RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Bu protokol, Mycobacterium marinum enfeksiyonu sırasında embriyonik zebra balığında makrofaj davranışını ve ölümü görselleştirmek için bir tekniği açıklamaktadır. Bakterilerin hazırlanması, embriyoların enfeksiyonu ve intravital mikroskopi için adımlar dahildir. Bu teknik, enfeksiyon veya steril inflamasyon içeren benzer senaryolarda hücresel davranış ve ölüm gözlem uygulanabilir.
Zebrabalığı, şeffaf doğası ve erken gelişim sırasında sadece doğuştan gelen bağışıklık sistemine güvenilmesi nedeniyle doğuştan gelen bağışıklık hücresi davranışını incelemek için mükemmel bir model organizmadır. Zebrafish Mycobacterium marinum (M. marinum)enfeksiyon modeli mikobakteriyel enfeksiyona karşı konak bağışıklık yanıtı çalışmada iyi kurulmuştur. Farklı makrofaj hücre ölüm türlerinin mikobakteriyel enfeksiyonun çeşitli sonuçlarına yol açacağı ileri sürülmüştür. Burada M. marinum enfeksiyonu sonrası zebra balığı embriyolarında makrofaj hücre ölümünü gözlemlemek için intravital mikroskopi kullanılarak yapılan bir protokolü açıklıyoruz. Özellikle makrofajlar ve nötrofiller etiket zebra balığı transgenik çizgiler orta beyin veya gövde de floresan M. marinum etiketli intramüsküler mikroenjeksiyon yoluyla enfekte. Enfekte zebra balığı embriyoları daha sonra düşük eriyen agarose üzerine monte edilir ve X-Y-Z-T boyutlarında konfokal mikroskopi ile gözlenir. Uzun süreli canlı görüntüleme fotobeyazrlama ve fototoksisite önlemek için düşük lazer gücü kullanarak gerektirir çünkü, güçlü bir transgenik ifade şiddetle tavsiye edilir. Bu protokol, immün hücre göçü, konak patojen etkileşimi ve hücre ölümü de dahil olmak üzere in vivo dinamik süreçlerin görselleştirilmesini kolaylaştırır.
Mikobakteriyel enfeksiyon konak bağışıklık hücresi ölümüne neden olduğu gösterilmiştir1. Örneğin, zayıflatılmış bir suş makrofajlarda apoptosis tetikler ve enfeksiyon içerir. Ancak, öldürücü bir suş litik hücre ölümü tetikleyecek, bakteriyel yayılmasına neden1,2. Bu farklı hücre ölümü türlerinin konak anti-mikobakteriyel yanıt üzerindeki etkisi göz önüne alındığında, in vivo mikobakteriyel enfeksiyon sırasında makrofaj hücre ölümünün ayrıntılı bir gözlemine ihtiyaç vardır.
Hücre ölümünü ölçmek için geleneksel yöntemler ölü hücre lekeleri kullanmak için, Annnexin V gibi, TUNEL, veya acridine turuncu / propidium iyodür boyama3,4,5. Ancak, bu yöntemler in vivo hücre ölümü dinamik sürecine ışık tutmak mümkün değildir. Hücre ölümünün in vitro gözlemi zaten canlı görüntüleme6ile kolaylaştırılmıştır. Ancak, sonuçların fizyolojik koşulları doğru bir şekilde taklit edip etmediği belirsizliğini koruyor.
Zebra balığı konak anti-micobacterium yanıtları incelemek için mükemmel bir model olmuştur. Bu insanların benzer bir son derece korunmuş bağışıklık sistemi vardır, kolayca manipüle genom, ve erken embriyolar şeffaf, hangi canlı görüntüleme sağlar7,8,9. M. marinum enfeksiyonu ndan sonra, yetişkin zebra balıkları tipik olgun granülom yapıları oluşturur, ve embriyonik zebrabalık yapıları gibi erken granülom formu9,10. Doğuştan gelen bağışıklık hücre-bakteri etkileşiminin dinamik süreci daha önce zebra balığı M. marinum enfeksiyonu modeli11,12araştırılmıştır. Ancak, yüksek mekansal-zamansal çözünürlük gereksinimi nedeniyle, doğuştan gelen bağışıklık hücrelerinin ölümü çevreleyen ayrıntılar büyük ölçüde tanımsız kalır.
Burada in vivo mikobakteriyel enfeksiyonun tetiklediği makrofaj litik hücre ölümü sürecini nasıl görselleştirebileceğimizi anlatıyoruz. Bu protokol aynı zamanda geliştirme ve inflamasyon sırasında in vivo hücresel davranışı görselleştirmek için de uygulanabilir.
Zebra balıkları, hayvan refahının etik olarak gözden geçirilmesi için laboratuvar hayvanı yönergelerine uygun olarak standart koşullar altında yetiştirilmiştir (GB/T 35823-2018). Bu çalışmadaki tüm zebra balığı deneyleri onaylandı (2019-A016-01) ve Fudan Üniversitesi Şangay Halk Sağlığı Klinik Merkezi'nde gerçekleştirildi.
1. M. marinum Tek Hücreli Inokül Hazırlama (Şekil 1)
2. Zebrabalığı Embriyo Hazırlama
3. Bakteriyel Mikroenjeksiyon ile Enfeksiyon
4. Enfeksiyonun Canlı Görüntülenmesi
5. Apoptosis ve Canlı Görüntüleme Induce Tek Hücreli UV Işınlama
6. Görüntü İşleme
Mycobacterium enfeksiyonu enfeksiyon yollarına göre farklı konak yanıtları tetikleyebilir. Bu protokolde zebra balığı embriyoları orta beyne veya gövdeye floresan etiketli bakterilerin intramüsküler mikroenjeksiyonuileenfekte olmuş ve konfokal canlı görüntüleme ile gözlenmiştir. Bu iki yol üzerinden enfeksiyon yerel doğuştan gelen bağışıklık hücresi işe ve sonraki hücre ölümüne neden enfeksiyon kısıtlar.
Doğuştan gelen bağışıklık hücresi ölümünün ayrıntılarını görselleştirmek zordur. Litik hücre ölümü çok kısa bir süre içinde meydana gelir ve gözlemlemek için yüksek çözünürlüklü mikroskopi gerektirir. Ayrıca, doğuştan gelen bağışıklık hücrelerinin yüksek hareketlilik onları gözlem alanı dışına göç sağlar. Bu protokolde, birden fazla embriyoya paralel olarak gözlemleyerek bu sorunu çözüyoruz. Bir dizi zebra balığı embriyosu enfeksiyon için tek bir cam mikroskop kaydıraja monte edilebilir ve canlı görüntüleme için aynı 35 mm cam alt tabağa 10 embriyo monte edilebilir(Şekil 4). Konfokal mikroskopinin canlı veri modelinden yararlanılarak aynı anda birden fazla embriyo görülebilir. Bu canlı görüntüleme verimliliğini artırır ve büyük ölçüde tüm litik hücre ölüm sürecini yakalama olasılığını artırır.
Doğuştan gelen bağışıklık sistemi mikobakteriyel enfeksiyona karşı ilk savunma hattıdır ve iki temel bileşen makrofaj ve nötrofildir. Burada daha önce bildirilen Tg(coro1a:eGFP;lyzDsRed2) ve Tg(mpeg1:loxP-DsRedx-loxP-eGFP;lyz:eGFP) in vivo16, 17,18makrofajları ve nötrofilleri ayırt etmek için kullanıyoruz. Bir makrofaj ağır bakteri ile tıkanmış yuvarlak oldu ve azaltılmış hareketlilik görüntülenen, nihai sitoplazmik şişme ile, hücre zarının yırtılması, ve sitoplazmik içeriğin hızlı yayılması. Bu olaylar daha önce bildirildiği gibi litik hücre ölümünün tipik morfolojik değişimleridir (Şekil 5A)16. UV ışınlama zebrabalığı apoptosis geçmesi için hücreleri tetiklemek için kullanılmıştır20,21. Bu kavram la tutarlı olarak, UV ışınlanmış makrofajlar hücre büzülmesi, nükleer parçalanma ve kromatin yoğuşması gibi tipik apoptotik hücre fenotipleri gösterdi (Şekil 5B)22,23. Cerulean-floresan M. marinumkullanımı ile birlikte19, makrofaj arasındaki etkileşimin üç renkli canlı görüntüleme, nötrofil, ve M. marinum in vivo elde edildi. Ayrıca makrofajların aktif olarak fagosittoz ve M. marinum yayabileceğini gözlemledik (Ek Şekil 3A). Ancak nötrofillerin fagositik yeteneği sınırlıdır ve belirgin bakteriyel tıkanmadan hızlı bir şekilde litik hücre ölümü geçirmiştir (Ek Şekil 3B). Nötrofiller, Cerulean-floresan ifade etmez sadece birkaç ölü M. marinum fagositoz tarafından tetiklenebilir, ya da sadece sınırlı ölü hücre enkaz fagositoz tarafından.

Şekil 1: Tek hücreli bakteri hazırlığının şematik diyagramı. Açıklanan işlemin ardından tek hücreli Cerulean-floresan M. marinum stokları üretildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Mikroenjeksiyon için monte zebra balığı embriyo diyagramı. (A) Montaj işleminin şematik diyagramı. (B) Zebra balığı embriyoları gövde bölgesinin enfeksiyonu için yanal olarak monte edildi. (C) Zebra balığı embriyoları kafalarını yukarı doğru orta beyin enfeksiyonu için yönlendirilen monte edildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Mikroenjeksiyon için konumlandırma. (A) Kırmızı ok gövde bölgesienfeksiyon için enjeksiyon bölgesigösterir. (B) Kırmızı ok, orta beyin enfeksiyonu için enjeksiyon bölgesini gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Canlı görüntüleme için zebra balığı embriyolarının montajı. (A) Orta beyin enfeksiyonu için, zebra balığı embriyoları başları aşağıya doğru yönlendirilmiş olarak monte edildi. (B) Gövde bölgesi enfeksiyonu için zebra balığı embriyoları, cam alt kabın dibine yakın enjeksiyon bölgesi ile yanal olarak monte edilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5: M. marinum enfeksiyonunda tipik morfolojik değişiklikler makrofaj litik hücre ölümüne ve UV kaynaklı makrofaj apoptosise neden oldu. (A) Bir makrofaj (Mac) bir kez ağır M. marinumile tıkanmış bir litik hücre ölümü geçiren zaman atlamalı görüntüleme . 3 dpf Tg orta beyin (coro1a:eGFP;lyzDsRed2) zebra balığı embriyomikroenjeksiyon yoluyla Cerulean-floresan M. marinum (~ 500 cfu) tarafından enfekte. Hem bindirme kanalı (üst panel) hem de DIC kanalı (alt panel) için görüntüler sağlanır. T 00:00 5 saat 20 dk sonrası enfeksiyondur. Beyaz kesik çizgiler = hücre zarının anahattı; siyah kesik çizgiler = şişme sitoplazma; siyah oklar = yırtılmış hücre zarı; kırmızı kesik çizgiler = hızla sitoplazmik içeriği kaybetti. (B) UV ışınlanmış makrofajın zaman atlamalı görüntülemesi. 3 dpf Tg(mfap4:eGFP) orta beyin bölgesinde bir GFP + hücre UV tarafından ışınlanır ve zaman atlamalı görüntüleme takip. Beyaz kesik çizgiler = hücre zarının anahattı; siyah oklar = nükleer parçalanma ve kromatin yoğuşması. Ölçek çubuğu = 15 μm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 1: Canlı görüntüleme için çevre odası kuruldu. (A) Sıcaklığı 28,5 °C'de tutacak dijital kumandayı ayarlayın. (B) Nem sağlamak ve yumurta suyunun buharlaşmasını önlemek için odanın içine ıslak mendiller ayarlayın. (C) Odanın kapağını kapatın ve canlı görüntülemeye başlamadan önce sıcaklık stabilizasyonu için en az 30 dakika bekleyin. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 2: Canlı görüntüleme için konfokal panel ayarı. (A) Satın alma paneli ayarının gösterimi. (B) Lazer gücü ve spektrum ayarlarının temsili. (C) Canlı veri modunda birden çok işin ve döngü ayarının gösterimi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 3: Makrofajlar enfeksiyon asar ve nötrofiller M. marinum enfeksiyonu sonrası litik hücre ölümü ile geçerler. (A) Makrofaj 2 dpf Tg(coro1a:eGFP;lyz:DsRed2) zebra balığı embriyosu Cerulean-floresan M. marinum (~ 100 cfu) tarafından enfekte gövdesinde M. marinum yayan. (B) Nötrofil (Neu) 3 dpf Tg(mpeg1:LRLG;lyz:eGFP) zebrabalığı embriyosu cerulean-floresan M. marinum (~ 100 cfu) mikroenjeksiyon yoluyla enfekte gövde bölgesinde bariz M. marinum yüklü olmadan litik hücre ölümü geçiren. Yeşil renk LRLG atanır ve kırmızı renk litik hücre ölüm sürecinin daha iyi görselleştirilmesi için eGFP atanır. Siyan'daki oklar hedef hücreleri gösterir. Kırmızı daki oklar, bir sonraki karede sitoplazma içeriğini serbest bırakmak üzere olan hücreleri işaret eder. Yeşiloklar, sitoplazma içeriğini yeni kaybetmiş ölü hücreleri işaret ediyor. Ölçek çubuğu = 25 μm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Video 1: M. marinum ile ağır yüklü bir makrofaj Şekil 5Aile ilgili litik hücre ölümü uğrar. Hızlandırılmış görüntüleme (63x hedef) 9 dakika ve saniyede 3 kare (fps) bir 3 dpf Tg orta beyin bölgesi (fps) için 3 dpf Tg(coro1a:eGFP;lyzDsRed2) zebra balığı embriyoCerulean-floresan M. marinumile enfekte . Bu videoyu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın (İndirmek için sağ tıklayın).

Video 2: Bir makrofaj, Şekil 5Bile ilgili UV ışınlama dan sonra apoptoz dan geçer. 3 dpf Tg(mfap4:eGFP) zebra balığı embriyosu orta beyin bölgesinin 6 fps'sinde 74 dk'lık hızlandırılmış görüntüleme (63x hedefi). Embriyoların orta beyin bölgesinde bir GFP + hücre UV tarafından ışınlanır ve zaman atlamalı görüntüleme takip. Bu videoyu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın (İndirmek için sağ tıklayın).

Video 3: Bir makrofaj M. marinumyayılır, Ek Şekil 3A ile ilgili. Hızlandırılmış görüntüleme (63x objektif) 2 dpf Tg gövde bölgesinin 3 fps de 2 dpf Tg(coro1a:eGFP;lyz:DsRed2) zebra balığı embriyoCerulean-floresan M. marinumile enfekte . Bu videoyu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın (İndirmek için sağ tıklayın).

Video 4: Bir nötrofil belirgin M. marinum engorgement olmadan litik hücre ölümü uğrar, Ek Şekil 3B ile ilgili. Hızlandırılmış görüntüleme (63x hedef) 7 dk 30 s gövde bölgesinin gövde bölgesinin 3 fps 3 dpf Tg(mpeg1:LRLG;lyz:eGFP) zebra balığı embriyocerulean-floresan M. marinumile enfekte . Bu videoyu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın (İndirmek için sağ tıklayın).
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Bu protokol, Mycobacterium marinum enfeksiyonu sırasında embriyonik zebra balığında makrofaj davranışını ve ölümü görselleştirmek için bir tekniği açıklamaktadır. Bakterilerin hazırlanması, embriyoların enfeksiyonu ve intravital mikroskopi için adımlar dahildir. Bu teknik, enfeksiyon veya steril inflamasyon içeren benzer senaryolarda hücresel davranış ve ölüm gözlem uygulanabilir.
Biz zebra balığı suşları paylaşımı için Dr Zilong Wen teşekkür, Dr Stefan Oehlers ve Dr David Tobin M. marinum ilgili kaynakları paylaşmak için, Yuepeng He şekil hazırlanmasında yardım için. Bu çalışma Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (81801977) (B.Y.), Şangay Belediye Sağlık Komisyonu Üstün Gençlik Eğitim Programı (2018YQ54) (B.Y.), Şangay Yelken Programı (18YF1420400) (B.Y.) ve Şangay Verem Anahtar Laboratuvarı Açık Fonu (2018KF02) (B.Y.Y.) tarafından desteklenmiştir.
| % 0.05 Tween-80 | Sigma | P1379 | |
| 10 mL şırınga | Solarbio | YA0552 | |
| 10 OADC | BD | 211886 | |
| 3-aminobenzoik asit | Sigma | E10521 | |
| 5 & mu; m filtresi | Mille X | SLSV025LS | |
| 50 μ l/ml higromisin | Sangon Biotech | A600230 | |
| 7H10 | BD | 262710 | |
| 7H9 | BD | 262310 | |
| A cam tabanlı 35 mm çanak | In Vitro Scientific | D35-10-0-N | |
| Agarose | Sangon Biotech | A60015 | |
| Konfokal mikroskop | Leica | TCS SP5 II | |
| Çevre Odası | Pecon | sıcaklık kontrolü 37-2 dijital | |
| Eppendorf mikro yükleyici | Eppendorf | No.5242956003 | |
| Cam mikroskop slaydı | Bioland Scientific LLC | 7105P | |
| Gliserol | Sangon Biotech | A100854 | |
| İnkübatörü | Keelrein | PH-140(A) | |
| M.marinum | ATCC BAA-535 | ||
| Mikroenjeksiyon iğnesi | Dünya Hassas Aletler | IB100F-4 | |
| Mikroenjektör | Eppendorf | Femtojet | |
| Mikromanipülatör | NARISHIGE | MN-151 | |
| msp12: gök mavisi | Ref.: PMID 25470057; 27760340 | ||
| Fenol kırmızısı | Sigma | P3532 | |
| PTU | Sigma | P7629 | |
| Tek içbükey cam mikroskop slayt | Yelken Marka | 7103 | |
| Sonikatör | SCICNTZ | JY92-IIDN | |
| Spektrofotometre (OD600) | Eppendorf AG | 22331 Hamburg | |
| Stereo Mikroskop | OLYMPUS | SZX10< | |
| em>Tg(mfap4:eGFP) | Ref.: PMID 30742890 | ||
| Tg(coro1a:eGFP; lyzDsRed2) | Ref.: PMID 31278008 | ||
| Tg(mpeg1:LRLG; lyz:eGFP) | Ref.: PMID 27424497; 17477879 |