JoVE Journal > Immunology and Infection
Summary
Abstract
Protocol
Discussion
Divulgations
Acknowledgements
Materials
References
Traduction automatique
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Immunologie et infection

Detectie van Toxin Translocatie in de Host cytosol van Surface Plasmon Resonance

Published: January 03, 2012
doi:
10.3791/3686
, , ,
1Department of Molecular Biology and Microbiology,University of Central Florida

Summary

In dit rapport beschrijven we hoe oppervlakte plasmon resonantie wordt gebruikt om toegang toxine te detecteren in de gastheer cytosol. Deze zeer gevoelige methode kan kwantitatieve gegevens over de hoogte van cytosolische toxine, en het kan worden toegepast op een reeks van toxines.

Abstract

AB toxines bestaan ​​uit een enzymatische A subeenheid en een cel-bindend B-subunit 1. Deze toxinen worden uitgescheiden in de extracellulaire milieu, maar ze reageren op doelen binnen de eukaryote cytosol. Sommige AB toxines reizen blaasje luchtvaartmaatschappijen uit het celoppervlak naar het endoplasmatisch reticulum (ER), voordat u het cytosol 2-4. In de ER, om de katalytische A-keten distantieert van de rest van de toxine en beweegt zich door een eiwit-geleidende kanaal bereiken zijn cytosolische doel 5. De getransloceerde, cytosolische Een ketting is moeilijk op te sporen omdat toxine mensenhandel aan de ER is een zeer inefficiënt proces: de meeste geïnternaliseerd toxine is doorgestuurd naar de lysosomen voor degradatie, zodat slechts een kleine fractie van het oppervlak gebonden toxine bereikt het Golgi-apparaat en ER 6 -12.

Voor het bewaken van toxine translocatie uit het ER naar het cytosol in gekweekte cellen, combineerden we een subcellulaire fractionering protocol met de highly gevoelige detectiemethode van surface plasmon resonance (SPR) 13-15. Het plasmamembraan van de toxine-behandelde cellen selectief gepermeabiliseerd met digitonine, waardoor verzameling van een cytosolische fractie die vervolgens wordt doorbloed meer dan een SPR-sensor voorzien van een anti-toxine A-keten antilichaam. Het antilichaam-gecoate sensor kan vangen en op te sporen pg / mL hoeveelheden cytosolisch toxine. Met dit protocol, is het mogelijk om de kinetiek van de toxine toegang te volgen in het cytosol en remmende effecten op de translocatie evenement karakteriseren. De concentratie van cytosolisch toxine kan ook worden berekend op basis van een standaard curve gegenereerd met bekende hoeveelheden van een keten normen die zijn doorbloed over de sensor. Onze methode is een snelle, gevoelige en kwantitatieve detectie systeem dat niet nodig radiolabeling of andere wijzigingen van het doel toxine.

Protocol

1. Voorbereiding van de digitonine Voeg 500 ul van 100% ethanol tot een microcentrifugebuis en plaats deze in een warmte blok ingesteld op 80 ° C gedurende 10 minuten. Los 2,5 mg digitonine in 250 pi van de verhitte ethanol tot een 1% oplossing van digitonine voorraad te produceren. Voor het genereren van een werkende oplossing van 0,04% digitonine, voeg 40 ul van de digitonine stamoplossing tot 960 ul van HCN-buffer (50 mM Hepes pH 7,5, 150 mM NaCl, 2 mM CaCl2, 10 mM N-ethylma…

Discussion

Vergelijking met bestaande methodologie

Onze SPR-gebaseerde translocatie assay is een snelle, gevoelige en kwantitatieve methode om de levering toxine te detecteren in de gastheer cytosol. De techniek vereist geen radiolabeling of andere wijzigingen van het toxine, en het kan worden toegepast op elk toxine waarvoor een anti-toxine A keten antilichaam beschikbaar is. Bestaande methoden voor het toxine passage monitor in het cytosol ook vertrouwen op een subcellulaire fractionatie protocol te pa…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd gefinancierd door NIH subsidie ​​R01 AI073783 naar K. Teter. Wij danken dr. Shane Massey voor hulp bij de ontwikkeling van de subcellulaire fractionatie protocol en Helen Burress voor de kritische lezing van het manuscript.

Materials

Name of the reagent Company Catalogue number
Digitonin Sigma D141
Ethanol Acros 61509-0010
DMEM Invitrogen 11995065
Fetal Bovine Serum Atlanta Biologicals S11550
Ganglioside GM1 Sigma G7641
CTA Sigma C2398
PTS1 List 182
NHS (N-Hydroxysuccinimide) Pierce 24500
EDC (1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide) Thermo Scientific 22981
Ethanolamine Sigma E0135
PBST Medicago 09-8903-100
Anti-CTA antibody Santa Cruz Biotech sc-80747
Anti-CTB antibody Calbiochem 227040
Anti-PTS1 antibody Santa Cruz Biotech sc-57639
Refractometer Reichert SR7000, SR7000DC
SPR sensor slides Reichert 13206060
Syringe pump Cole Palmer 780200C
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sandvig, K., van Deurs, B. Membrane traffic exploited by protein toxins. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 18, 1-24 (2002).
  2. Watson, P., Spooner, R. A. Toxin entry and trafficking in mammalian cells. Adv. Drug Deliv. Rev. 58, 1581-1596 (2006).
  3. Carbonetti, N. H. Pertussis toxin and adenylate cyclase toxin: key virulence factors of Bordetella pertussis and cell biology tools. Future Microbiol. 5, 455-469 (2010).
  4. Wernick, N. L. B., Chinnapen, D. J. -. F., Cho, J. A., Lencer, W. I. Cholera toxin: an intracellular journey into the cytosol by way of the endoplasmic reticulum. Toxins. 2, 310-325 (2010).
  5. Lord, J. M., Roberts, L. M., Lencer, W. I. Entry of protein toxins into mammalian cells by crossing the endoplasmic reticulum membrane: co-opting basic mechanisms of endoplasmic reticulum-associated degradation. Curr. Top. Microbiol. Immunol. 300, 149-168 (2005).
  6. Lencer, W. I. Entry of cholera toxin into polarized human intestinal epithelial cells. Identification of an early brefeldin A sensitive event required for A1-peptide generation. J. Clin. Invest. 92, 2941-2951 (1993).
  7. Orlandi, P. A., Curran, P. K., Fishman, P. H. Brefeldin A blocks the response of cultured cells to cholera toxin. Implications for intracellular trafficking in toxin action. J. Biol. Chem. 268, 12010-12016 (1993).
  8. Sandvig, K., Prydz, K., Hansen, S. H., van Deurs, B. Ricin transport in brefeldin A-treated cells: correlation between Golgi structure and toxic effect. J. Cell. Biol. 115, 971-981 (1991).
  9. Sandvig, K., Prydz, K., Ryd, M., van Deurs, B. Endocytosis and intracellular transport of the glycolipid-binding ligand Shiga toxin in polarized MDCK cells. J. Cell Biol. 113, 553-562 (1991).
  10. van Deurs, B. Estimation of the amount of internalized ricin that reaches the trans-Golgi network. J. Cell Biol. 106, 253-267 (1988).
  11. Tam, P. J., Lingwood, C. A. Membrane cytosolic translocation of verotoxin A1 subunit in target cells. Microbiology. 153, 2700-2710 (2007).
  12. Plaut, R. D., Carbonetti, N. H. Retrograde transport of pertussis toxin in the mammalian cell. Cell. Microbiol. 10, 1130-1139 (2008).
  13. Willander, M., Al-Hilli, S. Analysis of biomolecules using surface plasmons. Methods Mol. Biol. 544, 201-229 (2009).
  14. Homola, J. Present and future of surface plasmon resonance biosensors. Anal. Bioanal. Chem. 377, 528-539 (2003).
  15. Medaglia, M. V., Fisher, R. J., Golemis, E. . Protein-Protein Interactions. , 255-272 (2002).
  16. Banerjee, T. Contribution of subdomain structure to the thermal stability of the cholera toxin A1 subunit. Biochimie. 49, 8839-8846 (2010).
  17. Massey, S. Stabilization of the tertiary structure of the cholera toxin A1 subunit inhibits toxin dislocation and cellular intoxication. J. Mol. Biol. 393, 1083-1096 (2009).
  18. Taylor, M. A therapeutic chemical chaperone inhibits cholera intoxication and unfolding/translocation of the cholera toxin A1 subunit. PLoS ONE. 6, e18825-e18825 (2011).
  19. Taylor, M. Hsp90 is required for transfer of the cholera toxin A1 subunit from the endoplasmic reticulum to the cytosol. J. Biol. Chem. 285, 31261-31267 (2010).
  20. Donta, S. T., Beristain, S., Tomicic, T. K. Inhibition of heat-labile cholera and Escherichia coli enterotoxins by brefeldin A. Infect. Immun. 61, 3282-3286 (1993).
  21. Donta, S. T., Tomicic, T. K., Donohue-Rolfe, A. Inhibition of Shiga-like toxins by brefeldin. A. J. Infect. Dis. 171, 721-724 (1995).
  22. Nambiar, M. P., Oda, T., Chen, C., Kuwazuru, Y., Wu, H. C. Involvement of the Golgi region in the intracellular trafficking of cholera toxin. J. Cell. Physiol. 154, 222-228 (1993).
  23. Rapak, A., Falnes, P. O., Olsnes, S. Retrograde transport of mutant ricin to the endoplasmic reticulum with subsequent translocation to cytosol. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 94, 3783-3788 (1997).
  24. Xu, Y., Barbieri, J. T. Pertussis toxin-mediated ADP-ribosylation of target proteins in Chinese hamster ovary cells involves a vesicle trafficking mechanism. Infect. Immun. 63, 825-832 (1995).
  25. Yoshida, T., Chen, C. C., Zhang, M. S., Wu, H. C. Disruption of the Golgi apparatus by brefeldin A inhibits the cytotoxicity of ricin, modeccin, and Pseudomonas toxin. Exp. Cell Res. 192, 389-395 (1991).
  26. Godber, B. Direct quantification of analyte concentration by resonant acoustic profiling. Clin. Chem. 51, 1962-1972 (2005).
  27. Bernardi, K. M., Forster, M. L., Lencer, W. I., Tsai, B. Derlin-1 facilitates the retro-translocation of cholera toxin. Mol. Biol. Cell. 19, 877-884 (2008).
  28. Wernick, N. L., De Luca, H., Kam, W. R., Lencer, W. I. N-terminal Extension of the Cholera Toxin A1-chain Causes Rapid Degradation after Retrotranslocation from Endoplasmic Reticulum to Cytosol. J. Biol. Chem. 285, 6145-6152 (2010).
  29. Simpson, J. C. Ricin A chain utilises the endoplasmic reticulum-associated protein degradation pathway to enter the cytosol of yeast. FEBS. Lett. 459, 80-84 (1999).
  30. Veithen, A., Raze, D., Locht, C. Intracellular trafficking and membrane translocation of pertussis toxin into host cells. Int. J. Med. Microbiol. 290, 409-413 (2000).
  31. Castro, M. G., McNamara, U., Carbonetti, N. H. Expression, activity and cytotoxicity of pertussis toxin S1 subunit in transfected mammalian cells. Cell. Microbiol. 3, 45-54 (2001).
  32. Schmitz, A., Herrgen, H., Winkeler, A., Herzog, V. Cholera toxin is exported from microsomes by the Sec61p complex. J. Cell Biol. 148, 1203-1212 (2000).
  33. Teter, K., Allyn, R. L., Jobling, M. G., Holmes, R. K. Transfer of the cholera toxin A1 polypeptide from the endoplasmic reticulum to the cytosol is a rapid process facilitated by the endoplasmic reticulum-associated degradation pathway. Infect. Immun. 70, 6166-6171 (2002).
  34. Winkeler, A., Godderz, D., Herzog, V., Schmitz, A. BiP-dependent export of cholera toxin from endoplasmic reticulum-derived microsomes. FEBS Lett. 554, 439-442 (2003).
  35. Yu, M., Haslam, D. B. Shiga toxin is transported from the endoplasmic reticulum following interaction with the luminal chaperone HEDJ/ERdj3. Infect. Immun. 73, 2524-2532 (2005).
  36. LaPointe, P., Wei, X., Gariepy, J. A role for the protease-sensitive loop region of Shiga-like toxin 1 in the retrotranslocation of its A1 domain from the endoplasmic reticulum lumen. J. Biol. Chem. 280, 23310-23318 (2005).
  37. Teter, K., Jobling, M. G., Sentz, D., Holmes, R. K. The cholera toxin A13 subdomain is essential for interaction with ADP-ribosylation factor 6 and full toxic activity but is not required for translocation from the endoplasmic reticulum to the cytosol. Infect. Immun. 74, 2259-2267 (2006).
  38. Redmann, V. Dislocation of ricin toxin a chains in human cells utilizes selective cellular factors. J. Biol. Chem. 286, 21231-21238 (2011).
  39. Yamaizumi, M., Mekada, E., Uchida, T., Okada, Y. One molecule of diphtheria toxin fragment A introduced into a cell can kill the cell. Cell. 15, 245-250 (1978).
  40. Bellisola, G. Reductive activation of ricin and ricin A-chain immunotoxins by protein disulfide isomerase and thioredoxin reductase. Biochem. Pharmacol. 67, 1721-1731 (2004).
  41. McKee, M. L., FitzGerald, D. J. Reduction of furin-nicked Pseudomonas exotoxin A: an unfolding story. Biochimie. 38, 16507-16513 (1999).
  42. Orlandi, P. A. Protein-disulfide isomerase-mediated reduction of the A subunit of cholera toxin in a human intestinal cell line. J. Biol. Chem. 272, 4591-4599 (1997).
  43. Spooner, R. A. Protein disulphide-isomerase reduces ricin to its A and B chains in the endoplasmic reticulum. Biochem. J. 383, 285-293 (2004).
  44. Fujinaga, Y. Gangliosides that associate with lipid rafts mediate transport of cholera and related toxins from the plasma membrane to endoplasmic reticulm. Mol. Biol. Cell. 14, 4783-4793 (2003).
  45. Guerra, L. Cellular internalization of cytolethal distending toxin: a new end to a known pathway. Cell. Microbiol. 7, 921-934 (2005).
  46. Johannes, L., Tenza, D., Antony, C., Goud, B. Retrograde transport of KDEL-bearing B-fragment of Shiga toxin. J. Biol. Chem. 272, 19554-19561 (1997).
  47. Deeks, E. D. The low lysine content of ricin A chain reduces the risk of proteolytic degradation after translocation from the endoplasmic reticulum to the cytosol. Biochimie. 41, 3405-3413 (2002).
  48. Hazes, B., Read, R. J. Accumulating evidence suggests that several AB-toxins subvert the endoplasmic reticulum-associated protein degradation pathway to enter target cells. Biochimie. 36, 11051-11054 (1997).
  49. Rodighiero, C., Tsai, B., Rapoport, T. A., Lencer, W. I. Role of ubiquitination in retro-translocation of cholera toxin and escape of cytosolic degradation. EMBO Rep. 3, 1222-1227 (2002).
  50. Worthington, Z. E., Carbonetti, N. H. Evading the proteasome: absence of lysine residues contributes to pertussis toxin activity by evasion of proteasome degradation. Infect. Immun. 75, 2946-2953 (2007).
  51. Pande, A. H., Moe, D., Jamnadas, M., Tatulian, S. A., Teter, K. The pertussis toxin S1 subunit is a thermally unstable protein susceptible to degradation by the 20S proteasome. Biochimie. 45, 13734-13740 (2006).
  52. Pande, A. H. Conformational instability of the cholera toxin A1 polypeptide. J. Mol. Biol. 374, 1114-1128 (2007).

Tags

Toxin TranslocationSurface Plasmon ResonanceAB ToxinsCell-binding B SubunitVesicle CarriersEndoplasmic Reticulum (ER)Catalytic A ChainProtein-conducting ChannelCytosolic TargetToxin TraffickingLysosomesGolgi ApparatusSubcellular Fractionation ProtocolDigitonin PermeabilizationAnti-toxin A Chain AntibodyDetection Method
check_url/fr/3686?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citer Cet Article
Taylor, M., Banerjee, T., VanBennekom, N., Teter, K. Detection of Toxin Translocation into the Host Cytosol by Surface Plasmon Resonance. J. Vis. Exp. (59), e3686, doi:10.3791/3686 (2012).
Télécharger la Citation
Réimpressions et Autorisations

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image