Tutaj opisujemy metodę izolacji bakteryjnego RNA z bakterii Listeria monocytogenes rosnących wewnątrz mysich makrofagów. Technika ta może być stosowana z innymi patogenami wewnątrzkomórkowymi i komórkami gospodarza ssaków.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj opisujemy metodę izolacji bakteryjnego RNA z bakterii Listeria monocytogenes rosnących wewnątrz mysich makrofagów. Technika ta może być stosowana z innymi patogenami wewnątrzkomórkowymi i komórkami gospodarza ssaków.
Analiza transkryptomu patogenów bakteryjnych podczas infekcji ssaków jest cennym narzędziem do badania genów i czynników pośredniczących w infekcji. Jednak wyizolowanie bakteryjnego RNA z zakażonych komórek lub tkanek jest trudnym zadaniem, ponieważ RNA ssaków dominuje głównie w lizatach zakażonych komórek. W tym artykule opisano zoptymalizowaną metodę izolacji RNA bakterii Listeria monocytogenes rosnących w komórkach makrofagów pochodzących ze szpiku kostnego. Po zakażeniu komórki są łagodnie lizowane i szybko filtrowane, aby usunąć większość białek gospodarza i RNA, zachowując nienaruszone bakterie. Następnie bakteryjne RNA izoluje się za pomocą ekstrakcji gorącym fenolem-SDS, a następnie poddaje się działaniu DNazy. Wyekstrahowane RNA nadaje się do analizy transkrypcji genów za pomocą wielu technik. Metoda ta jest z powodzeniem stosowana w naszych badaniach regulacji genu Listeria monocytogenes podczas infekcji komórek makrofagów 1-4. Protokół można łatwo zmodyfikować w celu zbadania innych patogenów bakteryjnych i typów komórek.
Wewnątrzkomórkowe patogeny bakteryjne ─ bakterie wywołujące choroby zakaźne i zdolne do wzrostu i rozmnażania się w komórkach ludzkich gospodarzy ─ są poważnym problemem zdrowotnym na całym świecie5. Aby indukować i replikować się w komórce ssaków, patogeny wewnątrzkomórkowe nabyły wyrafinowane mechanizmy i czynniki wirulencji. Chociaż mechanizmy te mają fundamentalne znaczenie dla zdolności do wywoływania choroby, niewiele wiemy o ich regulacji i dynamice. Ponieważ profile ekspresji genów bakterii hodowanych w płynnych pożywkach nie odzwierciedlają rzeczywistego środowiska w komórkach gospodarza, rośnie zapotrzebowanie na analizy transkryptomu bakterii hodowanych w ich niszach wewnątrzkomórkowych. Takie analizy umożliwią rozszyfrowanie specyficznych adaptacji bakteryjnych wywołanych przez gospodarza i pomogą zidentyfikować nowe cele dla projektu terapeutycznego. Analiza transkryptomu bakterii hodowanych wewnątrzkomórkowo jest bardzo trudna, ponieważ RNA ssaków przewyższa liczebnie RNA bakteryjne co najmniej dziesięciokrotnie. W tym manuskrypcie opisujemy eksperymentalną metodę izolowania bakteryjnego RNA z bakterii Listeria monocytogenes rosnących w mysich komórkach makrofagów. Wyekstrahowane RNA może być wykorzystane do badania adaptacji wewnątrzkomórkowych i mechanizmów wirulencji bakterii chorobotwórczych za pomocą różnych technik analizy transkrypcji, takich jak RT-PCR, RNA-Seq, mikromacierz i inne technologie oparte na hybrydyzacji.
L. monocytogenes jest czynnikiem wywołującym listeriozę u ludzi, chorobę o objawach klinicznych skierowaną głównie do osób z obniżoną odpornością, osób starszych i kobiet w ciąży6. Jest to Gram-dodatni fakultatywny patogen wewnątrzkomórkowy, który atakuje szeroką gamę komórek ssaków, które są używane od dziesięcioleci jako model w badaniach interakcji gospodarz-patogen7. Po inwazji początkowo znajduje się w wakuoli lub fagosomie (w przypadku komórek fagocytarnych), z którego musi uciec do cytozolu komórki gospodarza w celu replikacji. Wykazano, że kilka czynników wirulencji pośredniczy w procesie ucieczki, przede wszystkim hemolizyna tworząca pory, Listeriolysin O (LLO) i dwie dodatkowe fosfolipazy8. W cytozolu bakterie wykorzystują maszynerię polimeryzacji aktyny gospodarza do napędzania się na włóknach aktynowych w komórce i rozprzestrzeniania się z komórki na komórkę (ryc. 1). Wszystkie główne czynniki wirulencji L. monocytogenes biorące udział w inwazji, przeżyciu wewnątrzkomórkowym i replikacji są aktywowane przez główny regulator transkrypcji wirulencji, PrfA. Księga 8-10.
W ostatnim dziesięcioleciu, kilka badań przeprowadzonych przez nas i innych z powodzeniem zastosowało metody analizy transkryptomu wewnątrzkomórkowych bakterii hodowanych wewnątrz komórek gospodarza2,11-15. Do oddzielenia bakteryjnego RNA od RNA gospodarza stosuje się dwa główne podejścia, które opierają się na: 1) selektywnym wzbogacaniu bakteryjnego RNA i 2) izolacji RNA przez różnicową lizę komórek. Pierwsze podejście opiera się na subtraktywnej hybrydyzacji całkowitych ekstraktów RNA z cząsteczkami RNA ssaków (na przykład przy użyciu dostępnych na rynku zestawów) lub selektywnym wychwytywaniu transkrybowanych sekwencji bakteryjnych (SCOTS)11. Drugie podejście opiera się na różnicowej lizie bakterii i komórek gospodarza, w której komórki gospodarza są poddawane lizie, podczas gdy komórki bakteryjne pozostają nienaruszone. Komórki bakteryjne są następnie oddzielane od lizatu komórek gospodarza, zwykle przez wirowanie, a RNA jest ekstrahowane przy użyciu standardowych technik. Głównym problemem związanym z tym podejściem jest to, że wraz z nienaruszonymi bakteriami izolowane są również jądra komórek gospodarza, a zatem preparaty RNA nadal zawierają RNA ssaków. Jednym ze sposobów przezwyciężenia tego problemu jest oddzielenie nienaruszonych bakterii od jąder komórek gospodarza za pomocą wirowania różnicowego, chociaż procedura ta zwykle wymaga czasu, co budzi obawy o zmiany w profilu ekspresji genów podczas ekstrakcji. W artykule przedstawiono ulepszony i szybki protokół ekstrakcji RNA bakterii, który opiera się na podejściu opartym na podejściu do lizy różnicowej komórek. Najpierw komórki makrofagów zakażone L. monocytogenes są poddawane lizie zimnej wody. Następnie jądra makrofagów są usuwane przez krótkie wirowanie, a nienaruszone bakterie są szybko zbierane na filtrach, z których izoluje się RNA za pomocą ekstrakcji gorącym fenolem-SDS bakteryjnych kwasów nukleinowych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Uwaga: Podczas całego eksperymentu komórki makrofagów są inkubowane w temperaturze 37 °C w inkubatorze z wymuszonym obiegiem o stężeniu 5% CO2 i wyjmowane z inkubatora wyłącznie w celu przeprowadzenia manipulacji eksperymentalnych, które są przeprowadzane w komorze bezpieczeństwa biologicznego klasy II. Praca z bakteriami L. monocytogenes jest zgodna z przepisami dotyczącymi poziomu bezpieczeństwa biologicznego 2.
1. Przygotowanie komórek i infekcja bakteryjna (Dzień 1 i 2)
2. Ekstrakcja kwasów nukleinowych (Dzień 3)
Uwaga: Wszystkie manipulacje z roztworami fenolu i chloroformu należy wykonywać w dygestorium.
3. Leczenie DNazy
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Układ modelowy przedstawiono na Rysunku 1; obejmuje on makrofagi zainfekowane bakteriami L. monocytogenes, które replikują się w cytozolu makrofaga. Rysunek 2 przedstawia schemat doświadczenia. Rysunek 3 prezentuje typowe wyniki analizy RT-qPCR genów wirulencji podczas wzrostu WT L. monocytogenes w makrofagach w porównaniu do wzrostu w bogatym podłożu laboratoryjnym BHI. Wyniki pokazują poziomy transkrypcji dwóch głównyc...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisany tutaj protokół stanowi zoptymalizowaną metodę izolacji bakteryjnego RNA z bakterii L. monocytogenes rosnących wewnątrzkomórkowo w komórkach makrofagów. Protokół ten opiera się na lizie różnicowej komórek i obejmuje dwa główne etapy wzbogacania bakteryjnego RNA: sedymentację jąder makrofagów za pomocą wirowania i szybkie zbieranie bakterii przez filtrację. Po tych krokach następuje standardowa procedura ekstrakcji RNA. Chociaż protokół ten opisuje oczyszczanie listerialnego RNA, można go łatwo zmodyfikowa...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Badania w laboratorium Herskovits są wspierane przez 335400 grantów ERC i R01A/109048 NIH.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Listeria monocytogenes 10403S | 20 | ||
| Makrofagi pochodzące ze szpiku kostnego przygotowane z samic myszy | 21 | ||
| H2O, bez RNAzy | stosować wodę uzdatnioną DEPC | Thermo Scientific | 10977-015 |
| DMEM | Gibco | 41965039 | |
| Glutamina | Gibco | 25030081 | |
| Pirogronian sodu | Gibco | 11360-088 | |
| β-Merkaptoetanol | Gibco | 31350010 | |
| Pen/Strep | Gibco | 15140-122 | |
| Gentamycyna | Sigma-Aldrich | G1397 | |
| FBS | Gibco | 10270106 | |
| Dulbecco' s Sól fizjologiczna buforowana fosforanami-PBS | Sigma-Aldrich | D8537 | |
| Napar z mózgu (BHI) | Merckmillipore | 1104930500 | |
| Fenol nasycony pH 4,3 | Fisher | BP1751I-400 | |
| Chloroform | Fisher | BP1145-1 | |
| Alkohol izoamylowy | Sigma-Aldrich | W205702 | |
| Octan sodu | Sigma-Aldrich | ||
| EDTA | Sigma-Aldrich | EDS | |
| DNaseI | Fermentas | EN0521 | |
| SDS 10% | Sigma-Aldrich | L4522 | |
| Absolut etanolu | Merck Millipore | 1070174000 | |
| 37 ° C, 5% CO2 inkubator z wymuszonym obiegiem powietrza | Thermo Scientific | Model 3111 | |
| Skrobaki komórkowe Uchwyt | na szkło Nunc | 179693 | |
| Kontes do filtrów 45 mm | Filtry Fisher | K953755-0045 | |
| MF-Millipore 45 mm, 0,45 &mikro; m | System Merck Millipore | HAWP04700 | |
| SpeedVac | Thermo Scientific SPD131DDA | ||
| Vortex-Genie 2 | Scientific Industries | Model G560E | |
| NanoDrop | Thermo Scientific | ||
| 145 mm naczynia do hodowli komórkowych | Greiner | 639 160 | |
| 1,7 ml, wolne od RNaz | Axygen | MCT-175-C | |
| 30 &stopni; Inkubator C | Thermo Scientific | ||
| 65 ° Blok grzejny C | Thermo Scientific | ||
| 4 ° Wirówka stołowa C | Eppendorf | 5417R | |
| Sterylne pipety, 25 ml | Greiner | ||
| Falcon, 50 ml | Greiner | ||
| Ciekły azot |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.