상호작용에 관여하는 주요 리간드이다. 숙주 세포 수용체에 의한 기생충 리간드의 초기 인식에 따라, 기생충은 기생충 액포 내에서 내재화되고, 생존하고, 증식합니다. 리슈마니아-유도된 액포의 성숙 과정은 단량체성 G 단백질 Rab 5 및 Rab 7, 리소좀 관련 막 단백질 1 (LAMP-1), 리소좀 관련 막 단백질 2 (LAMP-2), 및 미세소관 관련 단백질 1A/1B-경쇄 3 (LC3)을 포함하는 세포 내 소포로부터 분자의 획득을 포함한다.
여기에서, 우리는 공초점 현미경을 사용하여 숙주 세포와의 리슈마니아 상호작용 동안 발생하는 초기 사건을 평가하는 방법을 설명하는데, 여기에는 (i) 결합 (ii) 내재화 및 (iii) 식세포 성숙이 포함된다. 감염 결과의 이러한 결정 요인을 둘러싼 지식의 본문에 추가함으로써, 우리는 리슈 마니아 감염의 병인에 대한 이해를 향상시키고 새로운 화학 요법 표적에 대한 최종 검색을 지원하기를 희망합니다.
Leishmaniasis는 Leishmania 속의 원생 동물 기생충에 의해 야기 된 방치 된 열대 질환으로, 피부 리슈 마니아증, 점막 피부 리슈 마니아증 및 내장 리슈 마니아증1을 포함하여 척추 동물 숙주에서 광범위한 임상 증상을 나타냅니다. 세계 보건기구 (WHO)는 10 억 명이 넘는 사람들이 위험에 처해 있으며 연간 백만 건 이상의 새로운 사례가보고되고있다고 추정합니다 2.
Leishmania spp.는 단핵구, 대식세포 및 수지상 세포를 포함한 숙주 세포 내에서 생존하는 의무적 인 세포 내 원생 동물입니다3. 리슈마니아-대식세포 상호작용은 직접적인 상호작용을 통해 또는 보체 수용체 4,5를 수반하는 옵소닌화에 의해 다수의 숙주 세포 수용체 및 기생충 리간드를 포함하는 복잡한 과정이다. 고전적 표면 수용체, 예컨대 CR1, CR3, 만노스-푸코스, 피브로넥틴, 톨-유사 및 스캐 빈저 수용체는 대식세포 6,7,8에 대한 기생충 부착을 매개한다. 이 수용체는 63 kDa 당단백질 (gp63) 및 당지질 리포스포글리칸 (LPG)9을 포함하여 리슈마니아의 표면에있는 분자를 인식합니다. 이들은 프로마스티고테스의 표면에서 가장 풍부한 분자이며, 숙주 면역 반응의 전복에 필수적인 역할을 하며, 포유동물 세포(10)에서 기생충 감염의 확립을 선호한다. 기생충 표면 리간드가 대식세포 수용체에 결합한 후, F-액틴은 포유류 세포 표면에 축적되어 기생충을 둘러싸고 식균작용을 한다. 이어서, 이것은 기생충-유도된 구획의 형성으로 이어지고, 이는 식리소좀 특징(11)을 제시한다. 일단 이러한 식세포 내부에 들어가면, 기생충은 생존과 증식에 필수적인 몇 가지 변화를 겪습니다3.
PVs의 생물발생은 이 병원체(12)의 세포내 생존에 매우 중요한 고도로 조절된 막 밀매 과정이다. 이 구획의 형성은 숙주 내시성 경로의 식세포와 구획 사이의 순차적 융합 사건으로부터 초래된다. 고전적 세포 생물학 연구에 따르면 PV의 성숙은 단량체 G 단백질 Rab 5 및 Rab 7 단백질의 획득을 포함하며, 이는 주로 초기 및 후기 엔도솜 성숙과 관련이 있습니다13. 또한, 이들 구획은 리소좀 관련 막 단백질 1 및 2 (LAMP 1, LAMP 2), 리소좀 막 및 미세소관 관련 단백질 1A/1B 경쇄 3 (LC3), 오토파고좀 마커14의 주요 단백질 구성성분을 획득한다. 명백한 유사성에도 불구하고, PV 형성15,16의 동역학과 이들 구획의 형태학은 리슈마니아 종에 따라 다양하다. 예를 들어, L. mexicana 또는 L. amazonensis에 의한 감염은 많은 수의 기생충(17)을 함유하는 큰 구획의 형성을 유도한다. 대조적으로, L. braziliensis 및 L. infantum과 같은 다른 종은 일반적으로 각 액포(18)에 하나 또는 두 개의 기생충 만 포함하는 더 작은 액포를 형성합니다.
숙주 세포-리슈마니아 상호작용을 둘러싼 이러한 지식에도 불구하고, 숙주 수용체와 기생충 리간드 사이의 접촉에 의해 촉발된 초기 사건은 완전히 해명되지 않았다. 이러한 사건은 기생충 감염의 결과의 결정 요인으로 알려져 있으며 기생충 종, 기생충을 인식하기 위해 모집 된 숙주 세포 수용체의 유형 및 대식세포 신호 전달 경로의 활성화19,20에 의존합니다. 따라서 리슈마니아로 유도된 PV의 생물발생에 관여하는 분자를 확인하고 감염 확립 및 결과에서 이들 분자가 수행하는 역할을 결정하는 것이 필수적이다. 여기에서, 우리는 결합, 내재화, 식기 형성 및 성숙을 포함하여 Leishmania의 식세포 작용 중에 발생하는 초기 사건을 모니터링하는 방법을 설명합니다. 이 작업은 PLC, Akt, Rab5, Rab7 및 LC3가 다른 리슈마니아 종에 의해 유도 된 PV의 형성에 참여하는 것을 명확히하는 데 도움이 될 수 있습니다. 중요하게도, 이 프로토콜은 PV 성숙에 관여하는 다른 단백질의 참여를 조사하는데 사용될 수 있다. 미래의 연구는 Leishmania-host cell 상호 작용에 관련된 메커니즘을 둘러싼 지식을 확장하고 새로운 화학 요법 전략의 설계에 기여할 것입니다.
세포는 국가 연구 윤리위원회 (ID : 94648218.8.0000.0040)의 절차 승인에 따라 건강한 기증자로부터 얻어졌다.
1. 세포 배양
2. 기생충 배양 및 셀트래커 레드 염색
참고: 형광 현미경을 통해 기생충을 시각화하려면 CellTracker Red 형광 염료(CMTPX)를 사용하여 염색을 수행하십시오. 대안적으로, 카르복시플루오레세인을 포함하는 다른 마커는 GFP, RFP, 또는 다른 형광 리포터 유전자를 구성적으로 발현하는 제조자 지시 또는 프로마스티고트에 따라 사용될 수 있다. 세포를 감염시키는 데 사용되는 기생충은 7 계대 이하의 프로마스티고트 축삭 배양물로부터 얻은 성장의 정지 단계에 있는 것들이다.
3. 대식세포에 대한 리슈마니아 결합의 평가
4. 대식세포에 의한 리슈마니아 식작용의 평가
5. 리슈마니아 -유도된 액포 성숙의 평가
참고: THP-1 세포 형질감염은 M. B. Maess, B. Wittig 및 S. Lorkowski 23에 의해 기술된 바와 같이 수행되어야 한다. 여기서는 최소한의 수정으로이 프로토콜을 요약합니다. 핵형성은 핵형성자를 필요로 하는 특정 형질감염 방법이다. 대안적인 방법으로서, 세포는 리포펙타민24 및 렌티바이러스 형질도입25를 사용하여 형질감염될 수 있다.
6. LC3를 리슈마니아 spp. PV에 채용한 평가
참고: 자가포식 막 마커 LC3는 식세포가 자가포식 특징을 나타내는지 여부를 조사하는 데 사용할 수 있습니다. 라이슈마니아-유도된 PVs에 대한 LC3 모집은 C. Matte32 및 B. R. S.Dias 33에 의해 이전에 기술된 바와 같이, 항-LC3 항체를 사용한 면역표지 세포에 의한 감염 동안 평가될 수 있다.
7. 공초점 현미경 수집 및 피지 정량화
참고: 면역 형광 이미지 획득은 공초점 레이저 스캐닝 현미경을 사용하여 수행해야 합니다. 더 나은 해상도에 도달하려면 오일 침지 63x 대물 렌즈를 사용하십시오.
8. 통계 분석
참고: 데이터 분석 및 그래픽의 경우 통계 분석 프로그램을 사용하십시오.
이 보고서는 L. braziliensis-LCL 또는 L. braziliensis-DL 형태의 CL을 제시하는 환자로부터 분리 된 L. braziliensis의 식세포 작용 중에 발생하는 초기 사건을 평가하는 것을 목표로합니다. 공초점 현미경을 사용하여 기생충의 식작용과 관련된 주요 사건 인 결합, 내재화 및 식균 성숙을 조사했습니다. 먼저 인간 단핵구 유래 대식세포에 의한 L. braziliensis-LCL 또는 L. braziliensis-DL 결합 및 식작용을 평가하였다. 데이터는 L. braziliensis-LCL 및 L. braziliensis-DL 둘 다 대식세포에 유사하게 결합한다는 것을 보여준다(그림 1). 또한, 숙주 세포에 의한 L. braziliensis-LCL 및 L. braziliensis-DL 식작용에 관해서는 어떠한 차이도 관찰되지 않았다(도 2). 마지막으로, LC3의 모집을 감염된 세포에서 L. braziliensis-LCL 또는 L. braziliensis-DL에 의해 유도된 PVs와 비교하였다. 감염의 30분, 4 및 12시간 후에, 우리는 L. braziliensis-LCL 및 L. braziliensis-DL-감염 대식세포에서 LC3 장식된 PVs의 유사한 백분율을 관찰하였다(도 3). 이들 대표적인 결과는 L. braziliensis-LCL 및 L. braziliensis-DL이 LC3 모집과 관련하여 PVs의 결합, 식작용 및 생물발생 동안 대식세포와 유사하게 상호작용한다는 것을 보여주었다.
PLC-GFP, Rab5-GFP, Rab7-GFP 플라스미드로 효율적으로 형질감염된 THP-1 세포를 나타내는 현미경 이미지는 도 4에 나타내었다.

그림 1. 인간 대식세포에 대한 L. braziliensis-LCL 및 L. braziliensis-DL 결합의 평가. 인간 단핵구-유래 대식세포는 L. braziliensis-LCL- 또는 L. braziliensis-DL에 감염되었다. 4°C에서 10분 후, 결합을 공초점 현미경으로 평가하였다. (A) 대식세포에 결합하는 L. braziliensis-LCL 또는 L. braziliensis-DL (CMTPX, 빨간색으로 표지됨)의 공초점 현미경 이미지(phalloidin, green으로 표지됨). 공초점 현미경을 위해, 세포 핵을 DAPI (파란색)로 표지하였다. 화살표는 리슈마니아-대식세포 결합을 묘사한다. (B) 대식세포에 결합하는 리슈마니아의 비율. 그룹당 총 30개의 세포를 분석하였다. 데이터는 quintuplicate에서 수행된 하나의 실험의 각 복제를 나타낸다(짝을 이루지 않은 t 검정, p > 0.05). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2. 인간 대식세포에 의한 L. braziliensis-LCL 및 L. braziliensis-DL 식작용의 평가. 인간 단핵구 유래 대식세포를 L. braziliensis-LCL 또는 L. braziliensis-DL과 함께 4°C에서 10분 동안 인큐베이션한 다음, 37°C에서 추가로 1시간 동안 인큐베이션하였다. 이어서, 세포를 형광현미경으로 분석하여 총 400개의 세포를 계수하였다. (A) L. braziliensis-LCL 또는 L. braziliensis-DL에 의해 감염된 인간 대식세포의 공초점 현미경 이미지. 공초점 현미경을 위해, 세포 핵을 DAPI (파란색)로 표지하였다. 화살표는 Leishmania 기생충 핵을 묘사합니다. (B) 리슈마니아 식균작용의 백분율. 원은 삼중으로 수행된 하나의 실험의 각 복제로부터의 데이터를 나타낸다(짝을 이루지 않은 t 검정, p > 0.05). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3. 대식세포에서 L. braziliensis-LCL 또는 L. braziliensis-DL에 의해 유도된 PV에 대한 LC3 모집의 평가. 인간 단핵구 유래 대식세포를 감염시킨 다음, 30분, 4 및 12시간 동안 항-LC3 항체로 염색하였다. (A) 항-LC3로 표지된 L. braziliensi s-LCL 또는 L. braziliensis-DL-감염된 대식세포의 공초점 현미경 이미지를 이어서 알렉사 플루오르 488(녹색)에 접합된 이차 항토끼 IgG 항체를 수득하였다. 공초점 현미경의 경우, 세포 핵을 DAPI (파란색)로 표지하였다; (B) LC3-II로 장식된 L. braziliensis-LCL 또는 L. braziliensis-DL-induced PV의 백분율. 그룹당 총 30개의 세포를 분석하였다. 원은 분석된 각각의 랜덤하게 선택된 필드에 대응한다(짝을 이루지 않은 t 검정, p > 0.05). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4. PLC, Rab5 또는 Rab7을 발현하는 THP-1 세포. 대식세포로 분화한 후, THP-1 세포는 GFP 형광 프로브에 결합된 각각의 관심 유전자와 함께 핵형성을 실시하였다: PLC, Rab5 및 Rab7. 이어서, 이들 세포를 고정시키고, DAPI (파란색)로 핵을 염색하고, 63x/1.4 목표를 사용하여 공초점 현미경으로 관찰하였다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
기금 제공자는 연구 설계, 데이터 수집 또는 분석, 출판 결정 또는 원고 준비에 아무런 역할을하지 못했습니다. 저자들은 잠재적 인 이해 상충으로 해석 될 수있는 상업적 또는 재정적 관계가없는 상태에서 연구가 수행되었다고 선언합니다.
Leishmania 감염에서 식균작용과 관련된 메커니즘은 잘 이해되지 않고 있습니다. 여기에서, 우리는 숙주 세포와의 리슈마니아 상호작용 동안 발생하는 초기 사건을 평가하는 방법을 설명한다.
Gonçalo Moniz Institute, Fiocruz Bahia, Brazil 및 현미경 검사 부서에 도움을 주셔서 감사합니다. 이 연구는 INOVA-FIOCRUZ 번호 79700287000에 의해 지원되었으며, P.S.T.V.는 CNPq (305235/2019-2)의 연구 생산성 보조금을 보유하고 있습니다. 플라스미드는 캘리포니아 토론토 대학교 Mauricio Terebiznik에서 친절하게 제공했습니다. 저자는 Andris K. Walter에게 영어 개정 및 원고 카피 편집 지원에 감사드립니다.
| 2-메르캅토에탄올 | Thermo Fisher Scientific | 21985023 | |
| AlexaFluor 488-conjugated goat anti-rabbit IgG | Thermo Fisher Scientific | Tem varios no site | |
| anti-LC3 anti-LC3 antibodyNovus | Biologicals | NB600-1384 | |
| Bovine serum albumin (BSA) | Thermo Fisher Scientific | X | |
| CellStripper | Corning | 25-056-CI | |
| CellTracker Red (CMTPX) 염료 | Thermo Fisher Scientific | C34552 | |
| Centrí fuga | Thermo Fisher Scientific | ||
| Ciprofloxacin | Isofarma | X | |
| CO2 인큐베이터 | Thermo Fisher Scientific | X | |
| 컨포칼 형광 현미경(Leica SP8) | Leica Leica SP8 | ||
| 소 태아 혈청(FBS) | Gibco | 10270106 | |
| 형광 현미경(Olympus Lx73) | Olympus | 올림푸스 Lx73 | |
| 겐타마이신 | Gibco | 15750045 | |
| 글루타민 | Thermo Fisher Scientific | 35050-061 | |
| HEPES(N-2-하이드록시에틸 피페라진-N'-2-에탄-설폰산) | Gibco | x | |
| Histopaque | Sigma | 10771 | |
| M-CSF | Peprotech | 300-25 | |
| NH4Cl | 시그마 | A9434 | |
| 일반 염소 혈청 | 시그마 | NS02L | |
| 뉴클레오펙터 2b 장치 | Lonza | AAB-1001 | |
| 뉴클레오펙터 용액 | Lonza | VPA-1007 | |
| 파라포름알데히드 | 시그마 | 158127 | |
| 팔로이딘 | 인바이트로겐 | A12379 | |
| Phorbol 미리 스테이트 아세테이트 (PMA) | Sigma | P1585 | |
| 인산염 완충 용액 (PBS) | Thermo Fisher Scientific | 10010023 | |
| ProLong Gold Antifade kit | Life Technologies | P36931 | |
| Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 medium | Gibco | 11875-093 | |
| Saponin | Thermo Fisher Scientific | X | |
| 슈나이더의 곤충 매체 | 시그마 | S0146 | |
| 중탄산나트륨 | 시그마 | S5761 | |
| 피루브산 나트륨 | 시그마 | S8636 | |
| 트리톤 X-100 | 시그마 | X |