$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Protokół immunofluorescencji
Siew, infekcje i barwienie immunologiczne
Następujące procedury wymagają odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa: hodowli tkankowej i mikrobiologicznych urządzeń laboratoryjnych.
DZIEŃ 1
A.Przygotowanie komórek docelowych do infekcji
- Wysiewaj HBMEC przy 50% konfluencji (~1,5x104 komórki/cm2) na szklanych szkiełkach nakrywkowych (średnica 16 mm) umieszczonych na 12-dołkowej płytce (3,8 cm2 obszar wzrostu/dołek).
Pożywka wzrostowa: RPMI 1640 uzupełniona 15% inaktywowanym termicznie (56 °C, 30 min) FBS, 2 mM glutaminy, 1 mM pirogronianu sodu, 100 U/ml penicyliny/streptomycyny, 1% (v/v) roztworu aminokwasów endogennych MEM i 1% roztworu witamin MEM.
- Hodowla przez noc (O/N) w temperaturze 37°C, w inkubatorze o stężeniu 5%CO2
.
B. Kultura bakteryjna
- Uprawiaj interesującą Cię odmianę O/N (16-18 h) na wymaganym podłożu, np. płytkach agarowych Brain Heart Infusion (BHI) uzupełnionych 10% podgrzaną krwią końską w temperaturze 37°C w atmosferze 5% CO2 4.
DZIEŃ 2
A. Przygotowanie zawiesiny bakteryjnej (N. meningitidis)
- Używając pętli hodowlanej o objętości 10 μl, należy sporządzić zawiesinę nocnej kultury bakteryjnej w 2 ml PBSB (PBS z wapniem i magnezem).
- Pozwól, aby duże agregaty bakteryjne osiadły, pozostawiając zawiesinę na 5 minut w temperaturze pokojowej (RT).
- Nie naruszając osadu, przenieść górny 1 ml zawiesiny (inokulum podstawowe) do sterylnej probówki.
- Aby oszacować liczbę bakterii w inokulum podstawowym, dodaj podwielokrotności (20-50 μl) do probówek zawierających 1 ml objętości 1% SDS w 0,1 M NaOH i delikatnie wymieszaj do rozpuszczenia.
- Zmierzyć zawartość kwasu nukleinowego w roztworze, oznaczając absorbancję przy 260 nm (A260). W naszych rękach A260 z 1 odpowiada 5x108 jednostkom tworzącym kolonie/ml (jtk/ml). Można to zweryfikować poprzez przygotowanie serii rozcieńczeń inokulum podstawowego w PBSB, posiew na płytkach agarowych i zliczenie kolonii po inkubacji O/N.
- Rozcieńczyć podwielokrotność podstawowego inokulum w pożywce infekcyjnej [(M199 uzupełnionej 2% zdekomplementowaną (56°C, 30 min) normalną surowicą ludzką (NHS)] w celu uzyskania wymaganej gęstości bakteryjnej do zakażenia komórek docelowych.
- W naszym laboratorium rutynowo stosuje się współczynnik infekcji wynoszący 200-300 bakterii na komórkę docelową.
B. Zakażenie kulturą komórkową
- Umyj szkiełka nakrywkowe z hodowanymi komórkami docelowymi 3 razy pożywką Hanka, aby usunąć wszelkie ślady antybiotyków.
- Infekować komórki świeżo przygotowanymi zawiesinami bakteryjnymi (opisanymi powyżej) przez 3 h do 8 h w temperaturze 37°C, w 5% CO2 .
- Pod koniec okresu infekcji przemyć komórki trzykrotnie PBS i utrwalić w 500 μl 2% paraformaldehydu (PFA) przez 30-45 minut w temperaturze pokojowej lub O/N w temperaturze 4°C.
- Stwierdzono, że wiązanie paraformaldehydu w stężeniu i czasie pokazanym powyżej jest odpowiednie dla zachowania morfologii bakteryjnej i komórkowej.
- Po zmyciu paraformaldehydu należy przepuścić komórki utrwalone w paraformaldehydzie przez inkubację w 0,1% Triton X-100 rozcieńczonym w PBS przez 10 minut.
- Umyć próbki 3 razy za pomocą PBS.
- Przystąp do barwienia immunologicznego lub, alternatywnie, pozostaw próbki w 500 μl 1% BSA/PBST O/N w temperaturze 4°C.
DZIEŃ 3
Barwienie immunologiczne
Barwienie wewnątrzkomórkowych bakterii i α-aktyniny może być wykonywane sekwencyjnie lub jednocześnie przy użyciu odpowiednich pierwszorzędowych i drugorzędowych przeciwciał w następujący sposób; wszystkie procedury można przeprowadzić na płytkach 12-dołkowych.
- Zablokować szkiełka nakrywkowe zawierające przepuszczalne komórki 500 μl 3% BSA/PBST (PBS zawierający 0,05% Triton X-100) na 30-60 minut w temperaturze pokojowej
- Po umyciu PBS przenieść każde szkiełko nakrywkowe do nowego suchego dołka w płytce 12-dołkowej.
- Dodać pierwszorzędowe przeciwciała przeciwko bakteriom i α-aktyninę; osiemdziesiąt do 100 μl przeciwciała na szkiełko nakrywkowe jest wystarczające, jeśli zostanie dodane ostrożnie, aby pokryć powierzchnię szkiełka nakrywkowego. Inkubować przez 1 godzinę w temperaturze pokojowej.
- Jednocześnie zastosowaliśmy króliczą poliklonalną surowicę przeciwko Neisseria meningitidis (hodowaną laboratoryjnie) i mysie przeciwciało monoklonalne (mAb) przeciwko α-aktininie (Abcam). W niektórych eksperymentach zamiast anty α-aktyniny stosowano mAb przeciwko aktynie lub wimentynie (Sigma).
- Pod koniec inkubacji dodać 200 μl PBS do studzienki, podnieść szkiełko nakrywkowe i umieścić w nowym dołku zawierającym 500 μl PBS.
- Po 5 minutach usunąć PBS za pomocą pipetowania, a następnie dodać świeży PBS. Powtórz dwa razy. Przenieś szkiełka nakrywkowe do nowej suchej studzienki.
- Dodać odpowiednie przeciwciała drugorzędowe sprzężone z różnymi fluorochromami rozcieńczonymi w 1% BSA/PBST; inkubować w temperaturze pokojowej przez 1 godzinę w ciemności.
- Do wykrywania bakterii użyliśmy anty-króliczego Ig sprzężonego z TRITC, a do wykrywania α-aktyniny i innych białek cytoszkieletu użyliśmy anty-mysiego Ig skoniugowanego z FITC- (Sigma) lub Alexa Fluor 488- (Invitrogen).
- Pod koniec inkubacji umyć jak w krokach 4 i 5.
- Barwienie przeciw barwieniu 0,6 μg/ml DAPI w PBS (barwienie DNA) przez 5 minut w temperaturze pokojowej w ciemności.
- Spłucz PBS.
- Zamontuj szkiełka nakrywkowe (komórki skierowane w dół) na szkiełkach z kroplą podłoża montażowego (np. Mowiol lub Vectashield)
- Przechowywać w ciemności w temperaturze 4°C.
- Próbki są gotowe do obserwacji pod mikroskopem.
2. Konfokalna laserowa mikroskopia skaningowa (CLSM)
Aby obserwować i rejestrować obrazy wewnątrzkomórkowych bakterii i elementów cytoszkieletu, użyliśmy próbek znakowanych immunologicznie i przechwyciliśmy obrazy za pomocą konfokalnego laserowego mikroskopu skaningowego Leica SP5-AOBS podłączonego do odwróconego mikroskopu epifluorescencyjnego Leica DM I6000. Wszystkie zdjęcia zostały wykonane przy użyciu obiektywu zanurzeniowego z olejkiem 63x NA 1.4 i wykonane z oprogramowaniem Leica.
Procedura CLSM:
- Aby rozpocząć procedurę CLSM, dodaj kroplę olejku immersyjnego do obiektywu i umieść szkiełko z próbką, szkiełkiem nakrywkowym do dołu, na stoliku mikroskopu.
- Ustaw mikroskop w trybie wizualnym i znajdź obszar zainteresowania za pomocą okularów mikroskopu.
- Korzystając z oprogramowania Leica, wybierz tryb akwizycji xyz.
- Wybierz format 512 x 512 (rozmiar klatki). W przypadku badań kolokalizacyjnych im wyższa rozdzielczość, tym dokładniejszy obraz; mając na uwadze limit rozdzielczości mikroskopu. Następnie wybierz dwukierunkowy tryb X, który zwiększy prędkość skanowania i pomoże zmniejszyć fotowybielanie.
- Skonfiguruj ustawienia skanowania sekwencyjnego. Kliknij funkcję "seq" i wybierz jeden z trybów skanowania. Korzystamy z trybu "między wierszami".
- Dobierz wiązki laserowe zgodnie z fluorochromami sprzężonymi z przeciwciałami drugorzędowymi: 405 nm dla DAPI (niebieski), 488 nm dla Alexa Fluor 488 (zielony) i 561 nm dla TRITC (czerwony). Aktywuj fotopowielacz (PMT) odpowiednio 1, 2 i 3. Dostosuj ustawienia PMT, aby wykryć prawidłową długość fali emisji.
- Ustaw górną ("początek") i dolną ("koniec") stosów z lub serii. Następnie ustaw wymagany rozmiar "kroku z".
- Neisseria meningitidis jest diplococcus (ryc. 1G), a ponieważ każdy ziarniak ma przybliżoną średnicę 0,5 μm, rozmiar kroku z wynoszący 0,20 μm został wybrany, aby zwiększyć prawdopodobieństwo skanowania każdego ziarniaka co najmniej dwukrotnie. Mieści się również w rozmiarze kroku dla optymalnej rozdzielczości 0,1 - 0,2 μm.
- Ustaw końcowe parametry skanowania, wybierając uśrednianie linii 3, aby poprawić stosunek sygnału do szumu.
- Klikając "start", podwójnie lub potrójnie wybarwione obrazy są uzyskiwane przez sekwencyjne skanowanie na różnych długościach fal w celu wyeliminowania przesłuchów między różnymi chromoforami.
- Aby wskazać kolokalizację dwóch fluorochromów, wybierz funkcję "nakładanie", aby połączyć wybrane kanały w jeden obraz; na przykład, gdy zarówno fluorochromy Alexa 488 (zielony), jak i TRITC (czerwony) kolokalizują się, na nałożonym obrazie pojawi się kolor żółty.
- Kompiluj stosy lub serie z wykorzystaniem funkcji "maksymalnej projekcji" do budowy obrazu 2D wymaganego do wizualizacji możliwej kolokalizacji. Bardziej szczegółową analizę kolokalizacji można uzyskać poprzez analizę każdego przekroju optycznego.
- Po uzyskaniu stosów z lub serii przetworzyć dane, aby uzyskać obraz ortogonalny do wizualizacji wewnątrzkomórkowej lokalizacji różnych elementów (rysunek 1E).
3. Kwantyfikacja kolokalizacji
Analizy statystyczne obrazów z konfokalnego mikroskopu skaningowego są wykonywane za pomocą oprogramowania Volocity (Improvision, PerkinElmer). To oprogramowanie stanowi narzędzie zaprojektowane specjalnie do analizy kolokalizacji, zgodnie z opisem Mandersa i wsp.(1993)5. Kolokalizację w kontekście cyfrowego obrazowania fluorescencyjnego można opisać jako detekcję sygnału w tym samym miejscu woksela (objętości piksela) w każdym kanale. Dwa kanały składają się z obrazów dwóch różnych fluorochromów pobranych z tego samego obszaru próbki (podręcznik użytkownika Volocity). Analizy statystyczne wykonywane są za pomocą oprogramowania Volocity (Improvision, PerkinElmer) z wykorzystaniem Ilościowej Analizy Kolokalizacyjnej opisanej poniżej.
Ilościowa analiza kolokalizacji
- Utwórz bibliotekę z obrazami CLSM za pomocą oprogramowania Volocity.
- Wybierz "rozszerzona ostrość" z obrazu na górnym pasku. To narzędzie skompiluje stosy z na obrazie 2D do analizy.
- Wybierz narzędzie "Kolokalizacja". Dwa analizowane kanały powinny mieć tę samą głębię kolorów.
- Wybierz obszar, który ma zostać określony ilościowo. Ustaw próg, aby usunąć dowolne tło.
- Utwórz dane wyjściowe kolokalizacji, wybierając opcję "generuj kolokalizację". Statystyki kolokalizacji są generowane dla wybranych wcześniej obszarów zainteresowania.
- Wybierz współczynniki Mandersa R (współczynnik nakładania się) i My (współczynnik kolokalizacji).
- Współczynniki Mandersa nie są wrażliwe na intensywność barwienia, ponieważ są znormalizowane w stosunku do całkowitej intensywności pikseli, dlatego można je zastosować, gdy barwienie jednego antygenu jest silniejsze niż drugiego.
- Współczynnik nakładania się R według Mandersa5,6 reprezentuje rzeczywisty stopień kolokalizacji, tj. liczbę pikseli, które kolokalizują się w porównaniu z całkowitą liczbą pikseli.
- Z drugiej strony, współczynnik kolokalizacji, My, opisuje udział fluorescencji ugrupowania liczniejszego (w tym przypadku α-aktyniny, koloru zielonego) do ugrupowania mniej obfitego (w tym przypadku bakterii, kolor czerwony), tj. liczby czerwonych pikseli, które nakładają się na zielone piksele, w porównaniu z całkowitą liczbą czerwonych pikseli.
- Współczynniki Mandersa mieszczą się w zakresie od 1 do 0, gdzie 1 oznacza wysoką kolokalizację, a 0 brak, ale można je wyrazić w procentach dla łatwiejszej interpretacji.
- Eksport wartości statystyk do dokumentu Excel w celu prezentacji danych.
4. Reprezentatywne wyniki
Wewnątrzkomórkowa lokalizacja Neisseria meningitidis z ekspresją Opc i α-aktyniny
Konfokalne obrazowanie komórek śródbłonka mikronaczyniowego ludzkiego mózgu zakażonych Nm przez 3 i 8 godzin, jak opisano powyżej, wykazało kolokalizację α-aktyniny i Nm, które wydawały się być rzadsze w 3-godzinnych eksperymentach infekcji (nie pokazane) w porównaniu z kulturami zakażonymi przez 8 godzin (Rysunek 1 A-F). Wyraźną kolokalizację α-aktyniny z meningokokami wykazującymi ekspresję Opc obserwowano za każdym razem w >5 powtórzonych eksperymentach. Przeprowadzono analizę statystyczną kolokalizacji przy użyciu kilku obrazów konfokalnych w sposób opisany powyżej. Ogólnie rzecz biorąc, w HBMEC zakażonym meningokokami z ekspresją Opc uzyskano >25% nakładanie się pikseli zielonych (α-aktynina) i czerwonych (Nm) (Figura 2B, współczynnik nakładania się R). W przeciwieństwie do α-aktyniny, eksperymentów, w których przeprowadzano znakowanie zinternalizowanych bakterii i aktyny lub wimentyny, sporadycznie obserwowano kolokalizację z aktyną, ale z wimentyną było rzadkie (ryc. 2B).
Dane były również analizowane przy użyciu współczynnika My, który uwzględnia względną obfitość każdej cząstki. My jest miarą częstości występowania bardziej obfitego sygnału (w tym przypadku zielonego, α-aktyniny) za każdym razem, gdy występuje mniej obfity sygnał (w tym przypadku czerwony, bakterie). Pomiar ten pokazuje uderzający poziom występowania α-aktininy w pobliżu zinternalizowanych meningokoków (ryc. 2A i C).

Rysunek 1. Konfokalna laserowa mikroskopia skaningowa do oceny interakcji wewnątrzkomórkowych N. meningitidis z α-aktyniną. A-H. Zlewające się monowarstwy śródbłonka wyhodowane na szkiełkach nakrywkowych zostały zakażone N. meningitidis wykazującymi ekspresję OPC (A-F). Po 8 godzinach nieprzylegające bakterie zostały zmyte, komórki utrwalono za pomocą paraformaldehydu i przesiąknięto 0,1% Tritonem X-100. Następnie bakterie i α-aktynina zostały zabarwione zgodnie z powyższym opisem (α-aktynina, kolor zielony; bakterie, kolor czerwony).
A-C. Jedno pole pokazuje obrazy x-y lokalizacji Nm (A) lub α-aktyniny (B). Obraz nakładki w (C) wskazuje kilka obszarów, w których pojawia się żółto-pomarańczowy kolor sugerujący kolokalizację. Strzałki w (A) i (B) pokazują obszary, w których wydaje się, że wokół bakterii wystąpił wysoki stopień akumulacji α-aktyniny.
D. Optyczne rozwarstwienie zakażonej monowarstwy HBMEC wskazujące na kolokalizację wokół wewnątrzkomórkowych bakterii znajdujących się u podstawy komórki.
Ponownie, ta kolokalizacja nie jest spowodowana przypadkowym sąsiedztwem α-aktininy, ponieważ ogólne zabarwienie α-aktyniny w tym regionie jest niskie.
E i F. Trójwymiarowe obrazy zainfekowanych monowarstw HBMEC przetworzone jak wyżej. Ukośny widok powierzchni wierzchołkowej (E) pokazuje przylegające bakterie zabarwione na czerwono (czerwona strzałka), podczas gdy kilka bakterii znajdujących się w kierunku podstawowych powierzchni komórek śródbłonka (żółta strzałka) ma wyraźnie pomarańczowy / żółty kolor. Położenie podstawowe można wyraźniej zobaczyć w (F), który jest przekrojem końcowym X-Z.
G. Ujemnie zabarwiony obraz z mikroskopu elektronowego N. meningitidis pokazujący jego dominujący diplococcal z. Każdy ziarniak ma średnicę około 0,5 μm.

Rysunek 2. Lokalizacja i dystrybucja α-aktyniny, aktyny i wimentyny w komórkach HBMEC.
A. Zainfekowane monowarstwy HBMEC były traktowane zgodnie z opisem w legendzie powyżej, ale oprócz α-aktyniny, niektóre szkiełka nakrywkowe były używane do wykrywania aktyny lub wimentyny za pomocą procedury podobnej do tej dla α-aktyniny. Jak wyżej, α-aktynina koncentrowała się wokół kilku zinternalizowanych bakterii (białe strzałki). Wimentyna i aktyna nie kolokowały się z bakteriami w znacznych ilościach. Pręt reprezentuje 20 μm.
B. & C. Wartości współczynników R i My uzyskano z więcej niż trzech eksperymentów przy użyciu oprogramowania Volocity, jak opisano powyżej.