$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Protokół systemu infekcji oparty na wkładce membrany przepuszczalnej, opracowany do badania wydzielanych czynników bakteryjnych, jest szczegółowo opisany na rysunku 1. System ten opiera się na oddzieleniu bakterii i komórek gospodarza przez porowatą błonę w celu oceny wpływu wydzielanych czynników bakteryjnych, w tym przypadku streptolizyny S (SLS), na odpowiedzi gospodarza, takie jak integralność błony gospodarza, żywotność komórkowa, transdukcja sygnału komórkowego i wydzielane czynniki komórek gospodarza. Rycina 2 przedstawia reprezentatywne dane Western Blot pokazujące, że system ten może być wykorzystany do oceny zmian w aktywacji niezależnych od kontaktu białek sygnalizacyjnych gospodarza. W szczególności reprezentatywne dane wskazują na znacznie zwiększoną aktywację p38 MAPK w obecności szczepów GAS wytwarzających SLS. System ten może być również stosowany do wizualizacji wpływu wydzielanych czynników bakteryjnych na lokalizację białka gospodarza za pomocą mikroskopii immunofluorescencyjnej (ryc. 3). Dane wskazują na zależną od SLS aktywację kluczowego mediatora stanu zapalnego, czynnika jądrowego kappa B (NFκB), który przemieszcza się z cytoplazmy do jądra po aktywacji21. Wyniki na rycinach 2 i 3 wskazują, że obie zależne od SLS odpowiedzi sygnalizacji zapalnej nie wymagają bezpośredniego kontaktu między bakteriami a komórkami gospodarza. Ponieważ poprzednie eksperymenty wykazały już zależną od SLS aktywację p38 i NFκB w modelach infekcji bezpośredniej21, podobne poziomy aktywacji p38 lub NFκB wśród trzech szczepów GAS w systemie opartym na wkładce membranowej przepuszczalnej wskazywałyby, że odpowiedź wymagała bezpośredniego kontaktu między bakteriami a komórkami gospodarza. Rysunek 4 pokazuje, że ten system infekcji może być stosowany do oceny zależnych od toksyn zmian cytotoksyczności gospodarza za pomocą testów homodimeru etydyny i uwalniania LDH. Świadczy o tym znaczny wzrost zarówno przepuszczalności błony, jak i uwalniania LDH z komórek gospodarza narażonych na szczepy GAS zawierające SLS w porównaniu z komórkami niezakażonymi lub komórkami narażonymi na szczep z niedoborem SLS. Te zmiany cytotoksyczności nie są natychmiastowe, ponieważ znaczące efekty są widoczne dopiero po 12 godzinach od zakażenia w przypadku przepuszczalności błony i 16 godzin w przypadku uwalniania LDH. Reprezentatywne dane ilustrują znaczenie wyboru odpowiednich punktów czasowych i warunków infekcji dla oceny tych odpowiedzi gospodarza. Oprócz umożliwienia oceny zmian sygnalizacyjnych gospodarza i cytotoksyczności, system infekcji oparty na przepuszczalnej wkładce błonowej ma zastosowanie do badania zmian metabolicznych, takich jak dokładne określenie poziomów ATP gospodarza poprzez zapobieganie zanieczyszczeniu bakteryjnemu lizatów komórek gospodarza (ryc. 5). Dane te wskazują na znaczną utratę ATP keratynocytów w odpowiedzi na zakażenie GAS w ciągu 16 godzin po zakażeniu, ze zwiększoną utratą ATP w obecności SLS. Wyniki te są zgodne z obserwowanym zależnym od toksyn wzrostem sygnalizacji odpowiedzi na stres gospodarza i cytotoksyczności.

Rycina 1: Schemat protokołu systemu infekcji opartego na wkładce membrany przepuszczalnej w celu oceny wpływu wydzielanych czynników bakteryjnych na komórki gospodarza. Ludzkie keratynocyty są platerowane w dolnej komorze i hodowane do 90% zbieżności. Membrana pokryta kolagenem z porami 0,4 μm oddziela górną i dolną komorę, a bakterie są dodawane do górnej komory systemu wkładów membranowych przepuszczalnych na żądany okres infekcji. Supernatanty z hodowli komórkowych i komórki gospodarza mogą być pobierane po okresie infekcji i wykorzystywane do różnych analiz. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: System infekcji oparty na wkładce membrany przepuszczalnej może być wykorzystany do analizy lizatu komórek gospodarza za pomocą SDS-PAGE i Western Blotting. Reprezentatywne dane pokazują, że SLS zwiększa aktywację szlaku p38 MAPK w zakażonych keratynocytach. (A) HaCaT były zakażone GAS przez 7 godzin za pośrednictwem przepuszczalnego systemu infekcji wkładki membranowej (przy MOI = 10), a lizaty oceniano pod kątem aktywacji p38. (B) Przeprowadzono densytometrię trzech niezależnych Western Blot w celu ilościowego określenia względnej aktywacji p38 w odpowiedzi na zakażenie GAS. Pokazane są średnie z trzech kontrprób biologicznych, ze słupkami błędu reprezentującymi odchylenie standardowe. Względna aktywacja p38 jest reprezentowana jako fosforylowany/całkowity poziom białka. Określono istotność statystyczną w porównaniu z komórkami niezakażonymi. Całkowita wartość p została określona za pomocą ANOVA (p = 0,0063). Testy Dunnetta zostały przeprowadzone post hoc w celu porównania każdego stanu z odpowiadającą mu średnią kontrolną niezakażoną. *, p = 0,01-0,05; **, p = 0,001-0,01; , p = 0,0001-0,001; , p <0,0001. Rysunek ten został zmodyfikowany na podstawie Flaherty et al. 2015 21. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Ilustracja 3: system infekcji oparty na wkładce membrany przepuszczalnej umożliwia wizualizację zmian sygnalizacji gospodarza za pomocą mikroskopii immunofluorescencyjnej. Reprezentatywne dane pokazują, że Streptolizyna S wzmacnia sygnalizację prozapalną poprzez aktywację NFκB. Ludzkie keratynocyty HaCaT zostały zakażone GAS przy MOI 10 przez 8 godzin przy użyciu systemu infekcji opartego na przepuszczalnej wkładce membranowej. (A i B) Lokalizację jądrową NFκB oceniano za pomocą obrazowania immunofluorescencyjnego. Procent komórek zlokalizowanych w jądrze obliczono, licząc liczbę komórek, w których NFκB przemieścił się z cytoplazmy do jądra dla danego pola i dzieląc tę liczbę przez całkowitą liczbę komórek dla tego samego pola. Podziałka skali wskazuje 100 μm. (A) Średnia z trzech kontrprób biologicznych jest przedstawiona dla każdego warunku, przy czym słupki błędu reprezentują odchylenie standardowe. Ogólna wartość p została określona przez ANOVA; p <0,0001. Testy Dunnetta zostały przeprowadzone w celu porównania każdego stanu z odpowiadającym mu niezakażonym stanem kontrolnym. *, p = 0,01-0,05; **, p = 0,001-0,01; , p = 0,0001-0,001; , p <0,0001. Rysunek ten został zmodyfikowany na podstawie Flaherty et al. 2015 21. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Ryc. 4: System infekcji oparty na wkładce membrany przepuszczalnej pozwala na określenie przepuszczalności błony i cytotoksyczności za pośrednictwem bakterii przy braku bezpośredniego kontaktu między bakteriami a komórkami gospodarza. Reprezentatywne dane wskazują, że żywotność keratynocytów zmniejsza się w obecności aktywnej toksyny SLS. Śmierć komórkową indukowaną przez GAZ oceniano w komórkach HaCaT w obecności WT, niedoboru SLS lub GAS uzupełnionego sagA. Keratynocyty wystawiono na działanie GAS przy użyciu systemu infekcji opartego na przepuszczalnej wkładce membranowej przez 8-16 godzin przy MOI 10. (A) Żywotność oceniano za pomocą testu homodimeru etydyny lub (B) testu uwalniania LDH. W obu panelach 3 powtórzenia są uśredniane, a słupki błędów reprezentują odchylenie standardowe. Istotność dla każdego punktu czasowego określono za pomocą ANOVA (A) 8 hr, p = 0,0241; 12 godz., p <0,0001 (B) 8 godz., p = 0,0287; 12 godz., p = 0,1977; 16 godzin, p = 0,0031. Testy Dunnetta zostały przeprowadzone w celu porównania średnich z każdego stanu z infekcją typu dzikiego w odpowiednim punkcie czasowym. *, p = 0,01-0,05; **, p = 0,001-0,01; , p = 0,0001-0,001; , p <0,0001. Rysunek ten został zmodyfikowany na podstawie Flaherty et al. 2015 21. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 5: System infekcji oparty na wkładce membrany przepuszczalnej pozwala na dokładne określenie poziomów ATP gospodarza poprzez zapobieganie zanieczyszczeniu bakteryjnemu lizatów komórek gospodarza. Reprezentatywne dane wskazują na zależną od SLS utratę ATP podczas zakażenia paciorkowcem grupy A. Komórki HaCaT były zakażone GAS przez 8-16 godzin przy użyciu systemu infekcji opartego na przepuszczalnej wkładce membranowej. Kontrpróby techniczne (n = 3) z jednej reprezentatywnej kontrpróby biologicznej (2 x 106 komórek na próbkę) uśredniono dla każdego warunku, przy czym słupki błędu reprezentowały odchylenie standardowe. Ogólne wartości p określono za pomocą ANOVA (12 godz., p <0,0001; 16 godz., p <0,0001). Testy Dunnetta zostały przeprowadzone w celu porównania każdego stanu z infekcją typu dzikiego w odpowiednim punkcie czasowym. *, p = 0,01-0,05; **, p = 0,001-0,01; , p = 0,0001-0,001; , p <0,0001. Rysunek ten został zmodyfikowany na podstawie Flaherty et al. 2015 21. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.