哺乳动物细胞细菌挑战后应激颗粒形成的免疫荧光分析

Immunology and Infection

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Summary

我们描述了在用细菌和许多不同的应力攻击细胞后,哺乳动物细胞中应激颗粒形成的定性和定量分析的方法。该方案可用于研究广泛的宿主细菌相互作用中的细胞应激颗粒反应。

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Vonaesch, P., Sansonetti, P. J., Schnupf, P. Immunofluorescence Analysis of Stress Granule Formation After Bacterial Challenge of Mammalian Cells. J. Vis. Exp. (125), e55536, doi:10.3791/55536 (2017).

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Abstract

细胞成分的荧光成像是调查宿主 - 病原体相互作用的有效工具。病原体可以影响感染细胞的许多不同特征,包括细胞器超微结构,细胞骨架网络组织,以及细胞过程如应激颗粒(SG)形成。病原体如何颠覆宿主过程的特征是发病机理领域的重要和组成部分。虽然可变表型可能容易可见,但是由病原体攻击诱导的细胞结构中的定性和定量差异的精确分析对于定义实验和对照样品之间的统计学显着性差异至关重要。 SG形成是进化上保守的应激反应,导致抗病毒反应,长期以来使用病毒感染进行了研究1 。 SG形成也影响信号级联,可能还有其他未知的结果适应2 。对病毒以外的病原体如细菌病原体的这种应激反应的表征目前是一个新兴的研究领域3 。目前,即使在病毒系统中,SG形成的定量和定性分析尚未被常规使用。在这里,我们描述了诱导和表征未感染细胞中SG形成和细胞感染细胞病原体的细胞的简单方法,其影响响应于各种外源胁迫的SG的形成。 SG形成和组成的分析通过使用许多不同的SG标记和ICY的点检测器插件(开源图像分析工具)来实现。

Introduction

在细胞水平上可视化宿主 - 病原体相互作用是获得对致病性策略和识别关键细胞途径的见解的有力方法。事实上,病原体可以用作确定重要细胞靶点或结构的工具,因为病原体已经发展为颠覆中枢细胞过程,作为其自身存活或繁殖的策略。可以通过重组表达荧光标记的宿主蛋白来实现细胞成分的可视化。虽然这允许进行实时分析,但具有特异标记宿主蛋白质的细胞系的产生是非常费力的并且可能导致不期望的副作用。使用特异性抗体检测细胞因子更方便,因为可以同时分析多个宿主因子,并且不限于特定的细胞类型。缺点是只有静态视图可以被捕获,因为免疫荧光分析需要宿主细胞修复离子。然而,免疫荧光成像的一个重要优点是其易于定性和定量分析。这又可用于获得统计学显着的差异,以提供对宿主 - 病原体相互作用的新见解。

荧光图像分析程序是执行3D和4D分析的强大的分析工具。然而,软件及其维护成本高昂使得基于免费开源软件的方法更具吸引力。使用生物分析软件的仔细图像分析是有价值的,因为它证实了视觉分析,并且在分配统计学意义时,增加了给定表型的正确性的置信度。以前,使用免费的ImageJ软件分析SG,这需要手动识别个人SG 4 。在这里,我们提供了一个在细菌SG形成诱导和分析方案使用免费的开源生物图像分析软件ICY(http://icy.bioimageanalysis.org)进行真实感染。生物图像分析软件具有高度适用于SG分析的内置点检测程序。它允许在指定的感兴趣区域(ROI)中对自动检测过程进行微调。这克服了对个别SG的手动分析的需要,并消除了抽样偏差。

许多环境胁迫引起SGs的形成,SG是直径为5 - 6μm的相间致密的胞质结构,非膜结构为0.2-5μm。这种细胞反应在酵母,植物和哺乳动物中进化上保守,并且当全球蛋白质翻译被抑制时发生。它涉及停滞的翻译起始复合物聚集到SG中,其被认为是用于翻译失活的mRNA的保留位置,允许细胞mRNA的子集的选择性翻译。消除压力后,SGs溶解,蛋白质合成的全球速率恢复。 SG由翻译延伸起始因子,涉及RNA代谢的蛋白质,RNA结合蛋白质以及支架蛋白质和参与宿主细胞信号传导的因子2组成 ,尽管精确的组成可以根据施加的应力而变化。诱导SG形成的环境因素包括氨基酸饥饿,紫外线照射,热休克,渗透压休克,内质网应激,缺氧和病毒感染2,7,8 。在理解病毒如何诱导和颠覆SG形成方面取得了许多进展,而关于其他病原体(如细菌,真菌或原生动物病原体)如何影响细胞应激反应1,7尚不清楚。

师哥lla flexneri是人类的革兰氏阴性兼性细胞溶质病原体和严重腹泻或志贺氏菌病的致病因子。志贺氏菌病是一个主要的公共卫生负担,每年导致5岁至9岁的儿童死亡28 000人。 S. flexneri感染结肠上皮,并通过劫持宿主的细胞骨架成分11,12扩散细胞对细胞。上皮细胞的感染支持了胞内溶胶酶的复制,但被感染的巨噬细胞通过炎性细胞死亡过程称为焦灼死亡。感染导致大量招募中性粒细胞和严重的炎症,伴随着热,氧化应激和组织破坏。因此,虽然被感染的细胞受到感染引起的内部应激,例如高尔基体破坏,遗传毒性应激和细胞骨架重排感染细胞也由于炎症过程而受到环境压力。

使用许多SG标记物表征S. flexneri感染对细胞对环境胁迫反应能力的影响已经证明,感染导致SG组成3的定性和定量差异。然而,其他细菌病原体知之甚少。在这里,我们描述了一种感染宿主细胞与细胞溶质病原体S. flexneri ,不同环境胁迫的细胞的应激,SG组分的标记,以及感染SG的形成和组成的定性和定量分析的方法和非感染细胞。该方法广泛适用于其他细菌病原体。此外,SG形成的图像分析可以用于病毒或其他病原体的感染。可用于分析SG感染后的形成或感染对SG形成的影响以响应外源性应激。

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Protocol

1.细菌和宿主细胞的制备

  1. 使用无菌镊子分别在24孔或12孔板中转移12或14毫米玻璃盖,每个实验条件计数一个孔。在组织培养罩中通过UV处理灭菌15分钟。
    注意:包括用于细菌攻击的控制井和通过外源胁迫进行SG诱导。
  2. 对于具有12mm盖玻片的24孔板,将1×10 5个哺乳动物细胞( 例如 HeLa细胞)种在盖玻片上;用无菌吸头向下压盖玻片。让细胞在37℃下在适合每种细胞类型的培养基中的5%CO 2组织培养培养箱中过夜。
    注意:板细胞使细胞的汇合在第二天之间为40-60%之间。
    1. 对于HeLa细胞,在含有非必需氨基酸(NEAA)和10%补充的胎牛血清(FCS)的Dulbecco's Modified Eagle培养基(DMEM)中孵育。通过在56℃水浴中加热30分钟来补充FCS,15分钟后将血清旋转一次。
  3. 为了划破细菌,使用无菌移液器吸头从储存在-80°C冰箱中的细菌甘油储备液(20%甘油)中除去少量,并将其放在标记的板上。使用无菌环将细菌扩散到板的约10%。使用新的无菌环并将其拖曳通过涂片,使3条平行线,半个长的板。穿过这些线穿过板的其余部分。在37℃孵育板O / N。
    1. 从新鲜的条纹板中选择一个细菌菌落( 例如S. flexneri )。避免使用长于1周的细菌菌落。
    2. 对于S. flexneri菌株M90T,将来自新鲜条纹的胰蛋白酶大豆琼脂-0.1%刚果红琼脂平板的红色菌落接种到15mL管中的8mL胰蛋白酶大豆肉汤中;拧紧盖子,并在30℃以222转/分的速度孵育振荡6℃。
      小心:不要使用大的白色菌落,因为它们已经失去了毒力质粒并且是非感染性的。

宿主细胞的细菌挑战

  1. 准备细菌以最大限度地发挥感染潜力。
    1. 对于S. flexneri ,传代培养细菌通过向8mL胰蛋白酶大豆琼脂中加入150μLO / N培养物,并在37℃下孵育222rpm至晚期指数期(〜2h)以诱导毒力基因表达并增强感染。
      1. 当培养物的光密度为0.6至0.9(在600nm处测量)时,将1mL培养物转移到1.5mL管中。颗粒细菌在8,000×g下2分钟,并在OD 600 = 1时重悬于感染培养基(含有NEAA的DMEM,缺少FCS))。因此,如果OD 600为0.85,则重悬于850μL。
        注意:对于S. flexneri,在OD 600 = 1时,每mL时将有8×10 8个细菌在8 mL培养基中培养。感染的多重性(MOI)为20是合适的。对于其他病原体,OD 600处的细菌数量和适当的MOI需要根据经验确定。
    2. 为了增强细菌与宿主的相互作用,用聚-L-赖氨酸(PLL)包被细菌。
      注意:灵芝的PLL处理对SG动力学没有影响。需要评估其他病原体对于PLL治疗的适应性。
      1. 为了用PLL包被细菌,以8,000×g离心1mL细菌培养物2分钟,然后以OD 600 = 1在磷酸盐缓冲盐水(PBS)中将沉淀重悬于10μg/ mL的PLL中。
      2. 将细菌溶液加入一个小盘,如12孔板中的一个孔中,并在平板振荡器上轻轻搅拌,在室温(〜20℃)下孵育10分钟。
      3. 颗粒细菌在8,000 xg 2分钟,去除多余的PLL。将沉淀重悬于1 mL PBS中d重复这个洗涤步骤两次。最终洗涤后,重新悬浮于感染培养基OD 600 = 1。
        注意:这里, S. flexneri的感染培养基是具有20mM HEPES w / o FCS的宿主细胞培养基。
  2. 准备细胞进行细菌攻击。
    1. 使用抽吸泵从哺乳动物HeLa细胞中除去培养基。加入500μLRT HeLa细胞培养基以洗涤细胞,旋转,使用抽吸泵除去培养基,并用500μLRT适当的感染培养基( 例如 ,具有20mM HEPES的FCS的宿主细胞培养基)替代。
    2. 注意:对于所有洗涤步骤,快速工作,一次只处理最多4个盖玻片,以避免细胞干燥。
  3. 挑战准备HeLa细胞与细菌感染20-50%的细胞。
    注意:每个细菌种类需要确定适当的时间和MOI。一般来说,一个好的开始是37分30分钟°C,MOI为10。
    1. 对于S. flexneri,使用两种方法之一(步骤2.3.1.1或2.3.1.2)攻击HeLa细胞细胞。
      1. 将非PLL处理的细菌(20μL的OD 600 =500μL培养基中的24孔板的1孔)在13000xg下在细胞上10分钟。
      2. 在室温下,加入PLL包被的细菌(15μL的OD 600 = 24孔板在500μL培养基中的1孔)15分钟,以使细菌沉降到细胞上。
    2. 通过将沉降细菌的细胞置于37℃的组织培养箱中30分钟使感染发生。
      注意:对于短时间点,通过将板放置在37°C水浴中15分钟而不是在组织培养箱中同步S. flexneri感染。
  4. 通过洗涤细胞停止感染。
    1. 为了洗涤细胞并除去多余的细菌,使用抽吸泵除去培养基,加入1 mL新鲜预热(37℃)HeLa培养基(DMEM,10%FCS,NEAA)。旋转培养基,取出并更换新鲜培养基。重复两次,并在细胞上留下新鲜的培养基。
      1. 对于S. flexneri或其他细胞内细菌,在感染HeLa细胞和洗涤后,用含有50μg/ mL庆大霉素的标准组织培养基代替培养基以杀死细胞外细菌并防止进一步的细胞侵袭。
        注意:不要在细胞外细菌的培养基中加入抗生素。
  5. 在细胞培养箱中孵育细胞达所需时间。
    注意:对于S. flexneri ,感染可能长达6小时,具体取决于细胞类型。对于HeLa细胞,使感染进行1.5-2小时,然后加入外源胁迫以诱导SG形成。对于Caco-2感染,其中志贺氏菌传播细胞对细胞,感染30分钟至6小时,然后加入外源性应激。策在这一点上,lls可以固定,而不增加外生应激来评估由于细菌感染而形成的SG(在这种情况下,进行到第4部分)。

通过添加外源性应激诱导应激颗粒形成

  1. 使用抽吸泵将培养基从感染和未感染的HeLa细胞中取出,用或不加压力培养基替换含有500μL合适培养基的培养基。
    注意:应激诱导条件包括以下内容(见下文)。对于额外的治疗,参见Kedersha 13
    1. 对于热休克治疗,使用含20mM HEPES的常规培养基,并将板置于44℃水浴中30分钟。
    2. 对于克霉唑(诱导线粒体应激)治疗,使用无FCS的常规培养基与20μM克霉唑,并在组织培养箱中孵育1小时。
      注意:存储20米的一次性等分试样M克霉唑在二甲基亚砜(DMSO)中的溶液在-20℃下长达4个月。使用DMSO载体作为对照细胞。
    3. 对于亚砷酸盐(诱导氧化应激)治疗,使用0.5μM亚砷酸盐的常规培养基,并在组织培养箱中孵育1小时。
      注意:将一次使用0.5mM亚硫酸钠的等分试样储存在-20°C长达6个月。
      小心:克霉唑和亚砷酸盐对环境是有害的和危险的,必须妥善处置。
    4. 对于去甲基脱氨基(DMDA) - 胺处理(抑制真核生物翻译起始),使用具有50-200nM DMDA-百日咳胺的常规培养基,并在组织培养箱中孵育1小时。
      注意:将DMDA-pateamine储存在-80°C。将试剂储存为小量试样以避免冻融。

4.应力颗粒形成的固定和免疫荧光分析

注意:处理控件和实验盖玻片同时避免染色差异,可能会影响后续步骤中的图像分析。对照样品不包括感染和无SG诱导治疗,感染样本有和没有SG诱导治疗。

  1. 使用抽吸泵完全取出培养基,并通过在PBS中加入0.5mL RT 4%多聚甲醛(PFA)来固定样品。在室温下孵育30分钟。
    小心:PFA对处理器和环境有害。采取适当措施保护处理者并处理化学废物。
    注意:或者,修复15分钟,然后用-20°C预烧的甲醇替换10分钟,以保留更多的SG标记13的细胞质定位。
  2. 用移液器取出PFA,并将液体置于适当的废物容器中。用1mL Tris缓冲盐水(TBS:25mM Tris,pH 7.3; 15mM NaCl)洗涤盖玻片。孵化盖玻片2分钟,轻轻晃动在洗涤过程中的平板振动筛上。
  3. 使用抽吸泵完全清除TBS,并在TBS中加入500μL0.3%Triton-X100 10分钟以使细胞透化。
  4. 用抽吸泵去除透化溶液。用1mL TBS替代,轻轻旋转板,抽吸除去TBS,并在室温下加入1mL封闭溶液(TBS中5%FCS)1小时。
  5. 在TBS中的5%FCS中制备初级抗体溶液(1:300稀释)。计算每12 mm盖玻片50μL,并为所有盖玻片一次充足。
    注意:使用常见的一级抗体为G3BP1,eIF3b和TIA1。
  6. 将50μL的一级抗体混合物固定在塑料石蜡膜(石蜡膜)上,将其牢固地粘贴到台面或室上。
    注意: 材料表中提供了标准SG标记的列表,但SG的组成可能取决于施加的应力。其他SG标记列在Kedersha 等人 13 灵敏感染的预期结果列于表1中
  7. 用镊子拿起盖玻片,将盖玻片的边缘沾到组织上,短暂释放镊子以清除多余的液体,轻轻地将面朝下放在滴下。孵育盖玻片在室温下1.5小时或在4℃在潮湿室中过夜。
    注意:为了准备一个潮湿的室,将预润湿的组织沿着一个牢固封闭的房间的边缘,内衬塑料石蜡膜。
  8. 将每个盖玻片用镊子转移到装有1mL TBS的新的24孔板的孔中;在平板摇床上温和摇动孵育5分钟。使用抽吸泵吸取每个井中的TBS,更换为1 mL TBS,放回平板振荡器5 min。重复洗一次。
    注意:通过用纸巾去除多余的液体并用水清洗表面,重新使用石蜡膜。在使用前确保石蜡膜完全干燥g用于随后的染色步骤。
  9. 在TBS中制备二抗溶液(稀释1:500-1:2000)。为了染色细胞核和细菌,向混合物中加入2μg/ mL DAPI。为了染色肌动蛋白,加入荧光鬼笔环肽。将50μL二抗混合物吸取到塑料石蜡膜上。
    注意:当使用G3BP1(山羊抗体)时,推荐使用高度纯化的交叉吸收驴二抗来进行不同SG标记的共定位研究。选择具有非重叠光谱的荧光标记的二抗。 eIF3b清楚地染色细胞的细胞质,因此是描绘细胞的良好标记。肌动蛋白染色进一步有助于细胞间细胞接触部位和细菌进入区域的细胞。
  10. 用镊子拿起盖玻片,将盖玻片的边缘沾到组织上,短暂释放镊子,以清除多余的液体。轻轻地将盖玻片面朝下放在滴下并孵化盖玻片在黑暗中在室温下1小时。
  11. 使用镊子将盖玻片放回装满新鲜1 mL PBS的24孔板中。确保盖玻片被PBS完全覆盖。洗涤细胞3次,轻轻晃动5分钟。
    注意:在二次抗体的荧光团对光敏感的情况下,将洗涤液中的板保持在盖子下以防止光照。
  12. 将盖玻片简单地浸入去离子水中以除去盐,从边缘干燥到组织上,并将盖玻片安装在载玻片上的5μL荧光装载介质上。使用指甲油成像之前密封盖玻片。保持幻灯片在4°C短期(周)或-20°C长期(月)存储。
    注意:密封时应避免气泡,否则会损害图像质量。

荧光成像

注意:参考显微镜用户手册进行优化设置。

  1. 使用40或63X油浸透镜的共焦显微镜获取图像。选择所需的荧光通道进行图像采集。使用多个荧光通道时,选择顺序采集模式。
    注意:从实验样品开始,其中已经诱导SG最强,以避免后续样品过度暴露。确保在整个细胞的整个深度不要有过度曝光的SG。
    1. 在显微镜设置中设置12或更高的位大小,以确保图像分析的准确性。
    2. 设置图像堆叠以覆盖单元格的整个深度。检查不同的通道和不同的SG标记,以确保包含整个范围。将单元格的开头设置在单元格顶部的单元格顶部,并在单元格顶部的高度处,不再看到SG标记。
    3. 获取堆栈。保持堆叠高度相同的所有图像。
      注意:不要改变将用于后续比较的对照和实验样品之间的采集设置。

图像分析

注意:在这里,描述使用免费ICY的折叠堆栈的SG分析。 3D重建的图像分析也可以使用其他专门的软件来完成。 SG检测可以通过为该协议建立的完全自动化的工作流程(可从http://icy.bioimageanalysis.org/protocol/Stress_granule_detection_in_fluorescence_imaging获得)来执行。为了使用这个协议,核需要用DNA染色剂染色软件以找到每个细胞的中心,并且细胞边缘需要用细胞质标记(如eIF3b)或肌动蛋白染色来标记软件以识别细胞边界。自动工作流程可以用于验证手动派生的结果,或者直接用于高分辨率检测细胞边界时进行分析,这将是mostly取决于细胞的密度和用于检测细胞边界的标记。

  1. 使用ImageJ或Fiji,折叠图像堆栈(图像>堆栈> Z投影),并另存为.tiff文件。
    注意:为每个图像创建一个新的文件夹,因为图像分析软件将其结果链接到原始图像的站点。
  2. 将一个控制和实验的.tiff图像加载到图像分析平台(File> Open)。转到Sequence窗口。在“查找表”中向下滚动到通道参数。
  3. 通过单击所有通道选项卡的复选框来停用所有通道。单击通道0,然后单击上面的颜色条选择首选颜色。根据需要增加通道的强度,通过单击并移动强度区域中的线来查看所有结构。对所有渠道重复此操作。
    注意:停用给定任务不需要的通道,以尽量减少样品分析中的偏差。
  4. 滚动在“画布”选项卡中,通过调整缩放选项卡,放大每个字段大约10个单元格。
  5. 使用多边形函数工具(在顶部栏中)来描绘图像中单元格的单元格边界。使用肌动蛋白染色剂或细胞溶质标记物进行细胞边界描绘( 例如 eIF3b)。
    1. 单击“文件和ROI”工具中的多边形功能。通过单击单元格开始描绘,然后通过重复点击单元格边界来使锚点延伸。要完成投资回报率,请再次单击“文件和投资回报率”工具中的多边形函数。
      注意:确定被感染细胞的亚种群。样品由感染细胞和未感染细胞组成。要识别细菌,请使用DAPI染色剂或荧光细菌(如表达GFP的细菌)。增加强度,以确保所有细菌都能看到。
    2. 要命名ROI,请转到右侧的ROI窗口和click在图像中感兴趣的单元格。这将突出显示ROI选项卡中相应的ROI。双击ROI名称并修改名称( 例如感染细胞#1)。
      注意:如果要使用一张图像来分析感染细胞和未感染细胞,可以将图像保存在两个不同的文件夹中,并分别描绘感染细胞和非感染细胞,生成两个不同的电子表格,这将有助于分析后来。
  6. 在“检测和跟踪”选项卡(顶部栏)中打开点检测器应用程序。在“输入”选项卡中,将选择当前图像。不要改变任何东西在“预处理”选项卡中,选择要分析的通道。
    注意:在任何给定时间只能分析一个通道。如果使用完全自动化的分析序列,其参数已被检查以获得令人满意的结果,则可以选择批次分析。
    1. 在“检测器”选项卡中,选择“在黑暗背景下拍摄亮点“,然后选择适当的比例和灵敏度,通过在对照和实验样品中测试不同的设置和交叉检测点检测。
      注意:对于分辨率为2,048 x 2,048,像素大小为0.12μm2的图像,灵敏度为25至100的2级阈值通常是适当的,但每个SG标记必须经验性测试。设置斑点检测,使得在未处理对照样品中未检测到斑点,而在具有SG的实验样品中,计数所有小而大的SG。
    2. 在ROI选项卡中,选择建议的ROI序列。在“过滤”选项卡中,选择“不过滤”。在“输出”选项卡中,选择相应的输出。
      注意:选择启用特定文件有助于保存不同的检测条件或不同的通道。选择导出二进制图像和原始图像与ROI和检测是helpful进行质量控制分析。
    3. 选择“删除渲染为ROI的前一个点”。选择要保存文件的文件夹,方法是单击“无文件选择”按钮。在“显示”选项卡中,选择所需的选项。单击“开始检测”。
      注意:将创建包含导出的成像选项的名称和位置的文件夹。这些图像将被覆盖每个新的条件测试。要保留图像,请重命名文件夹,以便创建新文件夹或将图像从保存文件夹传输到新文件夹。对于图像的质量控制,选择显示检测标记,检测ROI数量和ROI数量和名称是有帮助的。
  7. 使用生成的电子表格合并和保存不同参数的数据,以测试每个图像或条件。
    注意:要分析的参数包括每个投资回报率的SG数量,SG表面积和SG最大值平均和最小强度。
  8. 使用能够分析,绘制和确定统计学意义的分析程序传输数据并进行分析。

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Representative Results

为了解释和说明本手册中描述的方案,我们将感染或不与细胞溶质病原体S. flexneri的 HeLa细胞中克霉唑诱导的SGs的形象进行了表征。程序概述如图1所示 ,包括在刚果红板上分解的毒力和无毒的 ,细菌制备,感染,环境应激的添加,样品固定和染色,样品成像和定量,以及图像分析。可以使用许多不同的应力来诱导SG形成,并且各种SG标记可用于询问。 eIF3b是一个规范的SG标记,也清楚地染色细胞的细胞质隔室,可用于鉴定细胞边缘。 G3BP1是广泛使用的SG标记,其聚集成SG而没有任何背景染色( 2A ,B D )。细胞最好用共焦显微镜成像,覆盖整个细胞深度的堆叠被加载到成像分析免费ICY( 2A -C )上。为了更好地识别感染的细胞并将细胞置于感染或非感染组中进行后续分析,增加核酸染色强度是有用的( 2D )。在成像分析软件中,点检测器然后用于识别每个指定的ROI内的SG( 2E ),并且生成显示所有识别的SG的二进制图像( 2F)。

SG分析需要针对分析的每个SG标记进行定制,并且必须仔细选择适当的分析设置。专注于SG marker G3BP1,改变检测点的尺寸要求或改变检测参数的灵敏度将导致不同的结果, 如图3A -C所示 。尺度选择(1 - 3,虽然可以添加尺度)基于像素大小,因此在较高的刻度上,较小的SG不会被计数,而SG的数量将会减少( 图3 C )。灵敏度测量范围为1 - 100,最敏感度为100。通过增加灵敏度,检测到的SG数量增加( 图3C )。因此,必须找到正确的设置,以尽量减少假阳性和假阴性。最好通过仔细分析每个设置获得的视觉效果。对于G3BP1,灵敏度为100(2 - 100,以红色突出显示)的2的比例为最佳结果。灵敏度较低(50或25)的刻度为2,刻度较小SG不计数(见橙色箭头)。同样地,3的小尺度的小SG不明,而1级的过度采样。重要的是,如果这是有必要的,可以添加额外的量表来集中于大型SG。对于eIF3b,灵敏度为55(2-55)的2的等级为eIF3b(以红色突出显示)提供了最佳效果,尽管红色箭头分别以2 - 50和2 - 55级标高或过采样。

一旦SG分析的参数被正确设置,数据可以以许多方式进行分析( 图4 )。斑点检测器给出了在每个ROI内检测到的SG的数量,使得可以比较未感染和感染的细胞( 图4A )。类似地,给出了在这种情况下的像素数量的大小,可以从中计算表面积( 4B )。频率分布它也有助于突显不同细胞群体中SGs大小的变化。在这里, S. flexneri感染细胞中完全不存在大的SG,以及分布中的明确变化变得更清楚( 4C )。此外,强度(此处显示为最小和最大强度)提供有关分析的SG的质量的信息。对于S. flexneri感染的细胞,SG显着较不强烈。这些分析提供了统计学上相关的信息,当细胞感染有或没有S. flexneri时,响应外源性应激形成的SG的定性和定量性质。

图1
图1 :用S.Flexneri感染细胞的实验程序的概述分析感染SG形成的影响。在胰蛋白酶大豆肉汤中挑选出刚果红色菌落和非毒性的刚果红色阴性菌落,生长O / N。将过夜培养物传代培养至晚期指数期,然后用PLL涂覆细菌以促进依从性。在12孔板中玻璃盖玻片上生长的宿主细胞用细菌感染30分钟。对照细胞未被感染。将细胞洗涤并用应激诱导剂处理以通过用含应力的培养基替换培养基或使细胞经受诸如加热的胁迫条件来诱导SG形成。然后将细胞固定,透化,用免疫荧光SG特异性标记染色,并使用共聚焦显微镜成像。使用ImageJ进行Z投影,并使用图像分析软件的斑点检测器进行分析。然后分析数据。 请点击这里查看大图呃这个数字版本。

图2
图2 :在加入克霉唑1小时之前1.5小时感染S.Flexneri的HeLa细胞的点检测分析。 A。 Z投影的免疫荧光图像显示用SG标记eIF3b和G3BP1,DAPI和肌动蛋白染色的细胞。 B。与(A)相同的图像,但没有肌动蛋白染色突出显示使用eIF3b来描绘细胞边界。 C。用斑点检测器模块对图像分析软件进行屏幕截图。 D。感染和未感染细胞的门控,如使用不同渠道所见。看到所有的细菌,强度增加。细胞中存在多于1种细菌的细胞用红色星标记。 E。输出点检测分析个人投资回报率,指示ROI名称,点数及其位置。 F。在ROI中检测到的斑点的图像。刻度棒=30μm。 请点击此处查看此图的较大版本。

图3
图3 :用于通过不同SG标记检测SG的点检测器的不同尺度和灵敏度设置的比较。 A。放大到感染或不与S. flexneri感染的HeLa细胞,并用DAPI和SG标记G3BP1染色,并以不同的尺度(像素大小截止,1-3)和灵敏度(1-100)进行分析。在不同尺度下分析的未感染和感染细胞中SG数量的图形表示( > B)和敏感度( C )。当改变灵敏度极限而不改变光斑尺寸截止值时,用于相同图像的SG标记eIF3b的SG号检测的视觉( D )和图形表示( E )。红色写作和红色符号表示最佳参数。红色箭头指向假阳性和橙色箭头,缺乏SG检测。值包括具有标准偏差的平均值。最好的结果以红色突出显示。使用左侧的Wilcoxon秩和检验p值和右侧的方差F检验来选择统计分析。 * = <0.05,** = <0.01,*** = <0.001,ns =无显着性。刻度棒=10μm。 请点击此处查看此图的较大版本。

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图4 :从感染S. Flexneri的克霉唑治疗的HeLa细胞获得的点检测器产生的SG数据的分析。 A。感染和未感染的HeLa细胞中每个细胞的G3BP1 SG的数量。 B。感染和未感染细胞中G3BP1-SG的表面积及其分布频率( C )。 D。 G3BP1-SG的最小和最大强度值(任意)。值包括具有标准误差的平均值。使用左侧的Wilcoxon秩和检验p值和右侧的方差F检验来选择统计分析。 * = <0.05,** = <0.01,*** = <0.001,ns =无显着性。 请点击此处查看此图的较大版本。

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Discussion

本文概述的方案描述了在存在或不存在外源胁迫的情况下,非感染细胞和感染细胞溶质病原体柔毛霉的细胞中的SG的诱导,定位和分析。使用免费的成像软件,协议允许对SG形成进行精确的定性和定量分析,以鉴别和统计学地解决给定表型的差异。

在感染,SG感应和成像部件的协议中有几个关键步骤。对于感染,重要的是与宿主细胞的细菌相互作用,如本文中概述的方案的入侵,尽可能同步。当在感染过程中早期研究细菌攻击的影响时,这尤其重要。我们以前表明,一些表型,如蠕虫感染后的eIF3b定位在野生型早期受到干扰其他表型,如含有G3BP1的SG的聚集,在以后的时间点更受影响。因此,为了精确描述细菌攻击的时间效应,建议使用感染同步。值得注意的是,为了分析SG形成,细胞应该处于生长的指数期,因此加压时的细胞密度也是重要的参数。它还将SG分析限制为非汇合细胞感染模型。另外一个重要的方面是在处理成像样本和图像采集过程中,控制和实验样品的协同处理。对于免疫荧光处理,所有样品应在相同的时间和相同条件下( RT Vs.4 ℃)下用相同的抗体工作稀释液进行染色,同时在洗涤阶段同样照顾每个盖玻片,安装o盖玻片。这将确保可定量和定量分析的可比较的免疫荧光染色。安装介质的差异在图像采集过程中对样品的漂白有显着影响,因此应保持恒定。类似地,在分析中要进行比较的所有样品的图像采集应在一次会议中进行,并且具有相同的设置,以最小化由激光强度或样品设置引起的差异。

使用外源性应力时,要妥善储存试剂并经常制作新的工作原料很重要。延长期(例如,克霉唑≥4个月)导致药物效力降低,并会影响SG形成。在加入细胞之前,应将试剂加入培养基中;如果观察到对照细胞中SG形成的降低或SG的聚集出现异常,则应测试试剂的ac应该制作新的股票。

一个限制是当存在太多的背景荧光时,使用斑点检测器的SG识别变得不太可靠。虽然这对于许多SG标记物来说不是问题,但是在SG诱导和非诱导条件下,一些例如eIF3b是清楚的细胞溶质标记物, 如图3所示更难分析。另外,对于每个SG标记,需要根据经验确定尺度和敏感度。另一个限制是,通过图像分析软件的分析最好使用2D图像,因此在光学切片或折叠堆叠上工作良好,然而这导致3D信息的丢失。因此,z投影的分析往往夸大了SG的规模,低估了SG的数量。如果认为对于特定表型是必要的,则可以用Imaris进行SG的3D分析以给出更精确的空间表征。 可以使用图像分析软件的自动化点检测器,以标准化的方式快速执行SG表征。相比之下,手动方法来识别和描述SG,如先前所做的那样4 ,使分析开放更多的偏见,并且相当耗费时间。使用斑点检测器的SG分析也可以通过选择不同的灵敏度和尺寸阈值来定制以包括或排除小的SG聚集体,从而允许评估SG形成的不同方面的灵活性。 SG分析也可以使用已建立的自动化工作流程以完全自动的方式执行3 。在该工作流程中,通过DAPI染色鉴定细胞的中心,然后该程序允许可延展的球体向外生长以基于细胞质染色体(例如eIF3b)或肌动蛋白来描绘细胞边界。同时,使用半自动分析手动描绘单个细胞进行分析时,当细胞在簇中生长并且细胞边界难以自动化程序清楚地描绘时,这是有利的。在这些情况下,手动定义单元格边界可以消除假的正值或负值。

方案可适用于其他SG诱导条件和其他病原体,包括病毒,细菌,酵母和原生动物。特别感兴趣的可能是其他细胞溶质病原体,如立克次 菌, 土拉弗朗西斯菌假单胞菌李斯特菌。对于每种感染因子,也可能是不同的细胞系,感染方案将不得不进行调整,并且经验确定外源性应激的样本时间。此外,使用图像分析软件的SG表征也可以在将来被扩展到活细胞成像。必须进行实时SG分析表示一个或多个荧光标记的SG标记在宿主细胞中的表达,从而允许在不同实验条件下解决SG形成的时间和特殊动力学问题。然后需要荧光标记的细菌来补充感染和未感染细胞中的实时SG分析。

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Disclosures

作者没有什么可以披露的。

Acknowledgements

PS是比尔和梅琳达·盖茨大挑战奖牌OPP1141322的收件人。 PV由瑞士国家科学基金会早期博士后移动奖学金和Roux-Cantarini博士后研究金支持。 PJS由HHMI授权和ERC-2013-ADG 339579解密支持。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Primary Antibodies
eIF3b (N20), origin goat  Santa Cruz sc-16377 Robust and widely used SG marker. Cytosolic staining allows cell delineation. Dilution 1:300
eIF3b (A20), origin goat  Santa Cruz sc-16378 Same target as eIF3b (N20) and in our hands was identical to eIF3b (N20). Dilution 1:300
eIF3A (D51F4), origin rabbit (MC: monoclonal) Cell Signaling 3411 Part of multiprotein eIF3 complex with eIF3b . Dilution 1:800
eIF4AI, origin goat  Santa Cruz sc-14211 Recommended by (Ref # 13). Dilution 1:200
eIF4B, origin rabbit Abcam ab186856 Good stress granule marker in our hands. Dilution 1:300
eIF4B, origin rabbit Cell Signaling 3592 Recommended by Ref # 13. Dilution 1:100
eIF4G, origin rabbit Santa Cruz sc-11373 Widely used SG marker. (Ref # 13): may not work well in mouse cell lines. Dilution 1:300
G3BP1, origin rabbit (MC: monoclonal) BD Biosciences 611126 Widely used SG marker. Dilution 1:300
Tia-1, origin goat  Santa Cruz sc-1751 Widely used SG marker. Can also be found in P bodies when SG are present (Ref # 13). Dilution 1:300
Alexa-conjugated Secondary Antibodies
A488 anti-goat , origin donkey Thermo Fisher A-11055 Cross absorbed. Dilution 1:500
A568 anti-goat, origin donkey Thermo Fisher A-11057 Cross absorbed. Dilution 1:500
A488 anti-mouse, origin donkey Thermo Fisher A-21202 Dilution 1:500
A568 anti-mouse, origin donkey Thermo Fisher A10037 Dilution 1:500
A647 anti-mouse, origin donkey Thermo Fisher A31571 Dilution 1:500
A488 anti-rabbit, origin donkey Thermo Fisher A-21206 Dilution 1:500
A568 anti-rabbit, origin donkey Thermo Fisher A10042 Dilution 1:500
Other Reagents
Shigella flexneri Available from various laboratories by request
Tryptone Casein Soya (TCS) broth BD Biosciences 211825 Standard growth medium for Shigella, application - bacterial growth
TCS agar BD Biosciences 236950 Standard growth agar for Shigella, application - bacterial growth
Congo red SERVA Electrophoresis GmbH 27215.01 Distrimination tool for Shigell that have lost the virulence plasmid, application - bacterial growth
Poly-L-Lysine (PLL) Sigma-Aldrich P1274 Useful to coating bacteria to increase infection, application - infection
Gentamicin Sigma-Aldrich G1397 Selective killing of extracellular but not cytosolic bacteria, application - infection
HEPES Life Technologies 15630-056 PH buffer useful when cells are incubated at RT, application - cell culture
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) Life Technologies 31885 Standard culture medium for HeLa cells, application - cell culture
Fetal Calf Serum (FCS) Biowest S1810-100 5% supplementation used for HeLa cell culture medium, application - cell culture
Non-Essential Amino Acids (NEAA) Life Technologies 11140 1:100 dilution used for HeLa cell culture medium, application - cell culture
DMSO Sigma-Aldrich D2650 Reagent diluent, application - cell culture
Sodium arsenite Sigma-Aldrich S7400 Potent stress granule inducer (Note: highly toxic, special handling and disposal required), application - stress inducer
Clotrimazole Sigma-Aldrich C6019 Potent stress granule inducer (Note:health hazard, special handling and disposal required), application - stress inducer
Paraformaldehyde (PFA Electron Microscopy Scences 15714 4% PFA is used for standard fixation of cells, application - fixation
Triton X-100 Sigma-Aldrich T8787 Used at 0.03% for permeabilizationof host cells before immunofluorescent staining, application - permeabilization
A647-phalloidin Thermo Fisher A22287 Dilution is at 1:40, best added during secondary antibody staining, application - staining
DAPI Sigma-Aldrich D9542 Nucleid acid stain used to visualize both the host nucleus and bacteria, application - staining
Parafilm Sigma-Aldrich BR701501 Paraffin film useful for immunofluorescent staining of coverslips, application - staining
Prolong Gold Thermo Fisher 36930 Robust mounting medium that works well for most fluorophores , application - mounting
Mowiol Sigma-Aldrich 81381 Cheap and robust mounting medium that works well for most fluorophores, application - mounting
24-well cell culture plate Sigma-Aldrich CLS3527 Standard tissue culture plates, application - cell culture
12 mm  glass coverslips NeuVitro 1001/12 Cell culture support for immunofluorescent applications, application - cell support
forceps Sigma-Aldrich 81381 Cheap and robust mounting medium that works well for most fluorophores, application - mounting
Programs and Equipment
Prism GraphPad Software Data analysisand graphing program with robust statistical test options, application - data analysis
Leica SP5 Leica Microsystems Confocal microsope, application - image acquisition
Imaris Bitplane Professional image analysis program, application - data analysis
Excel Microsoft Data analysis and graphing program, application - data analysis

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Reineke, L. C., Lloyd, R. E. Diversion of stress granules and P-bodies during viral infection. Virology. 436, (2), 255-267 (2013).
  2. Kedersha, N., Ivanov, P., Anderson, P. Stress granules and cell signaling: more than just a passing phase. Trends Biochem Sci. 38, (10), 494-506 (2013).
  3. Vonaesch, P., Campbell-Valois, F. -X., Dufour, A., Sansonetti, P. J., Schnupf, P. Shigella flexneri modulates stress granule composition and inhibits stress granule aggregation. Cell Microbiol. 18, (7), 982-997 (2016).
  4. Kolobova, E., Efimov, A., et al. Microtubule-dependent association of AKAP350A and CCAR1 with RNA stress granules. Exp Cell Res. 315, (3), 542-555 (2009).
  5. Anderson, P., Kedersha, N. Stress granules: the Tao of RNA triage. Trends in biochemical sciences. 33, (3), 141-150 (2008).
  6. Anderson, P., Kedersha, N. Stressful initiations. J Cell Sci. 115, Pt 16 3227-3234 (2002).
  7. Mohr, I., Sonenberg, N. Host translation at the nexus of infection and immunity. Cell Host Microbe. 12, (4), 470-483 (2012).
  8. Hu, S., Claud, E. C., Musch, M. W., Chang, E. B. Stress granule formation mediates the inhibition of colonic Hsp70 translation by interferon- and tumor necrosis factor. Am J Physiol Gastointest Liver Physiol. 298, (4), 481-492 (2010).
  9. Barry, E. M., Pasetti, M. F., Sztein, M. B., Fasano, A., Kotloff, K. L., Levine, M. M. Progress and pitfalls in Shigella vaccine research. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 10, (4), 245-255 (2013).
  10. Lanata, C. F., Fischer-Walker, C. L., et al. Global Causes of Diarrheal Disease Mortality in Children. PloS One. 8, (9), 72788 (2013).
  11. Ashida, H., Ogawa, M., et al. Shigella deploy multiple countermeasures against host innate immune responses. Curr Opin Microbiol. 14, (1), 16-23 (2011).
  12. Ashida, H., Ogawa, M., Mimuro, H., Kobayashi, T., Sanada, T., Sasakawa, C. Shigella are versatile mucosal pathogens that circumvent the host innate immune system. Curr Opin Immunol. 23, (4), 448-455 (2011).
  13. Kedersha, N., Anderson, P. Mammalian stress granules and processing bodies. Methods Enzymol. 431, 61-81 (2007).
  14. Ray, K., Marteyn, B., Sansonetti, P. J., Tang, C. M. Life on the inside: the intracellular lifestyle of cytosolic bacteria. Nat Re. Micro. 7, (5), 333-340 (2009).

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