W tej pracy opisujemy protokoły do badania roli pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (EV) uwalnianych przez erytrocyty zakażone Plasmodium falciparum. W szczególności skupiamy się na interakcjach EV z komórkami śródbłonka.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
W tej pracy opisujemy protokoły do badania roli pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (EV) uwalnianych przez erytrocyty zakażone Plasmodium falciparum. W szczególności skupiamy się na interakcjach EV z komórkami śródbłonka.
Malaria jest zagrażającą życiu chorobą wywoływaną przez pasożyty Plasmodium, przy czym P. falciparum jest najbardziej rozpowszechnionym na kontynencie afrykańskim i odpowiedzialnym za większość zgonów związanych z malarią na świecie. Kilka czynników, w tym sekwestracja pasożytów w tkankach, dysfunkcja naczyń krwionośnych i reakcje zapalne, wpływa na ewolucję choroby u osób zakażonych malarią. Krwinki czerwone zakażone P. falciparum (iRBC) uwalniają małe pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (EV) zawierające różne rodzaje cząsteczek ładunku, które pośredniczą w patogenezie i komunikacji komórkowej między pasożytami a gospodarzem. EV są efektywnie wychwytywane przez komórki, w których modulują swoją funkcję. W tym miejscu omawiamy strategie dotyczące roli EV w interakcjach pasożyt-gospodarz. Po pierwsze, opisujemy prostą metodę znakowania i śledzenia internalizacji EV przez komórki śródbłonka przy użyciu barwnika łącznikowego z zielonymi komórkami. Po drugie, przedstawiamy prosty sposób pomiaru przepuszczalności przez monowarstwę komórek śródbłonka przy użyciu znakowanego fluorescencyjnie dekstranu. Na koniec pokazujemy, jak badać rolę małych niekodujących cząsteczek RNA w funkcjonowaniu komórek śródbłonka.
Według Światowej Organizacji Zdrowia, w 2015 roku na całym świecie odnotowano 212 milionów nowych przypadków malarii i zmarło około 429 000 osób, głównie dzieci poniżej piątego roku życia1. Mechanizmy prowadzące do ciężkiej choroby, która często wiąże się z dysfunkcją naczyń krwionośnych, pozostają niezdefiniowane2. Plasmodium-iRBC wydzielają małe dwulipidowe kulki błonowe znane jako pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (EV). Wiadomo, że te EV są potencjalnie istotne dla procesu infekcji i odpowiedzi immunologicznej gospodarza na zakażenie; Niewiele jednak wiadomo na temat dokładnej funkcji tych małych pęcherzyków podczas infekcji malarią3. Możliwe, że odgrywają one dwie ważne role: z jednej strony mogą przyczyniać się do patogenezy poprzez aktywację makrofagów4,5; Z drugiej strony, mogą pośredniczyć w komunikacji komórkowej między pasożytami oraz między pasożytami a host6,7. W rzeczywistości pasożyty mogą przenosić białka lub kwasy nukleinowe między sobą za pośrednictwem EV. Na przykład Trypanosoma brucei rhodesiense EVs mogą przenosić czynnik wirulencji związany z opornością w surowicy () i mogą celować zarówno w inne T. brucei, jak i erytrocyty gospodarza8. Co więcej, P. falciparum-iRBC komunikują się między sobą poprzez przenoszenie kwasów nukleinowych w EV. Dzięki temu pasożyty mogą zoptymalizować i zsynchronizować swój wzrost. W rzeczywistości EV mogą być głównym regulatorem konwersji gametocytów, a tym samym przyczyniać się do regulacji etapu transmisji7.
EV nie tylko regulują pasożyty, ale także pośredniczą w interakcjach pasożyt-gospodarz. Niedawno odkryliśmy, że EV z iRBC zawierają mikroRNA pochodzące od gospodarza (miRNA; małe gatunki RNA w zakresie 21-25 nukleotydów9), które zostały wchłonięte przez ludzkie komórki śródbłonka. MiRNA w EV tworzą stabilny kompleks z Ago2 (członkiem kompleksu wyciszającego indukowanego przez RNA), który po dostarczeniu do komórek biorcy jest zdolny do specyficznego wyciszania ekspresji genów i wpływania na właściwości barierowe komórek10. W celu zbadania funkcji pojazdów elektrycznych opracowano standardowe protokoły. W tym miejscu najpierw opiszemy protokół, który umożliwia fluorescencyjne znakowanie EV w celu zbadania ich wychwytu przez komórki biorcze. Ponadto, dzięki zastosowaniu mikroskopu konfokalnego, możliwe jest śledzenie losów pojazdu elektrycznego wewnątrz ogniwa. Do śledzenia pojazdów elektrycznych można użyć kilku barwników fluorescencyjnych. Barwnik reagujący z aminą, 5-(i-6)-karboksyfluoresceina dioctan sukcynimidylu ester (CFSE) i kalceina-AM stają się fluorescencyjne po wejściu do pęcherzyków. Wolimy używać etykiety amfifilowej PKH, ponieważ daje ona jaśniejszy i bardziej jednolity sygnał. Takie podejście dostarcza ważnych informacji pozwalających zrozumieć interakcje między pojazdami elektrycznymi a komórkami biorczymi. Podczas gdy w niektórych przypadkach EV wiążą się z powierzchnią komórek, niektóre pęcherzyki są szybko wchłaniane. Po upowszechnieniu pojazdy elektryczne dostarczają swoje ładunki do komórek, w których pełnią swoje funkcje regulacyjne.
Tutaj opisujemy protokół do pomiaru funkcji barierowej komórek śródbłonka in vitro poprzez ilościowe określenie transferu fluorescencyjnego dekstranu przez monowarstwę komórkową. Można stosować bardziej czułe znaczniki, takie jak znaczniki znakowane radioizotopem. Wymagają jednak specjalnych środków ostrożności podczas użytkowania. Istnieją inne testy do pomiaru funkcji bariery in vitro, takie jak przezśródbłonkowy opór elektryczny (TEER), który mierzy integralność połączeń ścisłych. Wreszcie, wizualizacja ZO-1, białka o ścisłym połączeniu, za pomocą immunofluorescencji umożliwia również ocenę integralności połączenia ścisłego10. Ponieważ EV są złożonymi i niejednorodnymi jednostkami zawierającymi kilka ładunków o potencjalnej charakterystyce regulacyjnej, przydatna jest nadekspresja specyficznego RNA w celu zbadania jego wpływu na komórkę biorcy. Dlatego definiujemy również protokół, który ma na celu generowanie stabilnych linii komórkowych wyrażających interesujące nas miRNA10.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ludzkie krwinki czerwone uzyskano z krwi zdrowych dawców, zgodnie z wytycznymi Swissethics (swissethics.ch).
UWAGA: Hodowle pasożytów P. falciparum (3D7) i produkcja EV zostały wcześniej opisane w Mbagwu, et al. 11 Ponieważ P. falciparum jest ludzkim patogenem, zapoznaj się z lokalnymi przepisami dotyczącymi obchodzenia się z nim. Kultury powinny być przez cały czas utrzymywane w sterylności.
1. Fluorescencyjne oznakowanie EV
UWAGA: Poniższa procedura wykorzystuje technologię etykietowania do stabilnego wprowadzenia zielonego barwnika fluorescencyjnego (PKH67) z dużymi alifatycznymi ogonkami w obszarze lipidowym membrany EV. Reakcję przeprowadza się w końcowej objętości barwienia 200 μL zawierającej 20 μM końcowego stężenia PKH67. Wszystkie kroki należy wykonać w temperaturze otoczenia (20-25 °C)
2. Wizualizacja wychwytu EV za pomocą mikroskopii konfokalnej
UWAGA: Poniższy protokół opisuje śledzenie internalizacji EV przez komórki śródbłonka hodowane na szklanych szkiełkach nakrywkowych. Komórki śródbłonka są częściowo unieśmiertelnionymi ludzkimi komórkami śródbłonka szpiku kostnego, zgodnie z opisem w12.
3. Przepuszczalność komórek śródbłonka
UWAGA: Przepuszczalność komórek śródbłonka jest oceniana poprzez pomiar transferu izotiocyjanianu rodaminy B (średnia MW 70 000) przez monowarstwę komórek śródbłonka. Dekstran stanowi doskonałe narzędzie do badania przepuszczalności naczyń krwionośnych.
4. Określ wrażliwość na puromycynę
UWAGA: Przed transdukcją linii komórkowych za pomocą lentiwirusa, ważne jest określenie krzywej zabijania wybranego leku dla tej konkretnej linii komórkowej. Aby określić minimalną ilość stężenia leku niezbędną do zabicia wszystkich komórek, należy przeprowadzić eksperyment z odpowiedzią na dawkę przy użyciu przyrostowych dawek wybranego leku. Ponieważ każda linia komórkowa ssaków ma inną czułość, przed eksperymentami należy określić optymalne stężenie antybiotyku, rozwijając miareczkowanie krzywej zabijania, jak opisano poniżej.
5. Transdukcja komórek śródbłonka za pomocą wektora lentiwirusowego
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W niniejszej pracy opisujemy protokoły służące do badania oddziaływań pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (EVs) z komórkami gospodarza. Pochłanianie EVs znakowanych fluorescencyjnie jest monitorowane za pomocą mikroskopii konfokalnej (Rysunek 1). Komórki śródbłonka wydajnie pochłaniają EVs, jednak czas inkubacji z tymi pęcherzykami można zoptymalizować w celu śledzenia procesu pobierania. Aby uzyskać lepszą lokalizację EVs wewnątrz komórek, należy zbarwić aktynę ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Kilka pasożytów, w tym Toxoplasma, Trypanosoma, Leishmania i Trichomonas, wyzwala uwalnianie EV przez zakażoną komórkę gospodarza. W zależności od patogenów, uwolnione EV mogą modulować odpowiedź immunologiczną gospodarza lub pośredniczyć w komunikacji komórkowej między pasożytami6. Jednak niewiele jest dowodów sugerujących, w jaki sposób te małe pęcherzyki przyczyniają się do choroby malarii. W tym miejscu opisaliśmy kilka sposobów badania funkcji EV podczas infekcji Plasmodium . Na przy...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
To badanie było częściowo wspierane finansowo przez fundację Novartis na rzecz badań medycznych i biologicznych (dla PYM), Gottfried and Julia Bangerter-Rhyner-Stiftung (dla MW i PYM) oraz pulę badawczą Uniwersytetu we Fryburgu (dla PYM). Dodatkowe granty obejmują stypendia rządu szwajcarskiego dla naukowców zagranicznych (dla KAB i SM). Dziękujemy Isabelle Fellay i Solange Kharoubi Hess za wsparcie techniczne.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| PKH67 Zielony fluorescencyjny łącznik komórek Mini Kit | Sigma-Aldrich | MINI67-1KT | |
| Rozcieńczalnik C | Sigma-Aldrich | G8278 | |
| poli-L-lizyna | Sigma-Aldrich | P8920 | |
| PBS | ThermoFisher - Gibco | 10010023 | |
| Phalloidyna CF594 | Biotium | #00045 | |
| Hoechst 33342 | ThermoFisher | H3570 | |
| ProLong Gold Antifade Mountant | ThermoFisher | P36934 | |
| Izotiocyjanian rodaminy B– Dextran | ThermoFisher | R9379-250MG | |
| Wkład z membraną PET przezroczysty Falcon na płytkę 24 dołki | Falcon | 353095 | |
| Wzrost komórek śródbłonka Medium MV | Promocell | C-22020 | |
| Dichlorowodorek puromycyny | Sigma-Aldrich | P9620-10ML | |
| Zestaw do testów kolorymetrycznych proliferacji komórek MTS Biovision | K300-500 | ||
| bromek heksadimetryny | Sigma-Aldrich | 107689-10G | |
| MISJA MikroRNA Lenti, Human has-miR-451a | Sigma-Aldrich | HLMIR0583 | |
| MISJA Lenti mikroRNA, ath-miR416, kontrola negatywna 1 Cząstki transdukcji | Sigma-Aldrich | NCLMIR001 | |
| MISJA Lenti microRNA, Human | Sigma-Aldrich | NCLMIR0001 | |
| Leica TCS SP5 | Leica Microsystems | ||
| miRNeasy mini Kit | Qiagen | 217004 | |
| TaqMan MicroRNA Reverse Correctionion Kit 1000 reakcji | ThermoFisher | 4366597 | |
| has-mir-451a RT/750 PCR rxns | ThermoFisher | 001141 | |
| U6 snRNA | ThermoFisher | 001973 | |
| TaqMan Universal Master Mix II, z systemem UNG | ThermoFisher | 4440038 | |
| StepOnePlus Real-Time PCR | ThermoFisher | 4376600 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie