Tutaj opisujemy technikę opartą na mikroskopie, aby wizualizować i kwantyfikować wczesne kaskady zdarzeń podczas fagocytozy patogenów, takich jak grzyby Candida albicans i cząstki większe niż 0,5 μm, w tym kulki pokryte zymozanem i IgG.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Tutaj opisujemy technikę opartą na mikroskopie, aby wizualizować i kwantyfikować wczesne kaskady zdarzeń podczas fagocytozy patogenów, takich jak grzyby Candida albicans i cząstki większe niż 0,5 μm, w tym kulki pokryte zymozanem i IgG.
Ciało ssaka jest wyposażone w różne warstwy mechanizmów, które pomagają bronić się przed inwazją patogenów. Profesjonalne fagocyty układu odpornościowego - takie jak neutrofile, komórki dendrytyczne i makrofagi - zachowują wrodzoną zdolność do wykrywania i usuwania takich atakujących patogenów poprzez fagocytozę1. Fagocytoza obejmuje choreograficzne zdarzenia reorganizacji błony i przebudowy aktyny na powierzchni komórki2,3. Fagocyty skutecznie internalizują i eliminują obce cząsteczki tylko wtedy, gdy spełnione są wszystkie etapy fagocytozy. Etapy te obejmują rozpoznawanie i wiązanie patogenu przez receptory rozpoznawania wzorców (PRR) znajdujące się na powierzchni komórki, tworzenie miseczki fagocytarnej przez błoniaste wypukłości wzbogacone w aktynę (pseudopody) otaczające cząstki oraz rozszczepienie fagosomu, a następnie dojrzewanie fagolizosomu, które powoduje zabicie patogenu3,4.
Obrazowanie i kwantyfikacja różnych etapów fagocytozy jest kluczowe dla wyjaśnienia molekularnych mechanizmów tego procesu komórkowego. Niniejszy manuskrypt przedstawia metody badania różnych faz fagocytozy. Opisujemy podejście oparte na mikroskopie do wizualizacji i ilościowego określania wiązania, tworzenia miseczek fagocytarnych i internalizacji cząstek stałych przez fagocyty. Ponieważ fagocytoza występuje, gdy wrodzone receptory na komórkach fagocytarnych napotykają ligandy na cząstce docelowej większej niż 0,5 μm, testy, które tutaj przedstawiamy, obejmują użycie chorobotwórczych grzybów Candida albicans i innych cząstek, takich jak zymosan i kulki pokryte IgG.
Pomimo ciągłego narażenia na patogeny, takie jak bakterie, wirusy i grzyby, nasze ciało jest dobrze wyposażone w mechanizmy odpornościowe, które zapewniają ochronę przed infekcjami. Wrodzony układ odpornościowy jest pierwszą linią obrony przed atakującymi patogenami i opiera się głównie na komórkach fagocytarnych, które rozpoznają i internalizują obce cele.
Fagocytoza to ewolucyjnie zachowany proces komórkowy, który obejmuje pochłanianie niechcianych cząstek większych niż 0,5 μm. Komórki fagocytarne wyrażają szeroki zakres receptorów immunologicznych (znanych również jako receptory rozpoznawania wzorców, PRR) na powierzchni komórki, które umożliwiają im rozpoznawanie wzorców molekularnych związanych z patogenami (PAMP) obecnych na patogenach przed pochłonięciem3. Po wiązaniu patogenu następuje grupowanie receptorów na powierzchni komórki i wyzwala tworzenie miseczki fagocytarnej. Powoduje to przebudowę błony sterowanej aktyną, która wystaje wokół celu, ostatecznie otaczając go i ściskając, tworząc dyskretną wakuolę fagosomalną2,5. Fagosom następnie dojrzewa i zakwasza się przez późniejszą fuzję z późnymi endosomami i lizosomami, która tworzy fagolizosom6.
Chociaż fagocytoza jest opisywana jako zdarzenie zależne od receptora i napędzane aktyną, proces ten opiera się również na przestrzenno-czasowej modyfikacji lipidów tworzących błonę plazmatyczną, takich jak fosfoinozytydy (PI) i sfingolipidy7,8. Podczas gdy polimeryzacja aktyny jest podyktowana miejscową akumulacją fosfoinozytolo-4,5-bifosforanu (PI(4,5)P2) u podstawy miseczki fagocytarnej, depolimeryzacja aktyny zależy od konwersji (PI(4,5)P2 do fosfoinozytolu-3,4,5-bifosforanu (PI(3,4,5)P3)3,9. Obie modyfikacje są niezbędne, ponieważ pierwsza prowadzi do pomyślnego rozciągnięcia pseudopodów wokół celu, a druga umożliwia zatopienie cząstek w cytozolu fagocytu10.
Komórki, które mają zdolność do fagocytozy, to albo profesjonalne fagocyty, takie jak makrofagi/monocyty, granulocyty/neutrofile i komórki dendrytyczne (DC), albo nieprofesjonalne fagocyty, takie jak fibroblasty i komórki nabłonkowe11. Fagocytoza wykonywana przez wszystkie fagocyty odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu i przebudowie tkanek, podczas gdy fagocytoza wykonywana przez profesjonalne fagocyty jest odpowiedzialna za koordynację wrodzonej i nabytej odpowiedzi immunologicznej przeciwko patogenom. Profesjonalne fagocyty nie tylko pochłaniają i zabijają patogen, ale także prezentują antygeny komórkom limfoidalnym adaptacyjnego układu odpornościowego. Przyczynia się to do uwalniania cytokin prozapalnych i angażowania komórek limfoidalnych, co prowadzi do skutecznej blokady infekcji12.
Konwencjonalne techniki biochemiczne odegrały kluczową rolę w zdobyciu wiedzy na temat molekularnego mechanizmu różnych procesów komórkowych podczas fagocytozy, takich jak modyfikacje potranslacyjne i różne związki o wysokim powinowactwie między białkami. Trudno jest jednak uzyskać informacje dotyczące przestrzennej i czasowej dynamiki zdarzeń fagocytarnych przy użyciu konwencjonalnych metod biochemicznych. Obrazowanie żywych komórek nie tylko pozwala nam monitorować zdarzenia komórkowe w sposób wrażliwy na czas, ale także umożliwia nam uzyskanie informacji na poziomie pojedynczej komórki. W tym miejscu opisujemy metodę badania różnych etapów fagocytozy, a także analizy całego procesu czasoprzestrzennie za pomocą mikroskopii konfokalnej.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie linii komórkowych DC2.4 i RAW 264.7
UWAGA: Makrofagopodobna linia komórkowa RAW 264.7 i linia komórek dendrytycznych DC2.4 są pochodzenia mysiego, a do hodowli komórek zastosowano następujące warunki.
2. Przygotowanie fluorescencyjnych cząstek sprzężonych: C. albicans, Zymosan, kulki pokryte IgG
3. Fagocytoza
UWAGA: Fagocytoza to złożony proces, który rozpoczyna się od wiązania cząstek na powierzchni komórek fagocytów poprzez interakcję PRR z ligandami na powierzchni cząstki. Po wiązaniu następuje złożenie aktyny i związanych z nią białek w miejscu kontaktu oraz utworzenie miseczki fagocytarnej. Późniejszy demontaż aktyny zachodzi w fagosomie i powoduje całkowite pochłonięcie cząstek. Poniżej opisujemy różne etapy fagocytozy.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedstawiono metodę mikroskopową do monitorowania różnych etapów fagocytozy. Pokazano poszczególne zdarzenia zachodzące podczas fagocytozy różnych fluorescencyjnych cząsteczek przez komórki DC2.4. Wykorzystując opisane tutaj techniki, zbadaliśmy rolę sfingolipidów we wczesnych etapach fagocytozy. W tym celu użyto komórek dendrytycznych DC2.4 z genetycznym niedoborem Sptlc2, enzymu katalizującego pierwszy i limitujący etap szlaku biosyntezy sfingolipidów. W porównaniu z komórkami typu dzikiego, komórki DC2.4 Sptlc2-...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Profesjonalne fagocyty, takie jak makrofagi i komórki dendrytyczne, pochłaniają i eliminują atakujące patogeny, dzięki czemu fagocytoza jest ważnym elementem systemu obronnego gospodarza. Podczas tego procesu fagocyty przechodzą rozległą reorganizację błony i przegrupowanie cytoszkieletu na powierzchni komórki 8,19,20. Aby lepiej zrozumieć ten dynamiczny proces, niezbędna jest wizualizacja różnych etapów fagocytozy. Tutaj opisal...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
Dziękujemy Wendy Salmon i Nicki Watson z ośrodka Keck w Instytucie Whiteheada MIT za obrazowanie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| β-Merkaptoetanol | AppliChem | A1108 | |
| Albumina surowicy bydlęcej (BSA) | Technologia sygnalizacji komórkowej | 9998 | |
| DAPI (4',6-diamidyn-2-fenyloindol, mleczan) | ThermoFisher | D3571 | |
| Dimetylosulfotlenek (DMSO) | ThermoFisher | BP-231-1 | |
| DMEM (Dulbecco' s Minimalny Orzeł" s medium) | Gibco | 11965 | |
| PBS, 1x (sól fizjologiczna buforowana fosforanami) | Corning cellgro | 21-031-CV | |
| Surowica bydlęca | płodu Sigma Aldrich | 12003C | |
| Koraliki lateksowe powlekane IgG sprzężone z FITC | Cayman | 500290 | |
| L-Glutamina 200 mM (100x) | ThermoFisher | 25030081 | |
| Roztwór paraformaldehydu (4% w PBS) | Affymetrix | 19943 1 LT | |
| Penicylina-streptomycyna (10 000 U/ml) | ThermoFisher | 15-140-122 | |
| Phalloidin-Alexa Fluor 488 | ThermoFisher | A12379 | |
| RAW 264,7 ogniwa | ATCC | TIB-71 | |
| RPMI (Roswell Park Memorial Institute) | Gibco | 61870 | |
| Saponin | Sigma Aldrich | S7900 | |
| Roztwór błękitu trypanowego (0,4% (w/v) w PBS) | Corning cellgro | MT25900CI | |
| Trypsin-EDTA (1x) (0,05%) | ThermoFisher | 25300054 | |
| Tween 20 Surfact-Amps Roztwór detergentu | ThermoFisher | 85114 | |
| Zymosan-Alexa Fluor 594 | ThermoFisher | Z23374 | |
| Komorowy 1.0 borokrzemianowy system nakrywkowy (8 komór) | ThermoFisher | 155361 | |
| Szkiełko szklane 10 z kratkami | Hycor | 87144 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.