A purificação a partir de ARN intracelularmente Grown<em> Listeria monocytogenes</em> Em macrófagos
Summary
Here we describe a method for bacterial RNA isolation from Listeria monocytogenes bacteria growing inside murine macrophages. This technique can be used with other intracellular pathogens and mammalian host cells.
Abstract
Analysis of the transcriptome of bacterial pathogens during mammalian infection is a valuable tool for studying genes and factors that mediate infection. However, isolating bacterial RNA from infected cells or tissues is a challenging task, since mammalian RNA mostly dominates the lysates of infected cells. Here we describe an optimized method for RNA isolation of Listeria monocytogenes bacteria growing within bone marrow derived macrophage cells. Upon infection, cells are mildly lysed and rapidly filtered to discard most of the host proteins and RNA, while retaining intact bacteria. Next, bacterial RNA is isolated using hot phenol-SDS extraction followed by DNase treatment. The extracted RNA is suitable for gene transcription analysis by multiple techniques. This method is successfully employed in our studies of Listeria monocytogenes gene regulation during infection of macrophage cells 1-4. The protocol can be easily modified to study other bacterial pathogens and cell types.
Introduction
Patógenos bacterianos intracelulares ─ bactérias que causam doenças infecciosas e capaz de crescer e reproduzir no interior das células de hospedeiros humanos ─ são um importante problema de saúde em todo o mundo 5. Para invadir e replicar dentro de uma célula de mamífero, patogénios intracelulares adquiriram sofisticados mecanismos de virulência e factores. Embora estes mecanismos são fundamentais para a capacidade de causar uma doença, pouco sabemos sobre a sua regulação e dinâmica. Uma vez que os perfis de bactérias cultivadas em meio líquido de expressão de genes não reflectem o ambiente real dentro de células hospedeiras, existe uma necessidade crescente de transcriptoma análises de bactérias cultivadas nos seus nichos intracelulares. Tais análises permitirá a decifração de adaptações bacterianas específicas desencadeadas pelo anfitrião e vai ajudar a identificar novos alvos para o projeto terapêutico. A análise do transcriptoma de bactérias cultivadas intracelularmente é altamente desafiador, uma vez ARN de mamífero superam ARN bacteriana por pelomenos dez vezes. Neste artigo, nós descrevemos um método experimental para isolar RNA bacteriana de Listeria monocytogenes bactérias que crescem no interior das células de macrófagos de murino. O ARN extraído pode ser utilizado para estudar adaptações intracelulares e mecanismos de virulência de bactérias patogénicas através de várias técnicas de análise de transcrição, tais como RT-PCR, o RNA-Seq, microarray e outras tecnologias de hibridação baseada.
L. monocytogenes é o agente causador de listeriose em humanos, uma doença com manifestações clínicas dirigidas principalmente indivíduos imunocomprometidos, idosos e mulheres grávidas 6. isto é um agente patogénico intracelular facultativo Gram-positiva que invade uma grande variedade de células de mamíferos que tenham sido utilizados durante décadas como um modelo em interacções hospedeiro-patogénio estuda 7. Após a invasão, ele reside inicialmente em um vacúolo ou fagossoma (no caso de células fagocíticas), a partir do qual ele deve escapar para tele hospedar citosol da célula, a fim de se replicar. Vários factores de virulência foram mostrados para mediar o processo de escape, principalmente a hemolisina de formação de poros, listeriolisina O (LLO) e duas fosfolipases 8 adicionais. No citosol das bactérias utilizam a maquinaria a polimerização de actina hospedeiro para impulsionar-se em filamentos de actina dentro da célula e para espalhar a partir de uma célula para outra (Figura 1). Todos os principais fatores de virulência de L. monocytogenes envolvidas na invasão, a sobrevivência e a replicação intracelular, são activados pelo regulador da transcrição mestre virulência, PrfA. 8-10.
Na última década, vários estudos realizados por nós e outros métodos para análise de transcriptoma de bactérias cultivadas intracelularmente aplicado com sucesso dentro das células hospedeiras 2,11-15. Duas abordagens principais são usadas para separar o RNA de bactérias de hospedeiro-ARN que são baseadas em: 1) enriquecimento selectivo de ARN bacteriana e 2) de isolamento de ARN por diferential lise celular. A primeira abordagem depende de hibridização subtrativa de extratos de RNA total de moléculas de RNA de mamíferos (por exemplo, utilizando kits comercialmente disponíveis) ou a captura seletiva de sequências transcritas bacterianas (SCOTS) 11. A segunda abordagem baseia-se na lise diferencial de bactérias e células hospedeiras, em que as células hospedeiras são lisadas, enquanto as células bacterianas permanecem intactos. As células bacterianas são em seguida separados a partir do lisado da célula hospedeira, geralmente por centrifugação, e o ARN é extraído por intermédio de técnicas convencionais. O principal problema com esta abordagem é que, juntamente com as bactérias intactas, as células hospedeiras núcleos também são isoladas, assim, as preparações de ARN ainda contêm ARN de mamífero. Uma maneira de ultrapassar este problema é separar as bactérias intactas a partir de células hospedeiras núcleos utilizando centrifugação diferencial, embora este processo normalmente leva tempo aumentar a preocupação de alterações no perfil de expressão de genes durante a extracção. Neste artigo apresentamos uma ba melhorada e rápidacteria protocolo de extracção de ARN, que é baseado no método de lise celular diferencial. Em primeiro lugar, L. monocytogenes infectados macrófagos são lisados com água fria. Em seguida, os núcleos de macrófagos são removidos por uma breve centrifugação e bactérias intactas são rapidamente recolhidas em filtros, a partir do qual o ARN é isolado usando extracção com fenol quente SDS-de ácidos nucleicos bacterianos.
Protocol
Representative Results
Discussion
O protocolo aqui descrito representa um método aperfeiçoado para o isolamento de ARN a partir de bactérias L. monocytogenes bactérias que crescem intracelularmente em células de macrófagos. Este protocolo baseia-se na lise diferencial de células e inclui duas etapas principais para enriquecimento de RNA bacteriana: sedimentação núcleos de macrófagos usando centrifugação e uma recolha rápida de bactérias por filtração. Estes passos são seguidos por um processo de extracção de ARN padrão. Emb…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The research in the Herskovits lab is supported by 335400 ERC and R01A/109048 NIH grants.
Materials
| Listeria monocytogenes 10403S | 20 | ||
| Bone marrow derived macrophages prepared from C57B/6 female mice | 21 | ||
| H2O, RNAse free | Thermo Scientific | 10977-015 | DEPC-treated water can be used |
| DMEM | Gibco | 41965039 | |
| Glutamine | Gibco | 25030081 | |
| Sodium pyruvate | Gibco | 11360-088 | |
| b-Mercaptoethanol | Gibco | 31350010 | |
| Pen/Strep | Gibco | 15140-122 | |
| Gentamicin | Sigma-Aldrich | G1397 | |
| FBS | Gibco | 10270106 | |
| Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline-PBS | Sigma-Aldrich | D8537 | |
| Brain heart infusion (BHI) | Merckmillipore | 1104930500 | |
| Phenol saturated pH 4.3 | Fisher | BP1751I-400 | |
| Chloroform | Fisher | BP1145-1 | |
| Iso-amyl alcohol | Sigma-Aldrich | W205702 | |
| Sodium acetate | Sigma-Aldrich | W302406 | |
| EDTA | Sigma-Aldrich | EDS | |
| DNaseI | Fermentas, | EN0521 | |
| SDS 10% | Sigma-Aldrich | L4522 | |
| Ethanol absolute | Merck Millipore | 1070174000 | |
| 37°C, 5% CO2 forced-air incubator | Thermo Scientific | Model 3111 | |
| Cell scrapers | Nunc | 179693 | |
| Kontes glass holder for 45 mm filters | Fisher | K953755-0045 | |
| MF-Millipore filters 45 mm, 0.45 µm | Merck Millipore | HAWP04700 | |
| SpeedVac system | Thermo Scientific | SPD131DDA | |
| Vortex-Genie 2 | Scientific Industries | Model G560E | |
| NanoDrop | Thermo Scientific | ||
| 145 mm cell culture dishes | Greiner | 639 160 | |
| 1.7 ml tubes, RNase-free | Axygen | MCT-175-C | |
| 30°C incubator | Thermo Scientific | ||
| 65 °C heat block | Thermo Scientific | ||
| 4 °C table centrifuge | Eppendorf | 5417R | |
| Sterile pipettes, 25 ml | Greiner | ||
| Falcon tubes, 50 ml | Greiner | ||
| Liquid nitrogen |
References
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